TY  - THES
A1  - Froschauer, Alexander
T1  - Identifizierung und molekulare Analyse Xmrk-gekoppelter Gene in der geschlechtsbestimmenden Region des Genoms von Xiphophorus maculatus
T1  - Identification and molecular analysis of Xmrk linked genes in the sex determining region of the Xiphophorus maculatus genome
N2  - Fische der Gattung Xiphophorus stellen eines der am besten untersuchten Modellsysteme zur Untersuchung genetischer Geschlechtsbestimmung innerhalb dieser Klasse von mehr als 24.000 Arten dar. X. maculatus kann männliche (XX/ XY) oder weibliche (WY/ YY) Heterogametie aufweisen. Zusätzlich sind atypische Geschlechtsbestimmungssysteme beschrieben worden, die auf autosomale Modifikatoren zurückgeführt wurden. Obwohl kürzlich das Mastergen der Geschlechtsbestimmung im Medaka (Oryzias latipes) als ein Mitglied der Dmrt-Genfamilie identifiziert wurde, konnte Dmrt1bY als Mastergen der Geschlechtsbestimmung von Xiphophorus und anderen Fischen ausgeschlossen werden. Xiphophorus wurde zum wissenschaftlichen Modellsystem, da bestimmte zwischenartliche Kreuzungshybride maligne Melanome entwickeln. Das dafür verantwortliche Onkogen Xmrk und sein physiologisches Gegenstück egfrb liegen eng gekoppelt (< 0,6 cM) in der Geschlechtsbestimmungsregion von X. maculatus. Die Kopplungsgruppe umfasst noch weitere Loci wie den geschlechtsbestimmenden Locus SD, den Locus RY für rötliche und gelb-bräunliche Farbmuster und den Locus Mdl, der außer schwarzen Pigmentflecken auch noch den Bildungsort und die Schwere der Melanome in Hybriden mit X. helleri steuert. Die enge Kopplung dieser Loci entspricht einem physikalischen Abstand von ca. 1 Megabase (Mb) und ermöglicht eine Strategie der positionellen Klonierung der von diesen Loci kodierten Gene. Die Analyse großer Cosmid- und BAC- (Bacterial Artificial Chromosome) Contigs, welche im Rahmen dieser Arbeit erstellt wurden und die mehr als 1 Mb sowohl des X- als auch des Y-Chromosoms des Platys X. maculatus abdecken, zeigte eine hohe Dichte von Retroelementen und anderen repetitiven Sequenzen, besonders im Bereich des dominanten Onkogens Xmrk und in einer durch das duplizierte Gen ps-criptY gekennzeichneten, Y-spezifischen Region. Außerdem konnte gezeigt werden, dass eines dieser Elemente (XIR) spezifisch auf dem Y-Chromosom akkumuliert, was möglicherweise einen frühen Schritt der Differenzierung der Geschlechtschromosomen des Platys darstellt. Es konnten mehrere Duplikationsereignisse in diese Region nachgewiesen werden. Erstens wurde egfrb dupliziert, dessen Kopie zum Onkogen Xmrk wurde. Zweitens konnte die mehrfache Duplikation eines Melanocortin-Rezeptorgens mc4r nachgewiesen werden, von dem 9 Kopien auf dem X-Chromosom in einer Tandem-ähnlichen Struktur vorliegen und mindestens 9 Kopien auf dem Y-Chromosom. Mindestens 11 der insgesamt 19 Kopien besitzen nicht unterbrochene offene Leseraster, deren konzeptionelle Translationsprodukte die strukturellen Charakteristika funktionaler Rezeptoren zeigen. Drittens wurde das autosomale Gen cript dupliziert und liegt nun in jeweils einer Kopie (ps-cript1) direkt stromabwärts von Xmrk auf beiden Geschlechtschromosomen und in einer zusätzlichen Kopie auf dem Y-Chromosom (ps-criptY), wo es eine Region mit Syntenie zum menschlichen Chromosom 2p markiert. Andere potentielle Gene zeigen Homologien zu den menschlichen Genen CHRNA, CHRND und TMEFF und lassen auf eine syntenische Region zum menschlichen Chromosom 2q schließen. Diese Region ist involviert in autosomale Geschlechtsumkehr im Mensch, allerdings wurde noch kein dafür verantwortliches Gen identifiziert. Die in dieser Arbeit vorgelegten Ergebnisse der Analyse von Sequenzen in der geschlechtsbestimmenden Region von X. maculatus bilden die Basis für ein tieferes Verständnis der Mechanismen, die zur Plastizität der von der Xmrk-SD-Region vermittelten Eigenschaften führen. Auf dieser Grundlage sollten zukünftige Arbeiten zur Identifizierung des Mastergens der Geschlechtsbestimmung führen. Die Identifizierung dieses neuen Gens könnte außerdem zur Aufklärung anderer Geschlechtsbestimmungsmechanismen innerhalb der Fische beitragen, was besonders im Hinblick auf kommerziell genutzte Arten z.B. in der Aquakultur großen Nutzen bringen kann. Einige der analysierten Gene der Xmrk-Region zeigen geschlechtsspezifische Expressionsmuster, allerdings steht die funktionelle Analyse noch am Anfang. Phänotypen, die mit Pigmentmusterbildung und dem Zeitpunkt der sexuellen Reifung in Zusammenhang stehen, könnten auf den in dieser Arbeit identifizierten Melanocortin-Rezeptoren (mc4r) beruhen. Ihre strukturellen Eigenschaften und Expressionsmuster weisen auf ihre mögliche Rolle in einem oder mehreren dieser Vorgänge hin. Verglichen mit den nicht duplizierten Melanocortin-Rezeptoren anderer Vertebraten könnte die ungewöhnlich hohe Anzahl an Kopien als Grundlage für evolutionäre Veränderungen dieser Gene dienen. Obwohl ihre Funktionalität noch gezeigt werden muss, könnten diese Kopien typische evolutionäre Veränderungen duplizierter Gene wie die Übernahme einer neuen Funktion durch das Codieren neuer Proteine nach Mutationen, die Reduktion ihrer Funktion durch die auf weniger Gewebe eingeschränkte Expression und den Verlust ihrer Funktion durch Mutationen, die das Leseraster unterbrechen, zeigen.
N2  - Fishes of the genus Xiphophorus provide one of the best analysed model systems with respect to genetic sex determination among this class of more than 24,000 species. Within certain species, systems with male (XX/ XY) or female (WY/ YY) heterogamety are known, in X. maculatus even within a same population. In addition, atypical sex determination sytems caused by autosomal modifiers have been described. Although the master sex determining gene of the Medakafish (Oryzias latipes) was recently identified as a member of the Dmrt gene family, Dmrt1bY could be excluded to be the master sex determining gene of Xiphophorus and other fish outside the genus Oryzias. Xiphophorus came into the light of science because of the formation of malignant melanoma in certain interspecific crossings of this genus. The dominant oncogene Xmrk and its proto-oncogenic counterpart egfrb reside in the subtelomeric regions of both X and Y sex chromosomes of X. maculatus. They are closely linked (< 0.6 cM) to the sex determination locus SD, the locus for the development of reddish and brownish colour patterns RY and the locus Mdl, responsible not only for black pigmentation patterns in X. maculatus but also for the onset and severity of the melanomas in hybrids with X. helleri. The close linkage that represents a region of about 1 Mb containing various loci that influence such different biological processes like tumor formation and sex determination made possible a strategy of positional cloning of genes involved in these phenotypes. Analysis of large gonosomal cosmid and BAC (Bacterial Artificial Chromosome) contigs established during this work that cover more than 1 Mb of both X and Y sex chromosomes of the Southern platyfish (X. maculatus) revealed a high density of retroelements and other repetitive sequences, particularly around the dominant oncogene Xmrk and within a male-specific region marked by the duplicated gene ps-criptY. In addition, one of these elements (XIR) has been shown to accumulate specifically on the Y-chromosome, probably reflecting an early step in sex chromosome differentiation in the platyfish. Repetitive elements can also mediate genetic variability as it is observed in this region for the multitude of pigment patterns and melanoma phenotypes and probably for the different sex determining mechanisms, too. Several duplication events could be observed in this region. First, the duplication of egfrb generated a second copy which became the oncogene Xmrk. Second, a melanocortin receptor gene was found to be duplicated 9 times on the X chromosome in a tandem like structure and at least 9 copies were found to reside on the Y. At least 11 copies still have a non-corrupted open reading frame, the conceptual translation products of which show the structural characteristics of functional receptors. Third, the autosomal gene cript is duplicated once on the X (ps-cript1) and twice on the Y chromosome (ps-cript1, ps-criptY), marking there a male-specific region syntenic to the human chromosome 2p. Other putative genes identified on the gonosomal contigs present homologies to the human genes CHRNA, CHRND and TMEFF and indicate a region syntenic to the human chromosome 2q. A so far unidentified gene involved in autosomal sex reversal in human has been mapped to this chromosomal region. The presented work of cloning sequences around the primary sex-determining locus SD of Xiphophorus maculatus provides the basis for a further understanding of the plasticity of the Xmrk-SD region and future experiments on the identification of the primary sex-determining gene in this genus and possibly in other fish species. This could be of special interest for commercially bred fish species in aquaculture. Some of the putative genes identified in the Xmrk region show sexually dimorphic expression patterns, albeit functional analysis is still at the beginning. Loci involved in melanoma formation, pigment patterning and puberty that are mapped to the Xmrk-SD region might be represented by different copies of the melanocortin receptor genes identified in this work. Their structural features as well as their differential expression patterns suggest a possible role in establishing these phenotypes. Compared to non-duplicated melanocortin receptors (mc4r) of other vertebrates, the high copy number on the gonosomes of X. macculatus could serve as evolutionary scenario. Although their functionality has to be proven, these copies might show typical features of duplicated genes in terms of neo-functionalization (in frame mutations, insertions/ deletions), sub-functionalization (reduced number of tissues in which they are expressed) and non-functionalization (pseudogenes). Thus, the further analysis of the mc4r genes of X. maculatus with respect to their function is expected to lead to a deeper understanding of general mechanisms that affect this fast evolving region of the sex chromosomes.
KW  - Platy
KW  - Geschlechtschromosom
KW  - Molekulargenetik
KW  - Xiphophorus
KW  - Fisch
KW  - Bacterial Artificial Chromosome
KW  - Geschlechtschromosomen
KW  - Genduplikation
KW  - Xiphophorus
KW  - fish
KW  - Bacterial Artificial Chromosome
KW  - sex chromosomes
KW  - gene duplication
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7005
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zhou, Qingchun
T1  - Molecular analysis of the sex-determining region of the Y chromosome in the platyfish Xiphophorus maculatus
T1  - Molekulare Analyse der geschlechtsbestimmenden Region des Y Chromosoms von Xiphophorus maculatus
N2  - A large variety of sex determination systems have been described in fish. However, almost no information is available about sex determination in the classical fish models, the zebrafish Danio rerio and the pufferfish Takifugu rubripes. A DNA-binding protein gene called dmrt1bY (or DMY) has been recently described as an outstanding candidate for the primary sex-determining gene in the medaka fish Oryzias latipes. But this gene is not the universal master sex-determining gene in teleost fish, since dmrt1bY is not found in most other fishes. Hence, other fish models need to be examined including the platyfish Xiphophorus maculatus. Xiphophorus maculatus has three types of sex chromosomes (X, Y and W; females are XX, WX or WY; males are XY or YY). Its gonosomes are at an early stage of differentiation. The sex-determining locus on the sex chromosomes is flanked by two receptor tyrosine kinase genes, the Xmrk oncogene and its protooncogenic progenitor gene egfrb, which both delimit a region of about 0.6 centiMorgans. This situation should allow the positional cloning of the sex-determining gene (SD) of the platyfish. For this purpose, Bacterial Artificial Chromosome (BAC) contigs were assembled from a BAC library of XY males constructed in our laboratory, using the oncogene Xmrk, egfrb, as well as a Y-specific pseudogene called ps-criptY as starting points. The ps-criptY sequence was found to be closely linked to the SD gene, since no recombination was observed between SD and ps-criptY in more than 400 individuals tested. Two major BAC contigs for the X chromosome (about 2.5 Mb) and three major BAC contigs for the Y chromosome (about 3.5 Mb) were built up and analyzed by strategic sequencing. These are some of the largest contigs ever assembled for the sex chromosomes of a non-mammalian vertebrate species. The molecular analysis of the ps-criptY contig was the major objective of this work. The Y-specific ps-criptY contig has been extended over 1 Mb in this work with 58 identified molecular markers. Approximatively 700 kb of non-redundant sequences has been obtained from this contig by strategic sequencing. Numerous Y-linked markers from the contig including ps-criptY were also detected on the X chromosome. Nevertheless, major structural differences were observed between the X and Y chromosomes. Particularly, a large region, which is present at one copy on the X chromosome and contains several candidate genes, was found to be duplicated on the Y chromosome. Evidence for an inversion in the sex-determining region and for the Y-specific accumulation of a repeated sequence called XIR was also obtained. Such events might correspond to an initiation of differentiation between both types of gonosomes. Accumulation of transposable elements was also observed in the ps-criptY contig. A DNA transposable element, helitron, was isolated from the sex-determining region of X. maculatus. Three copies of helitron are located on the ps-criptY contig and one copy on the X-linked contig (helitron has roughly 15 copies per haploid genome). No in-frame stop codon, truncation or intron was found in these four copies, which present high nucleotide identities to each other. This suggests that helitron elements might be active or have been recently active in X. maculatus. A consensus open reading frame of helitron was also assembled from medaka (Oryzias latipes) genomic sequences. Two candidate genes from the ps-criptY contig are also located on the W chromosome in the X. maculatus Usumacinta strain (heterogamety). These markers show the relationship between the different types of gonosomes and allow to compare the male and female heterogameties in the platyfish. Several gene candidates were identified in the ps-criptY contig. However, some of them such as msh2, cript, igd and acr probably correspond to pseudogenes. Interestingly, a novel gene, called swimy, is exclusively expressed in spermatogonia of the adult testis. Swimy is a gene encoding a DNA-binding protein with several putative DNA-binding domains. The data suggest that swimy is a very promising candidate for the master SD gene. Another novel gene, which is called fredi and encodes a novel helix-turn-helix protein, is predominately expressed in the adult testis and currently under scrutiny. There is no doubt that the master SD gene of X. maculatus will be identified by positional cloning. Further molecular analysis of the contigs built in this work will shed new light on the molecular mechanism of sex determination and the evolution of sex chromosomes in fish.
N2  - In Fischen wurde eine große Anzahl Geschlechtsbestimmungssysteme beschrieben. Allerdings gibt es kaum Informationen über die Geschlechtsbestimmung der klassischen Modellorganismen, des Zebrafisches Danio rerio und des Pufferfisches Takifugu rubripes. Das für ein DNA-bindendes Protein kodierende Gen dmrt1bY (oder DMY) wurde kürzlich als ein herausragender Kandidat für das primäre Geschlechts-bestimmungsgen im Medaka Oryzias latipes beschrieben. Dieses Gen ist jedoch nicht das universelle Geschlechtsbestimmungsgen der echten Knochenfische (Teleostei), da dmrt1bY in den meisten anderen Fischen nicht identifiziert werden konnte. Deshalb dienen andere Fische wie der Platy Xiphophorus maculatus als Modelle. Xiphophorus maculatus besitzt drei Geschlechtschromosomen X, Y und W in einem frühen Stadium der Differenzierung (Weibchen sind XX, WX oder WY, Männchen XY oder YY). Der geschlechtsbestimmende Locus wird flankiert von zwei Rezeportyrosinkinase-Genen, dem Onkogen Xmrk und seinem Vorläufer, dem Proto-onkogen egfrb. Sie markieren eine Region von ca. 0.6 centiMorgan, was die positionelle Klonierung des geschlechtsbestimmenden Gens SD des Platys erlauben sollte. Zu diesem Zweck wurden BAC- (Bacterial Artificial Chromosome-) Contigs der X- und Y-Chromosomen aus einer genomischen Bibliothek erstellt, wobei Xmrk, egfrb und das Y-spezifische Pseudogen ps-criptY als Startpunkte gewählt wurden. Ps-criptY ist eng an SD gekoppelt, wie die Analyse von über 400 Individuen zeigte. Zwei BAC-Contigs des X-Chromosoms (ca. 2.5 Mb) und drei BAC-Contigs des Y-Chromosoms (ca. 3.5 Mb) wurden erstellt und durch strategisches Sequenzieren analysiert. Dies sind einige der größten geschlechtschromosomalen Contigs, die je für eine Wirbeltierart außerhalb der Säuger erstellt wurden. Der Aufbau und die molekulare Analyse des BAC-Contigs um ps-criptY war Hauptziel dieser Arbeit. Dieses Y-spezifische Contig wurde durch die Analyse von 58 molekularen Markern in dieser Arbeit um über eine Megabase erweitert. Fast 700 kb nicht-redundanter Sequenz konnten durch strategisches Sequenzieren analysiert werden. Obwohl eine Vielzahl von Markern des Y-Chromosoms inklusive ps-criptY ebenfalls auf dem X-Chromosom detektiert wurden, konnten große strukturelle Unterschiede der Geschlechtschromosomen nachgewiesen werden. Im besonderen konnte die Duplikation einer großen Region des X-Chromosoms, die mehrere Genkandidaten enthält, auf dem Y-Chromosom gezeigt werden. Außerdem konnte die Inversion dieser Region inklusive einer Akkumulation der repetitiven Sequenz XIR konnte belegt werden. Solche Ereignisse entsprechen einer beginnenden Differenzierung zwischen heteromorphen Geschlechtschromosomen. Außerdem wurde die Akkumulation transposabler Elemente im ps-criptY-Contig beobachtet. Eines dieser Elemente, helitron, konnte aus der geschlechtsbestimmenden Region von X. maculatus isoliert werden. Von den vier Kopien der geschlechts-bestimmenden Region (3 Kopien im ps-criptY-Contig des Y-Chromosoms, 1 Kopie im Xmrk-Contig des X-Chromosoms, 15 im gesamten Genom) enthielt keine ein vorzeitiges Stop-Codon, Unterbrechung oder sonstige Störung des offenen Leserasters. Dies könnte darauf hinweisen, dass die helitron-Elemente in X. maculatus noch aktiv sind oder bis vor kurzem waren. Ein Konsensus-ORF des helitron-Elements konnte auch aus Datenbank-Sequenzen des Medaka (Oryzias latipes) erstellt werden. Zwei Genkandidaten des ps-criptY-Contigs konnten auch auf dem W-Chromosom von X. maculatus (Rio Usumacinta, weibliche Heterogametie) nachgewiesen werden. Diese Marker zeigen die enge Beziehung zwischen den Geschlechtschromosomen des Platys und ermöglichen eine detaillierte Untersuchung von männlicher und weiblicher Heterogametie im Platy. Verschiedene Genkandidaten konnten im ps-criptY-Contig identifiziert werden. Allerdings zeigte die Analyse, dass einige davon, wie msh2, cript, igd und acr Pseudogene darstellen. Interessanterweise ist eines dieser Gene, swimy, ausschließlich in Spermatogonien exprimiert. Dieses neue Gen kodiert für ein Protein mit mehreren DNA-bindenden Domänen. Diese Daten machen swimy zu einem vielversprechenden Kandidaten für SD. Ein weiteres neues Gen, fredi, kodiert für ein Helix-Loop-Helix Protein, ist ebenfalls im adulten Hoden exprimiert und wird gerade eingehender analysiert. Zweifellos wird das geschlechtsbestimmende Gen in X. maculatus durch positionelle Klonierung identifiziert werden. Weitergehende molekulare Analysen der geschlechtschromosomalen Contigs werden Licht in die molekularen Grundlagen der Geschlechtsbestimmung und die Evolution der Geschlechtschromosomen in Fischen bringen.
KW  - Platy
KW  - Geschlechtsbestimmung
KW  - Y-Chromosom
KW  - Genanalyse
KW  - Xiphophorus maculatus
KW  - Geschlechtsbestimmung
KW  - Y Chromosome
KW  - Xiphophorus maculatus
KW  - Sex determination
KW  - Y chromosome
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-13827
ER  - 
TY  - THES
A1  - Münch, Luca
T1  - Die Rolle transposabler Elemente in der Genese des malignen Melanom im Fischmodell Xiphophorus
T1  - The role of transposable elements in malignant melanoma development in the Xiphophorus fish model
N2  - Der Name der transposablen Elemente beruht auf ihrer Fähigkeit, ihre genomische Position verändern zu können. Durch Chromosomenaberrationen, Insertionen oder Deletionen können ihre genomischen Transpositionen genetische Instabilität verursachen. Inwieweit sie darüber hinaus regulatorischen Einfluss auf Zellfunktionen besitzen, ist Gegenstand aktueller Forschung ebenso wie die daraus resultierende Frage nach der Gesamtheit ihrer biologischen Signifikanz. Die Weiterführung experimenteller Forschung ist unabdingbar, um weiterhin offenen Fragen nachzugehen. Das Xiphophorus-Melanom-Modell stellt hierbei eines der ältesten Tiermodelle zur Erforschung des malignen Melanoms dar. Durch den klar definierten genetischen Hintergrund eignet es sich hervorragend zur Erforschung des bösartigen schwarzen Hautkrebses, welcher nach wie vor die tödlichste aller bekannten Hautkrebsformen darstellt. Die hier vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Rolle transposabler Elemente in der malignen Melanomgenese von Xiphophorus.
N2  - The term “transposable elements” (TEs) is based on their ability to change their genomic position. Through insertions, deletions or chromosomal aberrations, their genomic mobility can cause genetic instability. The extent to which they further exert regulatory influence on cellular functions is the subject of current research, as is the resulting question of their overall biological significance. To further pursue these questions the continuation of experimental research is indispensable. In this regard, the Xiphophorus- melanoma-model represents one of the oldest animal models for the study of malignant melanoma. Thanks to its clearly defined genetic background, it is excellently suited for research into melanoma, which continues to be the most lethal of all known forms of skin cancer. The work presented here investigated the role of transposable elements in malignant melanomagenesis of Xiphophorus.
KW  - Transposon
KW  - Platy
KW  - Melanom
KW  - Überexpression
KW  - Schwertkärpfling
KW  - Expression
KW  - expression
KW  - Xiphophorus
KW  - xiphophorus
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-289228
ER  -