TY  - THES
A1  - Schulz, Carsten
T1  - Analyse des Replikationsprozesses der Maus
T1  - Analysis of the murine replication process
N2  - Die Initiation der DNA-Replikation ist in Eukaryonten ein hochkonservierter Prozess. Zuerst bindet der „origin recognition complex“ (ORC) an Replikationsstartpunkte chromosomaler DNA und stellt das Startsignal für die Assemblierung des präreplikativen Komplexes (pre-RC) dar. Anschließend assoziieren die Initiationsfaktoren CDC6 und CDT1 mit dem ORC. Durch die Rekrutierung des MCM-Komplexes wird der pre-RC schließlich vervollständigt. Die Aktivität der CDC7/DBF4-Kinase und die Anlagerung von CDC45 lizensiert den Origin für die DNA-Replikation. Ein Ziel dieser Arbeit war, den vollständigen murinen ORC rekombinant darzustellen. Um den gesamten Komplex durch Copräzipitation zu isolieren, wurden ORC1, 3, 4, 5 und 6 als Wildtyp-Proteine und ORC2 mit einer N-terminalen Poly-His-Domäne mit Hilfe von Baculoviren koexprimiert. Nach der Aufreinigung konnten, mit Ausnahme von ORC3, alle ORC-Untereinheiten in den Elutionsfraktionen immundetektiert werden. Eine Gelfiltration der Fraktionen ließ auf die Isolierung eines 450 kD großen Komplexes schließen, der mindestens fünf der sechs ORC-Untereinheiten enthielt. Dies zeigt, dass der murine ORC als Holokomplex rekombinant isoliert werden kann. In einem weiteren Teil dieser Arbeit sollte die Rolle des MCM-Komplexes bei der Termination der DNA-Replikation am 3'-Ende muriner rDNA-Transkriptionseinheiten untersucht werden. Durch polare Replikationsgabelbarrieren im 3'-Bereich der ribosomalen Gene wird über die Kontrahelikaseaktivität von TTF-I die Bewegungsrichtung der Replikation auf die Richtung der Transkription limitiert. In dieser Arbeit sollte festgestellt werden, ob dies auch bei der murinen MCM4/6/7-Helikase der Fall ist. Um MCM4/6/7-Hexamere zu isolieren, wurden die Untereinheiten MCM4 und 7 in Wildtyp-Form und MCM6 mit einem N-terminal fusionierten HA-Tag mittels Baculoviren koexprimiert. Zur Durchführung der Kontrahelikasestudien musste die Helikaseaktivität der isolierten Komplexe ermittelt werden. Bereits mit kurzen partiell doppelsträngigen M13-Substraten (17 nt) zeigte sich eine geringere Entwindungsfähigkeit als in der Literatur beschrieben. Bei weiteren Helikasestudien wurden DNA-Substrate (30 nt) mit einem 5'-Überhang sowie SSB bzw. RPA eingesetzt. Zwar konnte so eine Steigerung der Helikaseaktivität von MCM4/6/7 verzeichnet werden, jedoch fand diese nicht in ausreichendem Maße statt. Zudem war das entwundene Oligonukleotid einem Abbau unterworfen, dessen Ursache nicht aufgeklärt werden konnte. Aufgrund der zu geringen Helikaseaktivität im Hinblick auf die TTF-I-Kontrahelikasestudien wurden diese Arbeiten eingestellt. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit war der Transport von MCM-Proteinen in den Zellkern. Der MCM-Komplex ist in fast allen Organismen konstitutiv im Zellkern lokalisiert. Die Überexpression einzelner exogener MCM-Proteine zeigte allerdings, dass nur MCM2 und 3 mit Hilfe ihrer ihrer NLS-Motive in den Kern transportiert werden, während dies bei MCM4 bis 7 nicht erfolgt. Two-Hybrid-Studien unserer Arbeitsgruppe ließen auf paarweise Wechselwirkungen der MCM4 bis 7-Untereinheiten mit MCM2 bzw. MCM3 schließen. Deshalb wurden EGFP-MCM-Proteine zusammen mit Wildtyp-MCM-Proteinen in Mauszellen koexprimiert. Dabei zeigte sich, dass MCM2 die Proteine MCM4, 6 und 7 in den Kern transportiert, während MCM3 nur MCM5 in den Zellkern einschleust. Weitere Interaktionen zwischen MCM6 und 4 sowie zwischen MCM6 und 7 konnten bei MCM4/6/7-Aufreinigungen beobachtet werden. Zuletzt wurde noch die Lokalisation von CDT1 in der OBR-Region des murinen rDNA-Cistrons untersucht. Bislang wurde nur in S. cerevisiae eine sequenzspezifische ORC-Bindung an ACS-Bereiche identifiziert. In unserer Arbeitsgruppe konnte im murinen rDNA-Cluster stromaufwärts des Transkriptionsstartpunktes ein Origin charakterisiert und die Bindungstelle verschiedener Initiatorproteine um die Position -2500 eingegrenzt werden. Die Assoziation von CDT1 mit derselben Region würde die Assemblierung eines pre-RC in dem untersuchten Bereich zusätzlich bestätigen. Zur Umsetzung von ChIP-Studien wurden CDT1-Antikörper hergestellt. Um die Assemblierung von CDT1 mit dem Origin in Abhängigkeit des Zellzyklus zu untersuchen, wurden FM3A-Mauszellen in früher G1-, später G1-, G1/S-, S- und in der G2/M-Phase arretiert. Die Auswertung der ChIP-Analysen, die den zu analysierenden Bereich von -2837 bis -1820 umspannten, zeigte, dass CDT1 ausschließlich während der G1-Phase mit dem Chromatin assoziiert ist. Dies ist konsistent mit der Aktivität von CDT1 während des Zellzyklus in Säugern. Der höchste Anteil an DNA-gebundenem CDT1 konnte in dem Bereich -2519 bis -2152 festgestellt werden. Eine Sequenzanalyse des OBR der murinen rDNA lieferte keine Homologie zu anderen bekannten Origins. Jedoch wurden diverse DNA-Strukturelemente, wie z.B. HSS, DUEs oder CpG-Inseln, sowie verschiedene Protein-Bindungsstellen gefunden, die potentiellen Einfluss auf die Festlegung des murinen OBR haben könnten.
N2  - The eukaryotic initiation of DNA replication is a highly conserved process. In the first step the binding of the "origin recognition complex" (ORC) to replication origins of chromosomal DNA acts as a start signal for the assembly of the pre-replicative complex (pre-RC). Subsequently the initiation factors CDC6 and CDT1 associate with ORC. The following recruitment of the MCM complex finally completes the pre-RC. The activity of the CDC7/DBF4 kinase and the binding of CDC45 license the origin and allow the initiation of DNA replication. One aim of this work was to purify a recombinant murine ORC. In order to isolate the entire complex by co-precipitation, wild-type ORC1, 3, 4, 5 and 6 and ORC2 that contained a His6 epitope tag at its N-terminus were co-expressed by means of baculoviruses. After the following purification, all ORC subunits with the exception of ORC3 were detected in the isolated fractions by immunoplotting. Analysis of the fractions after gel filtration indicated the isolation of a large complex corresponding to a molecular mass of 450 kD, which contained at least five of the six ORC subunits. Therefore, we assume that the recombinant murine ORC was isolated as a holo-complex. A further part of this work deals with the role of the MCM complex in the termination of DNA replication at the 3' end of murine rRNA transcription units. Polar replication fork barriers in the 3' region of ribosomal genes limit progression of DNA replication to the same direction as rDNA transcription by the contrahelicase activity of TTF-I. In this study it should be determined whether murine MCM4/6/7 helicase activity is impaired in the same manner. In order to isolate hexameric MCM4/6/7 complexes wild-type MCM4 and MCM7 proteins and MCM6 with an N-terminal fused HA epitope tag were coexpressed by means of baculoviruses. For contrahelicase experiments, the helicase activity of the isolated complexes had to be obtained. The unwinding activity of short partial duplex M13-substrates (17 nt) was lower than described in literature. For subsequent contrahelicase studies DNA substrates (30 nt) with a 5' tail as well as SSB or RPA were applied. Though it was possible to increase the helicase activity of MCM4/6/7 by forked DNA substrates, this was not sufficient for our studies. Moreover, the unwound oligonucleotide was subjected to degradation, the cause of which could not be explained. The work on this topic was stopped since the helicaseactivity of MCM4/6/7 was insufficient regarding further TTF-I contrahelikase studies. A further aspect of this work was the transport of MCM proteins into the nucleus. The MCM complex is constitutively located in the nucleus of almost all organisms. However, the overexpression of individual ectopically expressed MCM proteins showed that only MCM2 and 3 are transported into the nucleus due to their NLS motives, while this is not possible for MCM4 to 7. Two-hybrid studies of our group suggested pairwise interactions of MCM4, 6, 5 and 7 with MCM2 and/or MCM3. Therefore, various EGFP-MCM proteins were coexpressed together with wild-type MCM proteins in mice cells. It was shown that MCM2 directs MCM4, 6 and 7 into the nucleus, whereas MCM3 transfers only MCM5 into the nucleus. This behaviour reflects possible pairwise interactions within MCM subcomplexes. Further interactions of MCM6 with MCM4 and MCM7 were observed at MCM4/6/7 purifications described above. Further the cell cycle-dependent localization of CDT1 in the OBR region of the murine rRNA transcription unit was examined. So far only in S. cerevisiae a sequence-specific ORC assembly at the ACS region has been identified. In our group a murine OBR has been characterized upstream to the rDNA transcription start site und the binding site of various initiation factors has been localized around position -2500. The association of CDT1 within the same region would confirm the assembly of a pre-RC. For ChIP studies monospecific antibodies against CDT1 have been produced. In order to examine the cell cycle-dependent assembly of CDT1 within the initiation site, FM3A cells were arrested in early G1 phase, in late G1 phase, at the G1/S transition, in S phase and in the G2/M phase. The evaluation of the ChIP studies, which encompassed the range from -2837 to -1820 revealed, however, that CDT1 is associated with the chromatin exclusively during the G1-Phase. This is consistent with the activity of CDT1 during the cell cycle in mammalian cells. The major part of DNA-bound CDT1 was observed within the range -2519 to -2152. The sequence of the murine OBR exhibits no homology to other origins described in the literature. But sequence analysis revealed various DNA structure elements, e.g. HSS, DUEs or CpG islands, as well as several protein binding sites of potential importance for determination of the murine OBR.
KW  - Maus
KW  - Replikation
KW  - Replikationsursprung
KW  - Replikation
KW  - Initiation
KW  - ORC
KW  - MCM
KW  - CDT1
KW  - replication
KW  - initiation
KW  - ORC
KW  - MCM
KW  - CDT1
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-11199
ER  - 
TY  - THES
A1  - Höhn, Karsten P.
T1  - Funktionsanalyse des murinen Replikationsfaktors ORC2
T1  - FUNCTIONAL ANALYSIS OF THE MURINE REPLICATIONFACTOR ORC2
N2  - Für Studien an murinen Initiationsfaktoren wurden in dieser Arbeit die Gene mcm2, orc3, cdc6, cdc7, dbf4 sowie das Gen ttf1 in ihrem chromosomalen Kontext mit Hilfe einer genomischen Bibliothek identifiziert und isoliert. Diese Gene sollen als Ausgang für Zielvektoren von transgenen Mäusen dienen oder für chromosomale Lokalisationsstudien verwendet werden. Weiterhin wurde in dieser Arbeit ein Zielvektor für eine orc2-„knock out“-Maus konstruiert. Für den „knock out“ wurde eine konditionale Strategie mit dem Cre/loxP-System gewählt, wobei Exon 2-5 von loxP-Stellen flankiert sein sollten. Als Ausgangsmaterial stand ein BAC-Vektor mit einem ca. 200 kb großen genomischen Insert, der das orc2-Gen enthält, zur Verfügung. Die erforderlichen Subklonierungen wurden durch die Größe des Inserts bzw. der daraus gewonnenen orc2-Subfragmente und durch die unbekannten Intronsequenzen negativ beeinträchtigt, da sich dadurch die Anzahl an verwendbaren Schnittstellen erheblich reduzierte. Nachdem es letztendlich nicht möglich war den vorletzten Schritt der Klonierung abzuschließen, wurde das Projekt aus Zeitgründen eingestellt. Ein weiterer Teil diese Arbeit beschäftigte sich mit der Lokalisation des murinen Orc2-Proteins am Centrosom. Bei Studien mit EGFP-gekoppelten murinen Replikationsproteinen zeigten Mcm4p-7p und Orc2p-5p eine Lokalisation am Centrosom. Für endogenes Orc2p sollte diese ebenfalls überprüft werden. Über Immunfluoreszenz-Doppelfärbungen mit Antikörpern sowohl gegen Orc2p als auch gegen das centrosomale Protein γ-Tubulin konnte in NIH/3T3-Zellen eine centrosomale Orc2p-Lokalisation bestätigt werden. Diese trat sowohl in Interphase- als auch in Mitose-Zellen auf. Darüber hinaus wurde von anti-Orc2-Antikörpern in Telophase-Zellen eine punktförmige Struktur in der äquatorialen Ringfurche angefärbt. Diese Region entspricht vermutlich der des „midbodys“. Zusätzlich zu den Immunfluoreszenz-Analysen wurden Immunpräzipitationen durchgeführt. Durch diese konnte gezeigt werden, dass Orc2p durch γ-Tubulin präzipitierbar ist. Solch eine Lokalisation und Interaktion von Orc2p am Centrosom legt eine von der Replikation unabhängige Funktion nahe, wie sie bereits für andere Initiationsfaktoren beschrieben wurde. Um die Funktion von Orc2p genauer untersuchen zu können, wurden in einem weiteren Teil dieser Arbeit die Auswirkungen eines Orc2p-“knock downs“ auf NIH/3T3-Zellen untersucht. Das dabei verwendete RNAi-System basiert auf einem induzierbaren Expressionssystem, wobei die Orc2-siRNA aus der exprimierten „small hairpin RNA“ prozessiert wird. Um eine zeitliche Regulation zu ermöglichen, wurde das Tet-on-System verwendet. Auf Basis dieser beiden Systeme wurde eine stabile NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA-Zelllinie hergestellt. Zur Vereinfachung zukünftiger Arbeiten mit regulierbaren Expressionssystemen, wurde parallel dazu eine NIH/3T3-Tet-on-Zelllinie, mit Neomycin als Selektionsmarker, hergestellt, in die nur noch der gewünschte shRNA-Expressionsvektor transfiziert werden muss. Durch Zugabe von Doxycyclin zum Nährmedium wird in den NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA-Zellen die Expression der Orc2-shRNA induziert. Dies löst anschließend den RNAi-Mechanismus aus. Es konnte bei diesen Zellen unter Einfluss von Doxycyclin eine deutliche Abnahme der Orc2-Proteinmenge festgestellt werden. Eine Analyse der Proliferationsrate von Zellen unter Doxycyclin-Einfluss ergab schon nach zwei Tagen eine deutliche Verlangsamung der Wachstumsrate. In Dox-behandelten Zellen führte die Orc2-shRNA-Expression zu einer veränderten Verteilung der Zellen auf die Zellzyklus-Phasen. Es konnte nach sieben Tagen eine Akkumulation der Zellen in der G2/M-Phase, nach 14 Tagen aber in der G1-Phase gezeigt werden. Diese Auswirkungen des Orc2p“knock downs“ stehen im Einklang mit dessen Funktion als Initiationsprotein. Weiterhin konnten während der Doxycyclin-Behandlung von NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA-Zellen auffällig viele multinukleäre Zellen, bzw. Zellen die über Zytoplasmabrücken verbunden waren, beobachtet werden. Dies deutet darauf hin, dass bei Zellen mit einer reduzierten Orc2-Proteinmenge die Cytokinese beeinträchtigt ist. Des weiteren zeigten sich auch Zellen mit einer ungeraden Anzahl von Kernen sowie Kerne verschiedener Größe. Eine Färbung dieser Zellen mit Propidiumiodid ergab, dass alle Tochterkerne Nukleinsäuren enthalten. Dies deutet darauf hin, dass nicht in allen Zellen die DNA in gleichen Teilen auf die Tochterkerne verteilt wird. Eine ungerade Anzahl an Kernen weist darauf hin, dass diese sich in unterschiedlichen Zellzyklus-Phasen befinden können. Da vielkernige Zellen auch bei Beeinträchtigung des Spindelfaserapparates auftreten können, wurden bei Doxycyclin-behandelten NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA-Zellen Immunfluoreszenzfärbungen mit anti-β-Tubulin-Antikörpern durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass Zellen, die Orc2-siRNA exprimieren, diffus verteilte, unregelmäßig organisierte Mikrotubuli aufweisen. Dies spricht dafür, dass Orc2p neben seiner Funktion als Replikationsprotein noch weitere Aufgaben in der Mitose bzw. Cytokinese besitzt.
N2  - To study the function of murine initiation factors of DNA replication one part of this work was dedicated to the identification and isolation of genes in their chromosomal context. A genomic mouse library was screened for the mcm2, orc3, cdc6, cdc7, dbf4 and ttf1 genes. Genes in their exon-intron structure can serve as an origin of targeting vectors for transgene mice or chromosomal localisation experiments, respectively. A further part of this work was the construction of a targeting vector for an orc2 knock out mouse. A conditional strategy based on the cre/loxP system was chosen for this purpose. In the targeting vector exons 2-5 of the orc2 gene should be flanked by loxP sites. The source for the orc2 gene was a BAC vector with an approximately 200 kb genomic insert. The size of this insert and the resulting orc2 fragments, respectively, limited considerably the number of useful restriction sites. As the steps of the cloning strategy were greatly time consuming and the penultimate step could not be finished, it was decided to discontinue this project. Furthermore, the function of Orc2p was examined via localisation analyses and knock down strategies. Studies with EGFP tagged components of the pre-replicative complex showed that Mcm4p-7p and Orc2p-5p were localised at the centrosome. Therefore, the centrosomal localisation of the endogenous murine Orc2 protein was examined. By immunofluorescence staining of NIH/3T3 cells against Orc2p and the well known centrosomal protein γ-tubulin, respectively, a co-localisation at the centrosome of both proteins was shown. This co-localisation could be shown in interphase as well as mitotic cells. Additionally, between separating cells a dot-shaped struc-ture was also stained by Orc2p antibodies, which likely represents the midbody region. Furthermore, the association of Orc2p with γ-tubulin was demonstrated by immunoprecipitation. The localisation at the centrosome and the interaction with γ-tubulin suggests that Orc2p is involved in functions beyound the initiation of DNA replication. A further aspect of this work was an approach to knock down Orc2p in NIH/3T3 cells. The knock down was induced by the expression of small hairpin RNA directed against Orc2. A temporal regulation of the shRNA expression was achieved by the use of the Tet-on system. Both systems were combined in a stable NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA cell line. To facilitate further work with Tet-on regulated expression systems, a stable NIH/3T3 cell line with a Tet-on system was created. This cell line only has to be transfected with the desired shRNA expression vector. In NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA cells the Orc2 shRNA expression was induced by application doxycycline to the media. This resulted in a down regulation of Orc2 protein via a RNAi mechanism. Also the proliferation rate of NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA cells decreased upon doxycycline treatment. Analysis of the cell cycle distribution of Orc2 shRNA-expressing cells by FACS analysis showed an accumulation in G2/M after seven days but in G1 after 14 days. These effects of the Orc2p knock down correspond with its function in the initiation process. Interestingly, the doxycycline treatment also resulted in cells with more than one nuclus as well as cells connected by cytoplasma bridges. This suggests that a reduced Orc2p level can lead to an impaired cytokinesis. Furthermore, several cells showed an odd number of nuclei and nuclei of different sizes, all containing DNA, which was sown by propidium iodide staining. This indicates that in cells with a reduced Orc2p level the distribution of the chromosomes is impaired. An odd number of nuclei suggests that not all nuclei are in the same cell cycle phase. Multinucleated cells also arise from defects in the spindle apparatus. Thus, microtubuli of doxycycline treated NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA cells were analysed. Immunofluorescence staining against β-tubulin showed insufficiently organized microtubuli which are deficiently bound to the cell periphery. These results indicate the possibility that Orc2p is also involved in functions in mitosis and cytokinesis, respectively.
KW  - DNA-Replikation
KW  - Initiation
KW  - ORC
KW  - Orc2
KW  - DNA-Replication
KW  - Initiation
KW  - ORC
KW  - Orc2
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23488
ER  -