TY  - THES
A1  - Stojic, Jelena
T1  - Cloning and functional characterization of novel genes expressed preferentially in the human retina
N2  - The human retina is a multi-layered neuronal tissue specialized for the reception and processing of visual information. The retina is composed of a great diversity of neuronal cell types including rod and cone photoreceptors, bipolar cells, ganglion cells, amacrine cells, horizontal cells and Müller glia. In response to light, a coordinated series of molecular events, the so-called phototransduction cascade, is triggered in photoreceptor cells and the signals from the photoreceptors are further processed by the bipolar and ganglion cells to the higher centers of the brain. The retina as highly complex system may be greatly susceptible to genetic defects which can lead to a wide range of disease phenotypes. Therefore, isolation and characterisation of the genes active in the human retina will facilitate our deeper understanding of retinal physiology and mechanisms underlying retinal degeneration and provide novel candidates for the retinal disease genes. To identify novel genes that are specifically or predominantly expressed in the human retina, a cDNA library enriched for retina specific transcripts was generated using suppression subtractive hybridization (SSH) technique. In total, 1113 clones were randomly isolated from the retina SSH cDNA library and partially sequenced. On the basis of BLASTN algorithm analysis these clones were classified into four categories including those with I) significant homology to known human genes (766/1113), II) significant homology to partial transcripts and hypothetical gene predictions (162/1113), III) no homology to known mRNAs (149/1113), and IV) vector sequences and clones derived from mitochondrial genes (36/1113). After correcting for redundancy, category I represented 234 known human genes and category II a total of 92unknown transcripts. Clones from category I, were selected for expression analysis by RT-PCR in a great number of human tissues. This resulted in the identification of 16 genes which were expressed exclusively in the retina, 13 which were highly expressed in the retina compared to other tissues, 12 genes which were specifically expressed in neuronal tissues and 48 ubiquitously expressed genes. Thus, our expression analysis resulted in the identification of 29 genes exclusively or abundantly transcribed in the human retina. Of those, retina specific genes L25,L33, L35, L37, L38 and L40 were selected for further analysis. To characterize the complete mRNA sequences of these transcripts a full-length human retina cDNA library was constructed. The analysis of the L25 gene revealed three splicing variants of the ABCC5 gene, consequently named ABCC5_SV1 (SV1), ABCC5_SV2 (SV2) and ABCC5_SV3 (SV3).These isoforms comprise the first five exons of ABCC5 and additional novel exons named 5a, 5b and 5c, generated by differential exon usage. The determined lengths of the three transcripts are 2039 bp, 1962 bp, and 1887 bp in size, respectively. RT-PCR, real-time PCR and Northern blot analysis of ABCC5 as well as the isoforms SV1, SV2 and SV3demonstrated high levels of expression for all transcripts in the retina compared to other tissues. Analysis of their nucleotide sequences revealed that inclusion of exon 5a in splicing variant SV1 produced a frame shift and premature termination codon (PTC). Our data show that this splice variant is the target of nonsense mediated mRNA decay (NMD). This was shown by inhibition of protein synthesis with antibiotics puromycin and anisomycin in human cell lines A-RPE 19 and Y79. Our analysis resulted in an increase of the PTC containing transcript and a decrease of the ABCC5 transcript. Conversely, the amount of both transcripts (SV1 and ABCC5) returned to pre-treatment levels after removal of the inhibitors. Together, our results suggest that alternative splicing of the ubiquitously expressed ABCC5 gene in addition to NMD is involved in retina-specific transcriptional regulation of the mRNA level of ABCC5. In contrast, additional experiments demonstrated that the levels of expression ofSV2 and SV3 isoforms do not appear to influence ABCC5 transcription. Several of the cloned genes were selected for additional genotyping of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in order to construct their SNP maps which are going to be used for future association studies of complex disease AMD. Thus, identification of novel retinal genes and their functional characterization will further our elucidation of retinal physiology in general and in the diseased state in particular, by providing candidate retinal disease genes.
N2  - Die menschliche Retina ist ein vielschichtiges neuronales Gewebe, das auf die Aufnahme und Verarbeitung visueller Informationen spezialisiert ist. Sie besteht aus einergroßen Vielfalt neuronaler Zelltypen, inklusive der Stäbchen und Zapfen (Photorezeptoren), Bipolar- und Ganglionzellen, Amakrinen Zellen sowie Horizontalzellen und Müllerglia. Als Antwort auf einen Lichteinfall wird eine koordinierte Serie von molekularen Ereignissen, die so genannte Phototransduktionskaskade, in den Photorezeptoren ausgelöst, die von den Photorezeptoren kommenden Signale von den Bipolar- und Ganglionzellen weiterverarbeitetund an höhere Hirnzentren gesandt. Als äußerst komplexes System kann die Retina hochanfällig für genetische Defektesein, die zu einem breiten Spektrum an Krankheitsphänotypen führen können. Deshalb wird die Isolation und Charakterisierung von in der Retina aktiven Genen unser tieferes Verständnis für die Physiologie der Netzhaut, sowie den einer Retinadegeneration zu Grundeliegenden Mechanismen, erleichtern. Um neue Gene, die spezifisch oder überwiegend in der Netzhaut exprimiert werden, identifizieren zu können wurde, unter Nutzung der subtractive hybridization technique (SSH) eine cDNA Bibliothek, angereichert mit retinaspezifischen Genen, generiert. Insgesamt wurden 1113 Klone zufällig aus der Retina SSH cDNA Bibliothek ausgewählt und teilweise sequenziert. Auf der Basis einer BLASTN Algorithmus Analyse wurden diese Klone in 4 Kategorien eingeteilt, wobei I) Klone mit signifikanten Homologien zu bekannten menschlichen Genen (766/1113) beinhaltet, II) Klone mitsignifikanten Homologien zu partiellen Transkripten und hypothetischen Genvorhersagen (162/1113), III) Klone ohne Homologie zu bekannten mRNAs (149/1113) und IV)Vektorsequenzen und Klone, erhalten von mitochondrialen Genen (36/1113). Nach Redundanzkorrektur repräsentierte Kategorie I 234 bekannte menschliche Gene undKategorie II insgesamt 92 unbekannte Transkripte. Klone der Kategorie I wurden für eine Expressionsanalyse mittels RT-PCR in einer Vielzahl menschlicher Gewebe ausgewählt. Dies führte zur Identifikation von 16 exklusiv inder Retina exprimierten Genen, weiteren 13 mit, im Vergleich zu anderen Geweben, hoher Expression in der Netzhaut, 12 Genen, die spezifisch in neuronalen Geweben exprimiertwerden, sowie 48 ubiquitär exprimierten Genen. Somit resultierte unsere Expressionsanalysen der Identifikation von 29 exklusiv oder reichlich in der menschlichen Retina transkribierten Genen. Aus diesen wurden die retinaspezifischen Gene L25, L33, L35, L38 und L40 für weitere Analysen ausgewählt. Um die kompletten mRNA Sequenzen dieser Transkripte zucharakterisieren wurde eine full-length human retina cDNA Bibliothek konstruiert. Die Analyse des L25 Genes erbrachte 3 Splicevarianten des ABCC5 Genes, die konsequent mit ABCC5_SV1 (SV1), ABCC5_SV2 (SV2) und ABCC5_SV3 (SV3) benannt wurden. Diese Isoformen bestehen aus den ersten 5 Exonen von ABCC5 und zusätzlichenneuen 5a, 5b und 5c genannten Exonen, die durch unterschiedliche Exonnutzung entstehen. Die ermittelten Längen der drei Transkripte sind 2039 bp, 1962 bp, und 1887 bp. RT-PCR, real time PCR und Northern Blot Analyse des ABCC5 Genes sowie der Isoformen SV1, SV2und SV3, konnten hohe Expressionslevel all dieser Transkripte in der Retina im Vergleich zu anderen Geweben zeigen. Die Analyse ihrer Nukleotidsequenzen enthüllte, dass der Einschluss von Exon 5a in Splicevariante SV1 eine Leserahmenverschiebung sowie die Entstehung eines premature termination Kodons (PTC) bewirkt. Unsere Daten zeigen, dass diese Splicevariante Ziel eines nonsense mediated mRNA decay (NMD) ist. Dies wurde durch Hemmung der Proteinsynthese mittels Gabe der Antibiotika Puromycin und Anisomycin in den humanen Zelllinien ARPE-19 und Y79 gezeigt. Es kam bei diesem Versuch zu einem Anstieg des PTC enthaltenden Transkripts und einem Abfall des ABCC5Transkripts. Umgekehrt ging die Menge beider Transkripte (SV1 und ABCC5) nach Wegnahme der Inhibitoren auf die Ausgangswerte vor Antibiotikagabe zurück. Zusammengefasst weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass alternatives Splicing des ubiqitärexprimierten ABCC5 Genes zusätzlich zu NMD in der retinaspezifischen Transkriptionsregulation der mRNA Level des ABCC5 Genes involviert ist. Im Gegensatzdazu zeigten zusätzliche Experimente, dass die Expressionslevel der SV2 und SV3 Isoformendie ABCC5 Transkription scheinbar nicht beeinflussen. Einige dieser klonierten Gene wurden zur zusätzliche Genotypisierungen ihrer single nucleotide Polymorphismen (SNPs) ausgewählt, mit dem Ziel SNP Karten zu erstellen, die für spätere Assoziationsstudien komplexer AMD Erkrankungen verwendet werden sollen.Auf diese Weise wird die Identifizierung neuer retinaler Gene sowie deren Funktionscharakterisierung die Aufklärung der Netzhautphysiologie im Allgemeinen und deren krankhafter Veränderungen im besonderen fördern, indem sie Kandidatengene für Retinaerkrankungen zu Verfügung stellt.
KW  - Netzhaut
KW  - cDNS
KW  - Senile Makuladegeneration
KW  - Genanalyse
KW  - retina
KW  - AMD
KW  - cDNA library
KW  - NMD
KW  - ncRNA genes
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-13746
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fadl El Mola, Faisal Mohamed
T1  - Bioinformatic and molecular approaches for the analysis of the retinal pigment epithelium (RPE) transcriptome
N2  - There is substantial interest in the identification of genes underlying susceptibility to complex human diseases because of the potential utility of such genes in disease prediction and therapy. The complex age-related macular degeneration (AMD) is a prevalent cause of legal blindness in industrialized countries and predominantly affects the elderly population over 75 years of age. Although vision loss in AMD results from photoreceptor cell death in the central retina, the initial pathogenesis likely involves processes in the retinal pigment epithelium (RPE) (Liang and Godley, 2003). The goal of the current study was to identify and characterize genes specifically or abundantly expressed in the RPE in order to determine more comprehensively the transcriptome of the RPE. In addition, our aim was to assess the role of these genes in AMD pathogenesis. Towards this end, a bovine cDNA library enriched for RPE transcripts was constructed in-house using a PCR-based suppression subtractive hybridization (SSH) technique (Diatchenko et al., 1996, 1999), which normalizes for sequence abundance and achieves high enrichment for differentially expressed genes. CAP3 (Huang and Madan, 1999) was used to assemble the high quality sequences of all the 2379 ESTs into clusters or singletons. 1.2% of the 2379 RPE-ESTs contains vector sequences and was excluded from further analysis. 5% of the RPE-ESTs showed homology to multipe chromosomes and were not included in further assembly process. The rest of the ESTs (2245) were assembled into 175 contigs and 509 singletons, which revealed approximately 684 unique genes in the dataset. Out of the 684, 343 bovine RPE transcripts did not align to their human orthologues. A large fraction of clones were shown to include a considerable 3´untranslated regions of the gene that are not conserved between bovine and human. It is the coding regions that can be conserved between bovine and human and not the 3’ UTR (Sharma et al., 2002). Therefore, more sequencing from the cDNA library with reclustering of those 343 ESTs together with continuous blasting might reveal their human orthologoues. To handle the large volume of data that the RPE cDNA library project has generated a highly efficient and user-friendly RDBMS was designed. Using RDBMS data storage can be managed efficiently and flexibly. The RDBMS allows displaying the results in query-based form and report format with additional annotations, links and search functions. Out of the 341 known and predicted genes identified in this study, 2 were further analyzed. The RPE or/and retina specificity of these two clones were further confirmed by RT-PCR analysis in adult human tissues. Construction of a single nucleotide polymphism (SNP) map was initiated as a first step in future case/control association studies. SNP genotyping was carried out for one of these two clones (RPE01-D2, now known as RDH12). 12 SNPs were identified from direct sequencing of the 23.4-kb region, of which 5 are of high frequency. In a next step, comparison of allele frequencies between AMD patients and healthy controls is required. Completion of the expression analysis for other predicted genes identified during this study is in progress using real time RT-PCR and will provide additional candidate genes for further analyses. This study is expected to contribute to our understanding of the genetic basis of RPE function and to clarify the role of the RPE-expressed genes in the predisposition to AMD. It may also help reveal the mechanisms and pathways that are involved in the development of AMD or other retinal dystrophies.
N2  - Es besteht ein grosses medizinisches Interesse an der Identifizierung von Genen, welche an der Entstehung komplexer, häufiger Krankheiten des Menschen beteiligt sind. Eine solche Krankheit ist die alters-korrelierte Makuladegeneration (AMD). Die AMD ist eine der häufigsten Ursachen für den Verlust der Sehfähigkeit im Alter von über 75 Jahren. Obwohl die Erblindung bei der AMD letztlich durch das Absterben von Photorezeptor-Zellen in der zentralen Retina bedingt wird, gibt es genügend Hinweise dafür, dass die Pathogenese der AMD ihren Ausgang vom retinalen Pigmentepithel (RPE) nimmt (Liang and Godley, 2003). Ziel dieser Arbeit war die Identifizierung und Charakterisierung von RPE-spezifischen Genen als Beitrag zur umfassenden Charakterisierung des RPE-Transkriptoms. Darüberhinaus war es Ziel der Arbeit, die mögliche Rolle der RPE-spezifischen Gene bei der Entstehung der AMD zu explorieren. Ausgangspunkt der Arbeit war eine RPE-spezifische, bovine cDNA Bibliothek, welche in der Arbeitsgruppe auf der Grundlage der SSH-Technik (Diatchenko et al, 1996, 1999) hergestellt worden war. Die SSH-Technik gestattet die Anreicherung von differentiell exprimierten Genen bei gleichzeitiger Normalisierung redundanter Sequenzen. Mit Hilfe des Software-Programms CAP3 (Huang and Madan, 1999) wurden insgesamt 2379 ESTs gruppiert und geordnet. 1,2% der 2379 RPE-ESTs enthielten Vektor Sequenzen und wurden daher von der weiteren Analyse ausgeschlossen. 5% der RPE-ESTs wiesen Homologien zu multiplen Chromosomen auf und wurden daher ebenfalls von der weiteren Analyse ausgeschlossen. Die übrigen 2245 ESTs wurden in 175 Contigs und 509 Singletons gruppiert, woraus sich Hinweise auf insgesamt 684 putative Einzelgene ergaben. 343 dieser 684 Klone zeigten jedoch keine Homologien zu humanen orthologen Sequenzen. Ursache für die fehlende Homologie muss in der grossen Zahl der Klone gesehen werden, bei welchen nur die 3´untranslatierten verglichen wurden. Im Gegensatz zu den kodierenden Sequenzabschnitten kommt es in den nicht-kodierenden Regionen in der Regel zu einer relativ raschen evolutionären Divergenz und damit zum Verlust der Homologie (Sharma et al, 2002). Durch zusätzliche Sequenzierung und Sequenzvergleiche der kodierenden Bereiche dieser 343 Klone lassen sich möglicherweise weitere RPE-spezifische Gene finden. Um die grosse Anzahl der im Rahmen des RPE-Projektes generierten Daten bearbeiten zu können wurde eine sehr effiziente und Benutzer-freundliche Datenbank auf Grundlage des RDBMS-Moduls etabliert. Dieses System gestattet die interaktive Bearbeitung der gespeicherten Daten im Query-Format. Darüberhinaus können die Daten in beliebiger Weise annotiert und verbunden werden. Nach Abzug der 343 nicht-homologen cDNA Klone von den 684 putativen Einzelsequenzen verblieben 341 Kandidaten-Sequenzen. 2 dieser Sequenzen wurden als putative neue RPE-spezifische Gene einer weiteren Analyse zugeführt. Dabei wurde zunächst die RPE- bzw. Retina-Spezifität dieser Kandidaten-Sequenzen mit Hilfe der RT-PCR Analyse bestätigt. Als Basis für zukünftige Fall-Kontroll- und Assoziationsstudien wurde eine SNP-Genotypisierung eines dieser zwei Klone (ursprüngliche Bezeichnung: RPE01-D2; derzeitige Bezeichnung: RDH12) durchgeführt. Die direkte Sequenzanalyse umfasste 23.4 kb und ergab insgesamt 12 SNPs, von denen sich 5 als hoch-informativ erwiesen. Auf dieser Grundlage können zukünftig Allel-Frequenzen zwischen Kontrollpersonen und AMD-Patienten ermittelt und verglichen werden. Zukünftig werden darüberhinaus real-time PCR Methoden zur Expressionsanalyse der verbliebenen Kandidaten-Klone eingesetzt. Zusammenfassend liefert die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum Verständnis der genetischen Grundlagen der RPE-Funktionen und trägt zur Aufklärung der Rolle von RPE-spezifischen Genen bei der Disposition zur AMD bei. Zusätzlich ergaben sich Hinweise auf Kandidatengene, welche möglicherweise in der Pathogenese der AMD eine Rolle spielen.
KW  - Senile Makuladegeneration
KW  - Netzhaut
KW  - Pigmentepithel
KW  - Molekulargenetik
KW  - RPE
KW  - Bioinformatics
KW  - Age-related macular degeneration
KW  - Molecular approaches
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6877
ER  -