TY  - JOUR
A1  - Kraus, Amelie J.
A1  - Brink, Benedikt G.
A1  - Siegel, T. Nicolai
T1  - Efficient and specific oligo-based depletion of rRNA
JF  - Scientific Reports
N2  - In most organisms, ribosomal RNA (rRNA) contributes to >85% of total RNA. Thus, to obtain useful information from RNA-sequencing (RNA-seq) analyses at reasonable sequencing depth, typically, mature polyadenylated transcripts are enriched or rRNA molecules are depleted. Targeted depletion of rRNA is particularly useful when studying transcripts lacking a poly(A) tail, such as some non-coding RNAs (ncRNAs), most bacterial RNAs and partially degraded or immature transcripts. While several commercially available kits allow effective rRNA depletion, their efficiency relies on a high degree of sequence homology between oligonucleotide probes and the target RNA. This restricts the use of such kits to a limited number of organisms with conserved rRNA sequences. In this study we describe the use of biotinylated oligos and streptavidin-coated paramagnetic beads for the efficient and specific depletion of trypanosomal rRNA. Our approach reduces the levels of the most abundant rRNA transcripts to less than 5% with minimal off-target effects. By adjusting the sequence of the oligonucleotide probes, our approach can be used to deplete rRNAs or other abundant transcripts independent of species. Thus, our protocol provides a useful alternative for rRNA removal where enrichment of polyadenylated transcripts is not an option and commercial kits for rRNA are not available.
KW  - parasite biology
KW  - RNA sequencing
KW  - transcriptomics
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-224829
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kim, Bo-Mi
A1  - Amores, Angel
A1  - Kang, Seunghyun
A1  - Ahn, Do-Hwan
A1  - Kim, Jin-Hyoung
A1  - Kim, Il-Chan
A1  - Lee, Jun Hyuck
A1  - Lee, Sung Gu
A1  - Lee, Hyoungseok
A1  - Lee, Jungeun
A1  - Kim, Han-Woo
A1  - Desvignes, Thomas
A1  - Batzel, Peter
A1  - Sydes, Jason
A1  - Titus, Tom
A1  - Wilson, Catherine A.
A1  - Catchen, Julian M.
A1  - Warren, Wesley C.
A1  - Schartl, Manfred
A1  - Detrich, H. William III
A1  - Postlethwait, John H.
A1  - Park, Hyun
T1  - Antarctic blackfin icefish genome reveals adaptations to extreme environments
JF  - Nature Ecology & Evolution
N2  - Icefishes (suborder Notothenioidei; family Channichthyidae) are the only vertebrates that lack functional haemoglobin genes and red blood cells. Here, we report a high-quality genome assembly and linkage map for the Antarctic blackfin icefish Chaenocephalus aceratus, highlighting evolved genomic features for its unique physiology. Phylogenomic analysis revealed that Antarctic fish of the teleost suborder Notothenioidei, including icefishes, diverged from the stickleback lineage about 77 million years ago and subsequently evolved cold-adapted phenotypes as the Southern Ocean cooled to sub-zero temperatures. Our results show that genes involved in protection from ice damage, including genes encoding antifreeze glycoprotein and zona pellucida proteins, are highly expanded in the icefish genome. Furthermore, genes that encode enzymes that help to control cellular redox state, including members of the sod3 and nqo1 gene families, are expanded, probably as evolutionary adaptations to the relatively high concentration of oxygen dissolved in cold Antarctic waters. In contrast, some crucial regulators of circadian homeostasis (cry and per genes) are absent from the icefish genome, suggesting compromised control of biological rhythms in the polar light environment. The availability of the icefish genome sequence will accelerate our understanding of adaptation to extreme Antarctic environments.
KW  - animal physiology
KW  - evolutionary genetics
KW  - genomics
KW  - ichthyology
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-325811
VL  - 3
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hines, Rochelle M.
A1  - Maric, Hans Michael
A1  - Hines, Dustin J.
A1  - Modgil, Amit
A1  - Panzanelli, Patrizia
A1  - Nakamura, Yasuko
A1  - Nathanson, Anna J.
A1  - Cross, Alan
A1  - Deeb, Tarek
A1  - Brandon, Nicholas J.
A1  - Davies, Paul
A1  - Fritschy, Jean-Marc
A1  - Schindelin, Hermann
A1  - Moss, Stephen J.
T1  - Developmental seizures and mortality result from reducing GABAA receptor α2-subunit interaction with collybistin
JF  - Nature Communications
N2  - Fast inhibitory synaptic transmission is mediated by γ-aminobutyric acid type A receptors (GABAARs) that are enriched at functionally diverse synapses via mechanisms that remain unclear. Using isothermal titration calorimetry and complementary methods we demonstrate an exclusive low micromolar binding of collybistin to the α2-subunit of GABAARs. To explore the biological relevance of collybistin-α2-subunit selectivity, we generate mice with a mutation in the α2-subunit-collybistin binding region (Gabra2-1). The mutation results in loss of a distinct subset of inhibitory synapses and decreased amplitude of inhibitory synaptic currents. Gabra2–1 mice have a striking phenotype characterized by increased susceptibility to seizures and early mortality. Surviving Gabra2-1 mice show anxiety and elevations in electroencephalogram δ power, which are ameliorated by treatment with the α2/α3-selective positive modulator, AZD7325. Taken together, our results demonstrate an α2-subunit selective binding of collybistin, which plays a key role in patterned brain activity, particularly during development.
KW  - cellular neuroscience
KW  - ion channels in the nervous system
KW  - neurotransmitters
KW  - synaptic development
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-320719
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hennrich, Marco L.
A1  - Romanov, Natalie
A1  - Horn, Patrick
A1  - Jaeger, Samira
A1  - Eckstein, Volker
A1  - Steeples, Violetta
A1  - Ye, Fei
A1  - Ding, Ximing
A1  - Poisa-Beiro, Laura
A1  - Mang, Ching Lai
A1  - Lang, Benjamin
A1  - Boultwood, Jacqueline
A1  - Luft, Thomas
A1  - Zaugg, Judith B.
A1  - Pellagatti, Andrea
A1  - Bork, Peer
A1  - Aloy, Patrick
A1  - Gavin, Anne-Claude
A1  - Ho, Anthony D.
T1  - Cell-specific proteome analyses of human bone marrow reveal molecular features of age-dependent functional decline
JF  - Nature Communications
N2  - Diminishing potential to replace damaged tissues is a hallmark for ageing of somatic stem cells, but the mechanisms remain elusive. Here, we present proteome-wide atlases of age-associated alterations in human haematopoietic stem and progenitor cells (HPCs) and five other cell populations that constitute the bone marrow niche. For each, the abundance of a large fraction of the ~12,000 proteins identified is assessed in 59 human subjects from different ages. As the HPCs become older, pathways in central carbon metabolism exhibit features reminiscent of the Warburg effect, where glycolytic intermediates are rerouted towards anabolism. Simultaneously, altered abundance of early regulators of HPC differentiation reveals a reduced functionality and a bias towards myeloid differentiation. Ageing causes alterations in the bone marrow niche too, and diminishes the functionality of the pathways involved in HPC homing. The data represent a valuable resource for further analyses, and for validation of knowledge gained from animal models.
KW  - ageing
KW  - haematopoietic stem cells
KW  - mesenchymal stem cells
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-319877
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Heil, Hannah S.
A1  - Schreiber, Benjamin
A1  - Götz, Ralph
A1  - Emmerling, Monika
A1  - Dabauvalle, Marie-Christine
A1  - Krohne, Georg
A1  - Höfling, Sven
A1  - Kamp, Martin
A1  - Sauer, Markus
A1  - Heinze, Katrin G.
T1  - Sharpening emitter localization in front of a tuned mirror
JF  - Light: Science & Applications
N2  - Single-molecule localization microscopy (SMLM) aims for maximized precision and a high signal-to-noise ratio1. Both features can be provided by placing the emitter in front of a metal-dielectric nanocoating that acts as a tuned mirror2,3,4. Here, we demonstrate that a higher photon yield at a lower background on biocompatible metal-dielectric nanocoatings substantially improves SMLM performance and increases the localization precision by up to a factor of two. The resolution improvement relies solely on easy-to-fabricate nanocoatings on standard glass coverslips and is spectrally and spatially tunable by the layer design and wavelength, as experimentally demonstrated for dual-color SMLM in cells.
KW  - imaging and sensing
KW  - super-resolution microscopy
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-228080
VL  - 7
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hahn, Sarah
T1  - Investigating non-canonical, 5' UTR-dependent translation of MYC and its impact on colorectal cancer development
T1  - Untersuchung der nicht-kanonischen, 5' UTR-abhängigen Translation von MYC und ihres Einflusses auf die Entwicklung von Darmkrebs
N2  - Colorectal cancer (CRC) is the second most common tumour disease in Germany, with the sequential accumulation of certain mutations playing a decisive role in the transition from adenoma to carcinoma. In particular, deregulation of the Wnt signalling pathway and the associated deregulated expression of the MYC oncoprotein play a crucial role. Targeting MYC thus represents an important therapeutic approach in the treatment of tumours. Since direct inhibition of MYC is challenging, various approaches have been pursued to date to target MYC indirectly. The MYC 5' UTR contains an internal ribosomal entry site (IRES), which has a particular role in the initiation of MYC translation, especially in multiple myeloma. As basis for this work, it was hypothesised on the basis of previous data that translation of MYC potentially occurs via its IRES in CRC as well. Based on this, two IRES inhibitors were tested for their potential to regulate MYC expression in CRC cells. In addition, alternative, 5’ UTR-dependent translation of MYC and interacting factors were investigated. EIF3D was identified as a MYC 5' UTR binding protein which has the potential to regulate MYC expression in CRC. The results of this work suggest that there is a link between eIF3D and MYC expression/translation, rendering eIF3D a potential therapeutic target for MYC-driven CRCs.
N2  - Das kolorektale Karzinom (KRK) ist die zweithäufigste Tumorerkrankung in Deutschland, wobei die sequenzielle Akkumulation bestimmter Mutationen eine entscheidende Rolle beim Übergang vom Adenom zum Karzinom spielt. Insbesondere die Deregulation des Wnt-Signalweges und die damit verbundene deregulierte Expression des MYC-Onkoproteins spielen eine entscheidende Rolle. MYC ist ein zentraler Vermittler von Zellfunktionen und reguliert als Transkriptionsfaktor die Expression fast aller Gene sowie verschiedener RNA-Spezies. Selbst kleine Veränderungen der zellulären MYC-Konzentration können das Proliferationsverhalten beeinflussen und die Entstehung und das Fortschreiten von Tumoren fördern. Die gezielte Beeinflussung von MYC stellt daher einen wichtigen therapeutischen Ansatz für die Behandlung von Tumoren dar.  Da eine direkte Hemmung von MYC aufgrund seiner Struktur herausfordernd ist, wurden bisher verschiedene Ansätze verfolgt, um MYC indirekt zu beeinflussen, etwa über seinen Interaktionspartner MAX oder auf Ebene der Stabilität, Transkription oder Translation. In unserer eigenen Forschungsgruppe lag der Schwerpunkt in den letzten Jahren speziell auf der Translation von MYC im KRK. Es konnte gezeigt werden, dass die Hemmung der kanonischen cap-abhängigen Translation nicht wie erwartet zu einer Verringerung der zellulären MYC-Level führt, was auf einen alternativen Mechanismus der MYC-Translation hindeutet, der unabhängig vom eIF4F-Komplex abläuft. Die 5'-UTR von MYC enthält eine interne ribosomale Eintrittsstelle (IRES), die eine besondere Rolle bei der Initiierung der MYC-Translation spielt, insbesondere im Multiplen Myelom. Als Grundlage für diese Arbeit wurde daher die Hypothese aufgestellt, dass die Translation von MYC im KRK möglicherweise ebenfalls über die IRES erfolgt. Auf dieser Grundlage wurden zunächst zwei publizierte IRES-Inhibitoren auf ihr Potenzial zur Regulierung der MYC-Expression in KRK-Zellen getestet. J007-IRES hatte keine Auswirkungen auf die MYC-Proteinmenge, und Cymarin scheint weitaus globalere Auswirkungen zu haben, die nicht ausschließlich auf die Verringerung der MYC-Proteinmenge zurückzuführen sind. Daher wurde weiter untersucht, inwieweit die alternative Translation von MYC generell von der 5'-UTR und damit interagierenden Faktoren abhängig ist. EIF3D wurde als MYC-5'-UTR-Bindungsprotein identifiziert, dessen Knockdown zu reduzierten MYC-Leveln, einem Proliferationsdefizit sowie einer Verringerung der globalen Proteinsynthese in KRK-Zellen führte. Darüber hinaus führte die Depletion von EIF3D zu ähnlichen Veränderungen im zellulären Genexpressionsmuster wie die Depletion von MYC, wobei viele tumorassoziierte Signalwege betroffen waren. Mittels eCLIP-seq wurde die Bindung von eIF3D an die MYC mRNA nachgewiesen, der genaue Mechanismus einer möglicherweise durch eIF3D vermittelten Translation von MYC muss jedoch weiter untersucht werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass eine Verbindung zwischen eIF3D und der MYC-Expression/Translation besteht, wodurch eIF3D zu einem potenziellen therapeutischen Ziel für MYC-getriebene KRKs wird.
KW  - Myc
KW  - Translation <Genetik>
KW  - Colorectal cancer
KW  - 5' UTR
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-364202
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Gröbner, Susanne N.
A1  - Worst, Barbara C.
A1  - Weischenfeldt, Joachim
A1  - Buchhalter, Ivo
A1  - Kleinheinz, Kortine
A1  - Rudneva, Vasilisa A.
A1  - Johann, Pascal D.
A1  - Balasubramanian, Gnana Prakash
A1  - Segura-Wang, Maia
A1  - Brabetz, Sebastian
A1  - Bender, Sebastian
A1  - Hutter, Barbara
A1  - Sturm, Dominik
A1  - Pfaff, Elke
A1  - Hübschmann, Daniel
A1  - Zipprich, Gideon
A1  - Heinold, Michael
A1  - Eils, Jürgen
A1  - Lawerenz, Christian
A1  - Erkek, Serap
A1  - Lambo, Sander
A1  - Waszak, Sebastian
A1  - Blattmann, Claudia
A1  - Borkhardt, Arndt
A1  - Kuhlen, Michaela
A1  - Eggert, Angelika
A1  - Fulda, Simone
A1  - Gessler, Manfred
A1  - Wegert, Jenny
A1  - Kappler, Roland
A1  - Baumhoer, Daniel
A1  - Stefan, Burdach
A1  - Kirschner-Schwabe, Renate
A1  - Kontny, Udo
A1  - Kulozik, Andreas E.
A1  - Lohmann, Dietmar
A1  - Hettmer, Simone
A1  - Eckert, Cornelia
A1  - Bielack, Stefan
A1  - Nathrath, Michaela
A1  - Niemeyer, Charlotte
A1  - Richter, Günther H.
A1  - Schulte, Johannes
A1  - Siebert, Reiner
A1  - Westermann, Frank
A1  - Molenaar, Jan J.
A1  - Vassal, Gilles
A1  - Witt, Hendrik
A1  - Burkhardt, Birgit
A1  - Kratz, Christian P.
A1  - Witt, Olaf
A1  - van Tilburg, Cornelis M.
A1  - Kramm, Christof M.
A1  - Fleischhack, Gudrun
A1  - Dirksen, Uta
A1  - Rutkowski, Stefan
A1  - Frühwald, Michael
A1  - Hoff, Katja von
A1  - Wolf, Stephan
A1  - Klingebeil, Thomas
A1  - Koscielniak, Ewa
A1  - Landgraf, Pablo
A1  - Koster, Jan
A1  - Resnick, Adam C.
A1  - Zhang, Jinghui
A1  - Liu, Yanling
A1  - Zhou, Xin
A1  - Waanders, Angela J.
A1  - Zwijnenburg, Danny A.
A1  - Raman, Pichai
A1  - Brors, Benedikt
A1  - Weber, Ursula D.
A1  - Northcott, Paul A.
A1  - Pajtler, Kristian W.
A1  - Kool, Marcel
A1  - Piro, Rosario M.
A1  - Korbel, Jan O.
A1  - Schlesner, Matthias
A1  - Eils, Roland
A1  - Jones, David T. W.
A1  - Lichter, Peter
A1  - Chavez, Lukas
A1  - Zapatka, Marc
A1  - Pfister, Stefan M.
T1  - The landscape of genomic alterations across childhood cancers
JF  - Nature
N2  - Pan-cancer analyses that examine commonalities and differences among various cancer types have emerged as a powerful way to obtain novel insights into cancer biology. Here we present a comprehensive analysis of genetic alterations in a pan-cancer cohort including 961 tumours from children, adolescents, and young adults, comprising 24 distinct molecular types of cancer. Using a standardized workflow, we identified marked differences in terms of mutation frequency and significantly mutated genes in comparison to previously analysed adult cancers. Genetic alterations in 149 putative cancer driver genes separate the tumours into two classes: small mutation and structural/copy-number variant (correlating with germline variants). Structural variants, hyperdiploidy, and chromothripsis are linked to TP53 mutation status and mutational signatures. Our data suggest that 7–8% of the children in this cohort carry an unambiguous predisposing germline variant and that nearly 50% of paediatric neoplasms harbour a potentially druggable event, which is highly relevant for the design of future clinical trials.
KW  - cancer genomics
KW  - oncogenesis
KW  - paediatric cancer
KW  - predictive markers
KW  - translational research
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-229579
VL  - 555
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Franchini, Paolo
A1  - Jones, Julia C.
A1  - Xiong, Peiwen
A1  - Kneitz, Susanne
A1  - Gompert, Zachariah
A1  - Warren, Wesley C.
A1  - Walter, Ronald B.
A1  - Meyer, Axel
A1  - Schartl, Manfred
T1  - Long-term experimental hybridisation results in the evolution of a new sex chromosome in swordtail fish
JF  - Nature Communications
N2  - The remarkable diversity of sex determination mechanisms known in fish may be fuelled by exceptionally high rates of sex chromosome turnovers or transitions. However, the evolutionary causes and genomic mechanisms underlying this variation and instability are yet to be understood. Here we report on an over 30-year evolutionary experiment in which we tested the genomic consequences of hybridisation and selection between two Xiphophorus fish species with different sex chromosome systems. We find that introgression and imposing selection for pigmentation phenotypes results in the retention of an unexpectedly large maternally derived genomic region. During the hybridisation process, the sex-determining region of the X chromosome from one parental species was translocated to an autosome in the hybrids leading to the evolution of a new sex chromosome. Our results highlight the complexity of factors contributing to patterns observed in hybrid genomes, and we experimentally demonstrate that hybridisation can catalyze rapid evolution of a new sex chromosome.
KW  - evolutionary genetics
KW  - experimental evolution
KW  - genome evolution
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-228396
VL  - 9
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heimberger, Kevin
T1  - Regulation pathways of c-MYC under glutamine-starving conditions in colon carcinoma cells
T1  - Regulierungsmechanismen von c-MYC in Darmkrebszellen unter Glutaminmangelbedingungen
N2  - Colon carcinomas (CRC) are statistically among the most fatal cancer types and hence one of the top reasons for premature mortality in the developed world. CRC cells are characterized by high proliferation rates caused by deregulation of gene transcription of proto-oncogenes and general chromosomal instability. On macroscopic level, CRC cells show a strongly altered nutrient and energy metabolism.
This work presents research to understand general links between the metabolism and transcription alteration. Mainly focussing on glutamine dependency, shown in colon carcinoma cells and expression pathways of the pro-proliferation protein c-MYC.
Previous studies showed that a depletion of glutamine in the cultivation medium of colon carcinoma cell lines caused a proliferation arrest and a strong decrease of overall c-MYC levels. Re-addition of glutamine quickly replenished c-MYC levels through an unknown mechanism. Several proteins altering this regulation mechanism were identified and proposed as possible starting point for further in detail studies to unveil the precise biochemical pathway controlling c-MYC translation repression and reactivation in a rapid manner. 
On a transcriptional level the formation of RNA:DNA hybrids, so called R-loops, was observed under glutamine depleted conditions. The introduction and overexpression of RNaseH1, a R-loop degrading enzyme, in combination with an ectopically expressed c-MYC variant, independent of cellular regulation mechanisms by deleting the regulatory 3’-UTR of the c-MYC gene, lead to a high rate of apoptotic cells in culture. Expression of a functionally inactive variant of RNaseH1 abolished this effect. This indicates a regulatory function of R-loops formed during glutamine starvation in the presence of c-MYC protein in a cell. Degradation of R-loops and high c-MYC levels in this stress condition had no imminent effect on the cell cycle progression is CRC cells but disturbed the nucleotide metabolism. Nucleotide triphosphates were strongly reduced in comparison to starving cells without R-loop degradation and proliferating cells.
This study proposes a model of a terminal cycle of transcription termination, unregulated initiation and elongation of transcription leading to a depletion of energy resources of cells. This could finally lead to high apoptosis of the cells. Sequencing experiments to determine a coinciding of termination sites and R-loop formation sides failed so far but show a starting point for further studies in this essential survival mechanism involving R-loop formation and c-MYC downregulation.
N2  - Darmkrebs gehört statistisch zu den Krebsarten mit den höchsten Sterblichkeitsraten und zählen somit zu den häufigsten Todesursachen der entwickelten Länder. Darmkrebszellen zeichnen sich durch chromosomale Instabilität und hohe Proliferationsraten aus, die durch eine Deregulierung der Expression verschiedener Proto-Onkogene zustande kommen. Generell besitzen diese Krebszellen einen stark veränderten Nährstoff- und Energiestoffwechsel im Vergleich zu gesunden somatischen Zellen.
Diese Arbeit strebt ein besseres Verständnis der Verbindung zwischen dem Metabolismus und der Gen-Expression an. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf dem Mechanismus der Expression des proliferationsfördernden Proteins c-MYC und der Abhängigkeit von Glutamin, die Darmkrebszellen charakterisiert.
Frühere Studien haben gezeigt, dass der Entzug von Glutamin aus dem Kulturmedium von Darmkrebszelllinien eine Arretierung des Zellzyklus bewirkt sowie die Konzentration des Proteins c-MYC reduziert. Erneute Zugabe von Glutamin zum Medium stellt die MYC-Konzentration schnell wieder her. Die Hintergründe dieses Mechanismus sind bislang aber kaum verstanden. Einige Proteine wurden hier als potenzielle Kandidaten identifiziert, die einen Einfluss auf den biochemischen Prozess haben könnten, der die schnelle Wiederaufnahme der c-MYC Translation gewährleistet.
Auf Translationsebene wurden RNA:DNA-Hybriden, sogenannte R-loops, gefunden, die sich unter anderem unter Glutamin-Mangelbedingungen im Genom bilden können. Ein gezielter Abbau dieser R-loops mithilfe des Enzyms RNaseH1, in Kombination mit der ektopischen Expression einer c-MYC-Variante, die unempfindlich gegenüber der zelleigenen Regulationsmechanismen ist, führte zu einer erhöhten Anzahl an apoptotischen Zellen in Kultur. Exprimiert man eine funktionell inaktive Variante der RNaseH1, statt der funktionellen, so kann dieser Apoptose-fördernde Prozess nicht beobachtet werden. Dies bestärkt die Hypothese, dass die R-loops, die sich während eines Glutamin-Mangels und hoher c-MYC-Konzentration bilden, eine regulatorische Funktion innehaben. Als Ursache für die Apoptose konnte ein Effekt der veränderten Expression auf das Fortschreiten des Zellzyklus ausgeschlossen werden. Jedoch zeigte sich eine Veränderung im Nukleotid-Metabolismus. Betroffene Zellen zeigten deutlich reduzierte Nuklotidtriphosphat-Konzentrationen im Vergleich zu Zellen unter Glutaminmangelbedingungen ohne R-loop-Abbau.
In dieser Arbeit wurde ein Modell entwickelt, das einen sich selbst negativ verstärkenden Zyklus vorschlägt, der die Zellen zur Apoptose führt. Transkriptionstermination und eine unkontrollierte Initiation der Transkription im Wechsel führt zu einem Verbrauch der lebensnotwendigen Energieressourcen der Zellen. Sequenzierungsexperimente zur Lokalisierung der R-loops und Terminationsstellen sind bislang fehlgeschlagen, bieten jedoch Ansätze für künftige Forschung.
KW  - Myc
KW  - cMYC regulation
KW  - Colorectal Cancer
KW  - Glutamine
KW  - Translation regulation
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-363316
ER  - 
TY  - THES
A1  - Aroko, Erick Onyango
T1  - Trans-regulation of \(Trypanosoma\) \(brucei\) variant surface glycoprotein (VSG) mRNA and structural analysis of a \(Trypanosoma\) \(vivax\) VSG using X-ray crystallography
T1  - Trans-regulierung der mRNA des variablen Oberflächenglykoprotein (VSG) von \(Trypanosoma\) \(brucei\) und strukturelle Analyse eines \(Trypanosoma\) \(vivax\) VSG mittels Kristallstrukturanalyse
N2  - African trypanosomes are unicellular parasites that cause nagana and sleeping sickness in livestock and man, respectively. The major pathogens for the animal disease include Trypanosoma vivax, T. congolense, and T. brucei brucei, whereas T. b. gambiense and T. b. rhodesiense are responsible for human infections. Given that the bloodstream form (BSF) of African trypanosomes is exclusively extracellular, its cell surface forms a critical boundary with the host environment. The cell surface of the BSF African trypanosomes is covered by a dense coat of immunogenic variant surface glycoproteins (VSGs). This surface protein acts as an impenetrable shield that protects the cells from host immune factors and is also involved in antibody clearance and antigenic variation, which collectively ensure that the parasite stays ahead of the host immune system. Gene expression in T. brucei is markedly different from other eukaryotes: most genes are transcribed as long polycistronic units, processed by trans-splicing a 39-nucleotide mini exon at the 5′ and polyadenylation at the 3′ ends of individual genes to generate the mature mRNA.
Therefore, gene expression in T. brucei is regulated post-transcriptionally, mainly by the action of RNA binding proteins (RBPs) and conserved elements in the 3′ untranslated regions (UTR) of transcripts. The expression of VSGs is highly regulated, and only a single VSG gene is expressed at a time from one of the ~15 subtelomeric domains termed bloodstream expression sites (BES). When cells are engineered to simultaneously express  two VSGs, the total VSG mRNA do not exceed the wild type amounts. This suggests that a robust VSG mRNA balancing mechanism exists in T. brucei. The present study uses inducible and constitutive expression of ectopic VSG genes to show that the endogenous VSG mRNA is regulated only if the second VSG is properly targeted to the ER. Additionally, the endogenous VSG mRNA response is triggered when high amounts of the GFP reporter with a VSG 3′UTR is targeted to the ER. Further evidence that non-VSG ER import signals can efficiently target VSGs to the ER is presented. This study suggests that a robust trans-regulation of the VSG mRNA is elicited at the ER through a feedback loop to keep the VSG transcripts in check and avoid overshooting the secretory pathway capacity.
Further, it was shown that induction of expression of the T. vivax VSG ILDat1.2 in T. brucei causes a dual cell cycle arrest, with concomitant upregulation of the protein associated with differentiation (PAD1) expression. It could be shown that T. vivax VSG ILDat1.2 can only be sufficiently expressed in T. brucei after replacing its native GPI signal peptide with that of a T. brucei VSG. Taken together, these data indicate that inefficient VSG GPI anchoring and expression of low levels of the VSG protein can trigger differentiation from slender BSF to stumpy forms. However, a second T. vivax VSG, ILDat2.1, is not expressed in T. brucei even after similar modifications to its GPI signals. An X-ray crystallography approach was utilized to solve the N-terminal domain (NTD) structure of VSG ILDat1.2. This is first structure of a non-T. brucei VSG, and the first of a surface protein of T. vivax to be solved. VSG ILDat1.2 NTD maintains the three-helical bundle scaffold conserved in T. brucei surface proteins. However, it is likely that there are variations in the architecture of the membrane proximal region of the ILDat1.2 NTD and its CTD from T. brucei VSGs. The tractable T. brucei system is presented as a model that can be used to study surface proteins of related trypanosome species, thus creating avenues for further characterization of trypanosome surface coats.
N2  - Afrikanische Trypanosomen sind einzellige Parasiten, die Nagana in Nutzvieh und die Schlafkrankheit im Menschen verursachen. Zu den Hauptverursachern der Tierkrankheit gehören Trypanosoma vivax, T. congolense und T. brucei brucei, während T. b. gambiense und T. b. rhodesiense für Infektionen im Menschen verantwortlich sind. Da die Blutstromform (BSF) der afrikanischen Trypanosomen rein extrazellulär vorkommt, bildet die Zelloberfläche eine kritische Grenzregion mit der Wirtsumgebung. Die Zelloberoberfläche der BSF afrikanischer Trypanosomen ist mit einem dichten Mantel an immunogenen variablen Oberflächenglykoproteinen (variant surface glycoprotein, VSG) umgeben. Dieses Oberflächenprotein dient als Barriere zum Schutz gegen Faktoren des Wirtsimmunsystems und spielt ebenfalls eine Rolle in Antikörper-Clearance und antigener Variation, welche gemeinsam dafür sorgen, dass der Parasit dem Wirtsimmunsystem stets einen Schritt voraus bleibt. Die Genexpression von T. brucei weist dezidierte Unterschiede im Vergleich zu anderen Eukaryoten auf: Die meisten Gene werden als lange polyzystronische Einheiten transkribiert, die durch trans-Splicing eines Miniexons aus 39 Nukleotiden am 5′ und Polyadenylierung am 3′ Ende der individuellen Gene prozessiert wird. 
Daher wird die Genexpression in T. brucei posttranskriptionell reguliert, zumeist durch RNA Bindeproteine (RBPs) und konservierte Elemente in der 3′ untranslatierten Region (UTR). Die Expression der VSGs ist stark reguliert, so wird zu einer gegebenen Zeit stets nur ein VSG Gen aus einer von ~15 Subtelomerregionen, die Blutstrom Expressionsorte (bloodstream expression sites, BES) genannt werden, exprimiert. Zellen, die gentechnisch manipuliert wurden um zwei VSGs zu exprimieren, produzieren die gleiche Menge an VSG mRNA wie Wildtyp Zellen. Dies deutet auf die Existenz eines robusten Mechanismus zur Regulierung der Gesamt-VSG mRNA Menge in T. brucei hin. Diese Arbeit verwendet induzierbare sowie konstitutive Expression eines ektopischen VSG Gens um zu zeigen, dass die endogene VSG mRNA nur reguliert wird, wenn das zweite VSG zum ER gelangt. Außerdem wird die endogene VSG mRNA Antwort auch ausgelöst, wenn hohe Mengen eines GFP Reporters, der eine VSG 3′UTR enthält, zum ER geleitet wird. Weiterhin, wird gezeigt, dass ER Importsignale anderer Proteine VSGs effizient zum ER dirigieren können. Das Ergebnis dieser Studie deutet darauf hin, dass eine Rückkopplungsschleife am ER eine robuste trans-Regulation der VSG mRNA auslöst, die die VSG Transkripte limitiert und somit eine Überlastung des sekretorischen Wegs verhindert. 
Weiterhin konnte gezeigt werden, dass es nach Induktion der Expression des T. vivax VSGs ILDat1.2 in T. brucei zu einem doppelten Zellzyklusarrest mit gleichzeitiger Hochregulation der Expression des protein associated with differentation (PAD1) kam und dass dieses T. vivax VSG nur nach Austausch des GPI Signalpeptids durch das eines T. brucei VSGs effizient exprimiert werden konnte. Zusammengenommen suggerieren diese Daten, dass eine ineffiziente GPI-Verankerung und wenig abundante Expression des VSGs die Differenzierung der sogenannten slender BSF zur sogenannten stumpy Form einleiten kann. Ein zweites T. vivax VSG, ILDat2.1, konnte hingegen auch nach Austausch des GPI Signals nicht in T. brucei exprimiert werden. Mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse wurde die Struktur der N-terminalen Domäne (NTD) des ILDat1.2 VSGs gelöst. Es handelt sich hierbei um die erste Proteinstruktur eines VSGs, welches nicht aus T. brucei stammt und die erste Struktur eines Oberflächenproteins von T. vivax. Das in T. brucei Oberflächenproteinen konservierte drei-Helix Grundgerüst ist auch in der NTD des ILDat1.2 VSGs enthalten. Die Architektur der Membranproximalen Gegend der IlDat1.2 NTD und CTD unterscheiden sich aber vermutlich von der der T. brucei VSGs. Das leicht handhabbare T. brucei System bietet somit ein geeignetes Modell um die Oberflächenproteine anderer afrikanischer Trypanosomen Spezies zu untersuchen und eröffnet neue Wege zur Charakterisierung ihrer Oberflächenmäntel.
KW  - Trypanosoma vivax
KW  - Trypanosoma brucei
KW  - Variant surface glycoprotein
KW  - messenger RNA
KW  - Regulation of expression
KW  - messenger RNA regulation
KW  - VSG structure
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241773
ER  -