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Institut für Humangenetik

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Document Type

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Language

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Keywords

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Author

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Institute

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Sonstige beteiligte Institutionen

  • Comprehensive Hearing Center, Department of ORL, Plastic, Aesthetic and Reconstructive Head and Neck Surgery, Würzburg, Germany (1)
  • DNA Analytics Core Facility, Biocenter, University of Würzburg, Würzburg, Germany (1)
  • Department of Animal Ecology and Tropical Biology, University of Würzburg, Würzburg, Germany (1)

EU-Project number / Contract (GA) number

  • 223175 (3)
  • 728018 (3)
  • 01EW1902 (2)
  • 602805 (2)
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Detection of pericentric inversion with breakpoint in DMD by whole genome sequencing (2022)
Zaum, Ann‐Kathrin ; Nanda, Indrajit ; Kress, Wolfram ; Rost, Simone
Background Dystrophinopathies caused by variants in the DMD gene are a well‐studied muscle disease. The most common type of variant in DMD are large deletions. Very rarely reported forms of variants are chromosomal translocations, inversions and deep intronic variants (DIVs) because they are not detectable by standard diagnostic techniques (sequencing of coding sequence, copy number variant detection). This might be the reason that some clinically and histologically proven dystrophinopathy cases remain unsolved. Methods We used whole genome sequencing (WGS) to screen the entire DMD gene for variants in one of two brothers suffering from typical muscular dystrophy with strongly elevated creatine kinase levels. Results Although a pathogenic DIV could not be detected, we were able to identify a pericentric inversion with breakpoints in DMD intron 44 and Xq13.3, which could be confirmed by Sanger sequencing in the index as well as in his brother and mother. As this variation affects a major part of DMD it is most likely disease causing. Conclusion Our findings elucidate that WGS is capable of detecting large structural rearrangements and might be suitable for the genetic diagnostics of dystrophinopathies in the future. In particular, inversions might be a more frequent cause for dystrophinopathies as anticipated and should be considered in genetically unsolved dystrophinopathy cases.
Der Einfluss von Tnap auf die Zahnentwicklung im Zebrafisch (Danio rerio) (2022)
Riekert, Elisa
Aufgrund mangelnder Aktivität der Gewebe-unspezifischen Phosphatase (tissue-nonspecific alkaline phosphatase, TNAP) kommt es zum Krankheitsbild der Hypophosphatasie (HPP). Neben skelettalen und neuronalen Symptomen leiden Patienten mit HPP häufig an einem vorzeitigen Verlust der Milchzähne und weiteren dentalen Manifestationen, wie Zahnhartsubstanzdefekten, Eruptionsstörungen, erweiterte Pulpenkammern oder einer verringerten alveolären Knochenhöhe. Ziel der Arbeit war es, den Einfluss der TNAP auf die Zahnentwicklung von Zebrafischlarven zu untersuchen, um ein neues in-vivo Modell für die dentalen Auswirkungen bei Hypophosphatasie etablieren zu können. Um die sehr kleinen Zähne der Zebrafischlarven auch in frühen Entwicklungsstadien darzustellen, wurden mittels verschiedener histologischer Färbungen die Zahnstrukturen angefärbt und die Larven danach in JB4®, einen polymeren Kunststoff, eingebettet. Im Anschluss wurden histologische Schnitte angefertigt und am Fluoreszenzmikroskop ausgewertet. Einerseits konnte durch In-situ-Hybridisierung die Expression verschiedener Gene, wie z.B. alpl (welches für die Tnap im Zebrafisch kodiert), im Bereich von dentalen Strukturen in verschiedenen Entwicklungsstadien nachgewiesen werden. Außerdem zeigte die Analyse der dentalen Strukturen nach Inhibition der Tnap mittels Levamisol bei fünf Tage alten Zebrafischlarven eine Veränderung von Form, Größe und Struktur der ersten Zähne. Die TNAP-Inhibition führte auch zur quantitativ nachweisbaren Steigerung des Fluoreszenzsignals von ß-Catenin, welches eine zentrale Funktion im Wnt/ß-Catenin-Signalweg besitzt und essenziell in verschiedenen zellulären Prozessen während der Embryogenese ist. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der Arbeit, dass der Zebrafisch großes Potenzial als in-vivo Modell für die dentalen Symptome bei HPP bietet. Außerdem eröffnen sich neue interessante Fragen in Bezug auf den Einfluss von ß-Catenin bei den frühen pathophysiologischen Prozessen der Erkrankung.
Immunozytogenetische Analysen an Interphase-Zellen und Meiose-Stadien der Maus (2022)
Kiene, Carmen
In der vorliegenden Arbeit wurden mittels 5-Methylcytosin Immunofärbung zytogenetische Analysen an Metaphasechromosomen aus der Mitose, an Interphase-Zellen verschiedener Organe und an Meiose-Stadien der Maus (Mus musculus) zur Detektion hypermethylierter DNA durchgeführt. Zusätzlich erfolgte eine C-Bänderung an Metaphasechromosomen und Meiose-Stadien zum Nachweis von konstitutivem Heterochromatin.
Unraveling the genetic complexities of combined retinal dystrophy and hearing impairment (2022)
Bahena, Paulina ; Daftarian, Narsis ; Maroofian, Reza ; Linares, Paola ; Villalobos, Daniel ; Mirrahimi, Mehraban ; Rad, Aboulfazl ; Doll, Julia ; Hofrichter, Michaela A. H. ; Koparir, Asuman ; Röder, Tabea ; Han, Seungbin ; Sabbaghi, Hamideh ; Ahmadieh, Hamid ; Behboudi, Hassan ; Villanueva-Mendoza, Cristina ; Cortés-Gonzalez, Vianney ; Zamora-Ortiz, Rocio ; Kohl, Susanne ; Kuehlewein, Laura ; Darvish, Hossein ; Alehabib, Elham ; La Arenas-Sordo, Maria de Luz ; Suri, Fatemeh ; Vona, Barbara ; Haaf, Thomas
Usher syndrome, the most prevalent cause of combined hereditary vision and hearing impairment, is clinically and genetically heterogeneous. Moreover, several conditions with phenotypes overlapping Usher syndrome have been described. This makes the molecular diagnosis of hereditary deaf-blindness challenging. Here, we performed exome sequencing and analysis on 7 Mexican and 52 Iranian probands with combined retinal degeneration and hearing impairment (without intellectual disability). Clinical assessment involved ophthalmological examination and hearing loss questionnaire. Usher syndrome, most frequently due to biallelic variants in MYO7A (USH1B in 16 probands), USH2A (17 probands), and ADGRV1 (USH2C in 7 probands), was diagnosed in 44 of 59 (75%) unrelated probands. Almost half of the identified variants were novel. Nine of 59 (15%) probands displayed other genetic entities with dual sensory impairment, including Alström syndrome (3 patients), cone-rod dystrophy and hearing loss 1 (2 probands), and Heimler syndrome (1 patient). Unexpected findings included one proband each with Scheie syndrome, coenzyme Q10 deficiency, and pseudoxanthoma elasticum. In four probands, including three Usher cases, dual sensory impairment was either modified/aggravated or caused by variants in distinct genes associated with retinal degeneration and/or hearing loss. The overall diagnostic yield of whole exome analysis in our deaf-blind cohort was 92%. Two (3%) probands were partially solved and only 3 (5%) remained without any molecular diagnosis. In many cases, the molecular diagnosis is important to guide genetic counseling, to support prognostic outcomes and decisions with currently available and evolving treatment modalities.
A biallelic variant in CLRN2 causes non-syndromic hearing loss in humans (2021)
Vona, Barbara ; Mazaheri, Neda ; Lin, Sheng-Jia ; Dunbar, Lucy A. ; Maroofian, Reza ; Azaiez, Hela ; Booth, Kevin T. ; Vitry, Sandrine ; Rad, Aboulfazl ; Rüschendorf, Franz ; Varshney, Pratishtha ; Fowler, Ben ; Beetz, Christian ; Alagramam, Kumar N. ; Murphy, David ; Shariati, Gholamreza ; Sedaghat, Alireza ; Houlden, Henry ; Petree, Cassidy ; VijayKumar, Shruthi ; Smith, Richard J. H. ; Haaf, Thomas ; El-Amraoui, Aziz ; Bowl, Michael R. ; Varshney, Gaurav K. ; Galehdari, Hamid
Deafness, the most frequent sensory deficit in humans, is extremely heterogeneous with hundreds of genes involved. Clinical and genetic analyses of an extended consanguineous family with pre-lingual, moderate-to-profound autosomal recessive sensorineural hearing loss, allowed us to identify CLRN2, encoding a tetraspan protein, as a new deafness gene. Homozygosity mapping followed by exome sequencing identified a 14.96 Mb locus on chromosome 4p15.32p15.1 containing a likely pathogenic missense variant in CLRN2 (c.494C > A, NM_001079827.2) segregating with the disease. Using in vitro RNA splicing analysis, we show that the CLRN2 c.494C > A variant leads to two events: (1) the substitution of a highly conserved threonine (uncharged amino acid) to lysine (charged amino acid) at position 165, p.(Thr165Lys), and (2) aberrant splicing, with the retention of intron 2 resulting in a stop codon after 26 additional amino acids, p.(Gly146Lysfs*26). Expression studies and phenotyping of newly produced zebrafish and mouse models deficient for clarin 2 further confirm that clarin 2, expressed in the inner ear hair cells, is essential for normal organization and maintenance of the auditory hair bundles, and for hearing function. Together, our findings identify CLRN2 as a new deafness gene, which will impact future diagnosis and treatment for deaf patients.
FAAP100, der FA/BRCA-Signalweg für genomische Stabilität und das DNA-Reparatur-Netzwerk (2022)
Kühl, Julia
Die Fanconi-Anämie (FA) ist eine seltene, heterogene Erbkrankheit. Sie weist ein sehr variables klinisches Erscheinungsbild auf, das sich aus angeborenen Fehlbildungen, hämatologischen Funktionsstörungen, einem erhöhten Risiko für Tumorentwicklung und endokrinen Pathologien zusammensetzt. Die Erkrankung zählt zu den genomischen Instabilitätssyndromen, welche durch eine fehlerhafte DNA-Schadensreparatur gekennzeichnet sind. Bei der FA zeigt sich dies vor allem in einer charakteristischen Hypersensitivität gegenüber DNA-quervernetzenden Substanzen (z. B. Mitomycin C, Cisplatin). Der zelluläre FA-Phänotyp zeichnet sich durch eine erhöhte Chromosomenbrüchigkeit und einen Zellzyklusarrest in der G2-Phase aus. Diese Charakteristika sind bereits spontan vorhanden und werden durch Induktion mit DNA-quervernetzenden Substanzen verstärkt. Der Gendefekt ist dabei in einem der 22 bekannten FA-Gene (FANCA, -B, -C, -D1, -D2, -E, -F, -G, -I, -J, -L, -M, -N, -O, -P, -Q, -R, -S, -T, -U, -V, -W) oder in noch unbekannten FA-Genen zu finden. Die FA-Gendefekte werden mit Ausnahme von FANCR (dominant-negative de novo Mutationen) und FANCB (X-chromosomal) autosomal rezessiv vererbt. Die FA-Genprodukte bilden zusammen mit weiteren Proteinen den FA/BRCA-Signalweg. Das Schlüsselereignis dieses Signalwegs stellt die Monoubiquitinierung von FANCD2 und FANCI (ID2-Komplex) dar. Ausgehend davon lässt sich zwischen upstream- und downstream-gelegenen FA-Proteinen unterscheiden. Letztere sind direkt an der DNA-Schadensreparatur beteiligt. Zu den upstream-gelegenen Proteinen zählt der FA-Kernkomplex, der sich aus bekannten FA-Proteinen und aus FA-assoziierten-Proteinen (FAAPs) zusammensetzt und für die Monoubiquitinierung des ID2-Komplexes verantwortlich ist. Für FAAPs wurden bisher keine pathogenen humanen Mutationen beschrieben. Zu diesen Proteinen gehört auch FAAP100, das mit FANCB und FANCL innerhalb des FA-Kernkomplexes den Subkomplex LBP100 bildet. Durch die vorliegende Arbeit wurde eine nähere Charakterisierung dieses Proteins erreicht. In einer Amnion-Zelllinie konnte eine homozygote Missense-Mutation identifiziert werden. Der Fetus zeigte einen typischen FA-Phänotyp und auch seine Zellen wiesen charakteristische FA-Merkmale auf. Der zelluläre Phänotyp ließ sich durch FAAP100WT komplementieren, sodass die Pathogenität der Mutation bewiesen war. Unterstützend dazu wurden mithilfe des CRISPR/Cas9-Systems weitere FAAP100-defiziente Zelllinien generiert. Diese zeigten ebenfalls einen typischen FA-Phänotyp, welcher sich durch FAAP100WT komplementieren ließ. Die in vitro-Modelle dienten als Grundlage dafür, die Funktion des FA-Kernkomplexes im Allgemeinen und die des Subkomplexes LBP100 im Besonderen besser zu verstehen. Dabei kann nur durch intaktes FAAP100 das LBP100-Modul gebildet und dieses an die DNA-Schadensstelle transportiert werden. Dort leistet FAAP100 einen essentiellen Beitrag für den FANCD2-Monoubiquitinierungsprozess und somit für die Aktivierung der FA-abhängigen DNA-Schadensreparatur. Um die Funktion von FAAP100 auch in vivo zu untersuchen, wurde ein Faap100-/--Mausmodell generiert, das einen mit anderen FA-Mausmodellen vergleichbaren, relativ schweren FA-Phänotyp aufwies. Aufgrund der Ergebnisse lässt sich FAAP100 als neues FA-Gen klassifizieren. Zudem wurde die Rolle des Subkomplexes LBP100 innerhalb des FA-Kernkomplexes weiter aufgeklärt. Beides trägt zu einem besseren Verständnis des FA/BRCA-Signalweges bei. Ein weiterer Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung von FAAP100138, einer bisher nicht validierten Isoform von FAAP100. Durch dieses Protein konnte der zelluläre FA-Phänotyp von FAAP100-defizienten Zelllinien nicht komplementiert werden, jedoch wurden Hinweise auf einen dominant-negativen Effekt von FAAP100138 auf den FA/BRCA-Signalweg gefunden. Dies könnte zu der Erklärung beitragen, warum und wie der Signalweg, beispielsweise in bestimmtem Gewebearten, herunterreguliert wird. Zudem wäre eine Verwendung in der Krebstherapie denkbar.
Safety of elective abdominal and vascular surgery during the COVID-19 pandemic: a retrospective single-center study (2021)
Flemming, Sven ; Hankir, Mohammed K. ; Kusan, Simon ; Krone, Manuel ; Anger, Friedrich ; Germer, Christoph-Thomas ; Wiegering, Armin
Background Patients with coronavirus disease 2019 (COVID-19) who undergo surgery have impaired postoperative outcomes and increased mortality. Consequently, elective and semi-urgent operations on the increasing number of patients severely affected by COVID-19 have been indefinitely postponed.in many countries with unclear implications on disease progression and overall survival. The purpose of this study was to evaluate whether the establishment of a standardized screening program for acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is sufficient to ensure high-quality medical and surgical treatment of COVID-19 and non-COVID-19 patients while minimizing in-hospital SARS-CoV-2 transmission. Methods The screening program comprised polymerase chain reaction (PCR) testing of nasopharyngeal swabs and a standardized questionnaire about potential symptoms for SARS-CoV-2 infection. All elective and emergency patients admitted to the surgical department of a tertiary-care hospital center in Lower Franconia, Germany, between March and May 2020 were included and their characteristics were recorded. Results Out of the study population (n = 657), 509 patients (77.5%) had at least one risk factor for a potentially severe course of COVID-19 and 164 patients (25%) were active smokers. The average 7-day incidence in Lower Franconia was 24.0/100,000 during the observation period. Preoperative PCR testing revealed four asymptomatic positive patients out of the 657 tested patients. No postoperative SARS-CoV-2 infection or transmission could be detected. Conclusion The implementation of a standardized preoperative screening program to both COVID-19 and non-COVID-19 patients can ensure high-quality surgical care while minimizing infection risk for healthcare workers and potential in-hospital transmission.
Generation of multiple human iPSC lines from peripheral blood mononuclear cells of two SLC2A3 deletion and two SLC2A3 duplication carriers (2021)
Ziegler, Georg C. ; Radtke, Franziska ; Vitale, Maria Rosaria ; Preuße, André ; Klopocki, Eva ; Herms, Stefan ; Lesch, Klaus-Peter
Copy number variants of SLC2A3, which encodes the glucose transporter GLUT3, are associated with several neuropsychiatric and cardiac diseases. Here, we report the successful reprogramming of peripheral blood mononuclear cells from two SLC2A3 duplication and two SLC2A3 deletion carriers and subsequent generation of two transgene-free iPSC clones per donor by Sendai viral transduction. All eight clones represent bona fide hiPSCs with high expression of pluripotency genes, ability to differentiate into cells of all three germ layers and normal karyotype. The generated cell lines will be helpful to enlighten the role of glucometabolic alterations in pathophysiological processes shared across organ boundaries.
Report of two siblings with spondylodysplastic Ehlers-Danlos syndrome and B4GALT7 deficiency (2021)
Lorenz, Delia ; Kress, Wolfram ; Zaum, Ann-Kathrin ; Speer, Christian P. ; Hebestreit, Helge
Background The spondylodysplastic Ehlers-Danlos subtype (OMIM #130070) is a rare connective tissue disorder characterized by a combination of connective tissue symptoms, skeletal features and short stature. It is caused by variants in genes encoding for enzymes involved in the proteoglycan biosynthesis or for a zinc transporter. Presentation of cases We report two brothers with a similar phenotype of short stature, joint hypermobility, distinct craniofacial features, developmental delay and severe hypermetropia indicative for a spondylodysplastic Ehlers-Danlos subtype. One also suffered from a recurrent pneumothorax. Gene panel analysis identified two compound heterozygous variants in the B4GALT7 gene: c.641G > A and c.723 + 4A > G. B4GALT7 encodes for galactosyltransferase I, which is required for the initiation of glycosaminoglycan side chain synthesis of proteoglycans. Conclusions This is a first full report on two cases with spondylodysplastic Ehlers-Danlos syndrome and the c.723 + 4A > G variant of B4GALT7. The recurrent pneumothoraces observed in one case expand the variable phenotype of the syndrome.
Generation of induced pluripotent stem cell (iPSC) lines carrying a heterozygous (UKWMPi002-A-1) and null mutant knockout (UKWMPi002-A-2) of Cadherin 13 associated with neurodevelopmental disorders using CRISPR/Cas9 (2021)
Vitale, Maria Rosaria ; Zöller, Johanna Eva Maria ; Jansch, Charline ; Janz, Anna ; Edenhofer, Frank ; Klopocki, Eva ; van den Hove, Daniel ; Vanmierlo, Tim ; Rivero, Olga ; Kasri, Nael Nadif ; Ziegler, Georg Christoph ; Lesch, Klaus-Peter
Fibroblasts isolated from a skin biopsy of a healthy 46-year-old female were infected with Sendai virus containing the Yamanaka factors to produce transgene-free human induced pluripotent stem cells (iPSCs). CRISPR/Cas9 was used to generate isogenic cell lines with a gene dose-dependent deficiency of CDH13, a risk gene associated with neurodevelopmental and psychiatric disorders. Thereby, a heterozygous CDH13 knockout (CDH13\(^{+/-}\)) and a CDH13 null mutant (CDH13\(^{-/-}\)) iPSC line was obtained. All three lines showed expression of pluripotency-associated markers, the ability to differentiate into cells of the three germ layers in vitro, and a normal female karyotype.
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