Mutationsanalyse und Grundlagen für funktionale Untersuchungen zu den positionalen Kandidatengenen für katatone Schizophrenie, EIF2AK4 und SLC12A6, aus der chromosomalen Region 15q14-15
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Astrid Hahner
- Abgabedatum: Oktober 2003
- Umfang: 94 Seiten
- Dateigröße: 8,8 MB
- Note: 2,3
- Institution / Hochschule: Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-7745-5
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-7745-5 P - ISBN (CD) :978-3-8324-7745-5 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Hahner, Astrid Oktober 2003: Mutationsanalyse und Grundlagen für funktionale Untersuchungen zu den positionalen Kandidatengenen für katatone Schizophrenie, EIF2AK4 und SLC12A6, aus der chromosomalen Region 15q14-15, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: RFLP-Analyse, Humangenetik, Sequenzierung, Psychiatrie, SNP
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Diplomarbeit von Astrid Hahner
Zusammenfassung:
In dieser Arbeit wurden einige molekularbiologische Ansätze zur Untersuchung des genetischen Einflusses auf periodische Katatonie, einem Subtyp der schizophrenen Erkrankungen, vorgestellt. Für EIF2AK4, eines der beiden hier behandelten Kandidatengene für Chromosom 15-bezogene Schizophrenie (SCZD10), wurde eine Mutationsanalyse durch Sequenzierung der Promotorregion sowie aller Exons dreier erkrankter Individuen und von zwei Kontrollpersonen durchgeführt. Dabei konnten keine Varianten nachgewiesen werden, welche sich auf das Patientensample beschränkten.
Ein im Vorfeld dokumentierter codierender SNP in Exon 28 schien aber in einer der untersuchten Familien mit der Krankheit zu kosegregieren. Daher wurde im Rahmen einer Assoziationsstudie durch RFLP Analyse einer großen Stichprobe geprüft, ob eine der beiden Varianten signifikant häufiger in Patienten als in gesunden Individuen auftritt.
Die Untersuchung ergab eine gleichmäßige Verteilung der Varianten in Patienten- und Kontroll-Sample in perfektem Hardy-Weinberg Equilibrium, so dass eine Assoziation mit der Erkrankung ausgeschlossen werden konnte. In der Promotorregion bzw. 5´UTR von SLC12A6, dem zweiten der untersuchten Kandidatengene, konnten in der Vergangenheit zwei kosegregierende A => G Varianten nachgewiesen werden, welche signifikant mit Schizophrenie und bipolaren Psychosen assoziiert sind. Es soll nun anhand eines Luciferase-Assays getestet werden, ob diese Varianten die Aktivität des Promotors verändern. In dieser Arbeit wurden die Vorbereitungen zur Durchführung des funktionalen Assays getroffen. Im Rahmen dieses Projektes wurde unter anderem das Exon1A von SLC12A6 aus drei verschiedenen Zelllinien auf Spleiß -sites überprüft.
Unsere Ergebnisse zeigten, dass in einer lymphoblastoiden Zelllinie sowie in SK-N-SH, einer neuroblastoiden Zelllinie, das Exon 1A nicht gespleißt wird. Dieses Ergebnis ist kohärent mit dem aktuellen Befund der „UCSC April 2003 freeze release“ des Human Genome Projects.
Inhaltsverzeichnis:
| 1. | Abkürzungsverzeichnis | 6 |
| 2. | Einleitung | 7 |
| 2.1 | Überblick: Die Krankheit Schizophrenie | 7 |
| 2.2 | Kausalitäten der Erkrankung | 8 |
| 2.3 | Wissenschaftliche Grundlagen für diese Arbeit | 9 |
| 2.4 | Die Kandidatengene GCN2 und KCC3 | 10 |
| Abb.1: Chromosom 15q14-15 mit den Stammbäumen der Familien (F) 30, 09 und 11 | 12 | |
| 3. | Fragestellung | 13 |
| 3.1 | Mutationsanalyse des Gens GCN2 durch automatisierte Sequenzierung | 13 |
| 3.2 | Assoziationsstudie einer Variante in Exon 28 von GCN2 durch RFLP Analyse | 13 |
| 3.3 | Vorbereitungen zur funktionalen Analyse seltener Varianten im Promotor von KCC3 | 14 |
| 3.4 | Überprüfung von KCC3 Exon 1A auf Spleißformen | 14 |
| 4. | Material | 15 |
| 4.1 | Materialien allgemein | 15 |
| 4.1.1 | Klinisch | 15 |
| Abb.2: Stammbäume für Familien 9 und 11 | 15 | |
| 4.1.2 | Puffer | 16 |
| 4.2 | Materialien zur Mutationsanalyse des Gens GCN2 durch automatisierte Sequenzierung | 17 |
| 4.2.1 | Polymerase chain reaction (PCR) | 17 |
| Abb.3: Standard Peqgold 100 bp DNA-Leiter plus | 18 | |
| 4.2.2 | Sequenzierreaktion | 19 |
| 4.2.3 | Fällung und Sequenzierung | 19 |
| 4.3 | Materialien zur Assoziationsstudie einer Variante in Exon 28 von GCN2 durch RFLP Analyse | 19 |
| 4.3.1 | PCR | 19 |
| 4.3.2 | Restriktion | 20 |
| 4.3.3 | Analyse der Restriktionsfragmente | 20 |
| 4.4 | Materialien für die Vorbereitungen zur funktionalen Analyse einer seltenen Variante im Promotor von KCC3 | 20 |
| 4.4.1 | PCR | 20 |
| Abb.4: Peqgold 1kb DNA-Leiter (Peqlab, Erlangen) | 21 | |
| 4.4.2 | Expressionstest | 21 |
| 4.4.3 | Restriktion und Ligation von Vektor und KCC3 Promotor | 22 |
| 4.4.4 | Elektroporation und Selektion der Klone | 23 |
| 4.4.5 | Nachweis A- und G-Varianten im Konstrukt | 24 |
| 4.4.6 | Vorbereitung des Sequenzier-Auftrages an MWG-Biotech | 25 |
| 4.4.7 | Überprüfung der Segregation der distal gelegenen G-Variante in Familie 11 | 26 |
| 4.5 | Materialien zur Überprüfung von KCC3 Exon 1A auf Spleißformen | 26 |
| 5. | Methoden | 27 |
| 5.1 | Methoden zur Mutationsanalyse des Gens GCN2 durch automatisierte Sequenzierung | 27 |
| 5.1.1 | PCR | 27 |
| 5.1.2 | Sequenzierreaktion, Fällung und Sequenzierung | 30 |
| 5.2 | Methoden zur Assoziationsstudie einer Variante in Exon 28 von GCN2 durch RFLP Analyse | 32 |
| Abb.5: Restriktionskarte GCN2 Exon 28 mit G-Variante (Gly) | 32 | |
| 5.2.1 | PCR | 33 |
| 5.2.2 | Restriktion | 33 |
| 5.2.3 | Analyse der Restriktionsfragmente | 33 |
| 5.3 | Methoden für die Vorbereitungen zur funktionalen Analyse einer seltenen Variante im Promotor von KCC3 | 34 |
| Abb.6: Lage der Varianten auf den homologen Schwesterchromosomen (Schema) | 34 | |
| 5.3.1 | PCR | 35 |
| 5.3.2 | Expressionstest | 36 |
| Abb.7: KCC3 Exon 7 und Exon 8 mit dazwischenliegendem Intron und Position der Oligonukleotide | 39 | |
| 5.3.3 | Doppelverdau und Ligation von Vektor und KCC3 Promotor | 40 |
| Abb.8: Strategie zur Einklonierung des Promotors in pGL3-Basic | 40 | |
| Abb.9: Konstrukt pGL3-Basic mit KCC3 Promotor (G-G oder A-A) vor luc+ Gen | 41 | |
| 5.3.4 | Elektroporation und Selektion der Klone | 42 |
| 5.3.5 | Nachweis der A- und G-Varianten im Konstrukt | 43 |
| 5.3.6 | Vorbereitung des Sequenzier-Auftrages an MWG-Biotech | 46 |
| 5.3.7 | Überprüfung der Segregation der distalen G-Variante in Familie 11 | 46 |
| 5.3.8 | Methode zur Überprüfung von KCC3 Exon 1A auf Spleißformen | 47 |
| Abb.10: Zu amplifizierendes Fragment mit den Positionen von KCC3 KontrEx1F und KCC3 Kontr Ex1R | 47 | |
| 6. | Ergebnisse | 48 |
| 6.1 | Ergebnisse der Mutationsanalyse des Gens GCN2 durch automatisierte Sequenzierung | 48 |
| 6.1.1 | Überprüfung der Reinheit der PCR-Produkte | 48 |
| Abb.11: 100 bp Leiter | 49 | |
| Abb.12-17:Aufnahmen der Gele mit gereinigten PCR-Produkten | ||
| 6.1.2 | Sequenzierergebnisse | 52 |
| Abb.18-28 Ausschnitte aus den Sequenzierergebnissen | ||
| 6.2 | Ergebnisse der Assoziationsstudie einer Variante in Exon 28 von GCN2 durch RFLP Analyse | 58 |
| Abb.29: Beispiel für Bandenmuster nach Restriktion mit HpyCH4 V (5% Agarose Gel mit EtBr2) | 59 | |
| Abb.30: Bandenmuster nach Restriktion mit HpyCH4 V (3% Agarose Gel ohne EtBr2) | 60 | |
| 6.3 | Ergebnisse der Vorbereitungen zur funktionalen Analyse einer seltenen Variante im Promotor von KCC 3 | 61 |
| 6.3.1 | Amplifizierung des 2,8 kb Fragmentes | 61 |
| Abb.31: 1 kb Leiter | 62 | |
| Abb.32: Optimierungsergebnis für die Amplifizierung des KCC3 Promotors | 62 | |
| 6.3.2 | Expressionstest | 62 |
| Abb.33: Produkte der Amplifizierung eines cDNA Fragments mit den Oligonukleotiden HumanActinF und HumanActinR | 64 | |
| Abb.34: Produkte der PCR mit den Oligonukleotiden KCC3cDNA7=>8F und KCC3cDNA8=>7R | 64 | |
| 6.3.3 | Restriktion mit HinDIII und NcoI | 65 |
| Abb.35: Restriktionsergebnis | 65 | |
| 6.3.4 | Selektion der Klone | 65 |
| Abb.36: Plasmide der Klone 1 bis 12 | 66 | |
| Abb.37: Schnitt zur weiteren Verifizierung der Plasmide | 66 | |
| 6.3.5 | Verifizierung der Varianten in den Konstrukten | 66 |
| Abb.38: Resultat der PCR zur Überprüfung der proximalen Variante | 67 | |
| Abb.39: Variante „unten“ von Klon 9 | 67 | |
| Abb.40: Variante „unten“ von Klon 10 | 68 | |
| Abb.41: Produkte der Restriktion (Klon 9-11, Positivkontrolle 834) mit HpyCH4 IV | 68 | |
| 6.3.6 | Ergebnisse der Sequenzierung durch MWG biotech | 68 |
| 6.3.7 | Überprüfung der Segregation der distalen G-Variante in Familie 11 | 69 |
| Abb.42: Resultat des Schnittes mit HpyCH4 IV für Familie 11 | 69 | |
| Abb.43: Stammbaum Familie 11 mit den G-Varianten | 70 | |
| 6.4 | Ergebnis der Überprüfung von KCC3 Exon 1A auf Spleißformen | 70 |
| Abb.44: Ergebnisse der PCR zur Überprüfung von KCC3 Exon1 | 71 | |
| Abb.45: Schematische Darstellung der Promotorregion und angrenzenden Exons von KCC3 | 71 | |
| 7. | Diskussion | 72 |
| Abb.46: Ergebnis der Assoziationsstudie, KCC3 | 77 | |
| 8. | Zusammenfassung | 86 |
| 9. | Literaturverzeichnis | 87 |
| 10. | Danksagung | 91 |
6.1.2 Sequenzierergebnisse Es konnten einige Besonderheiten in Promotor, Exon 1-3 und Exon 10 festgestellt werden. Für Exon 4 wurden keine Abweichungen von der Datenbank des menschlichen Genoms dokumentiert. Die folgenden Nukleotidposition-Bezeichnungen sind der Sequenz des „Human Genome Projects“ entnommen und beziehen sich auf die Version UCSC Genome Browser Human April 2003 Freeze. Das Gen GCN2/EIF2AK4 befindet sich auf Chromosom 15q15.1 und umfasst die Nukleotidpositionen nt 37825253-37906929. a) Promotor: Die Kontrollperson TK66 besitzt im Promotor bei nt 37805432 eine heterozygote A/A => A/G Variante. Auf dem Reverse- Ergebnis ist ein Cytosin angegeben, man erkennt jedoch deutlich das gleichzeitige Vorhandensein des Peaks für Thymin (siehe Abb.18 und 19). [...]
6. Ergebnisse 6.1 Ergebnisse der Mutationsanalyse des Gens GCN2 durch automatisierte Sequenzierung Wie bereits ausführlich dargestellt wurde, gehört GCN2 zu den wohl wichtigsten Kandidatengenen für Chromosom15- bezogene Schizophrenie (SCZD10) in den von unserer Gruppe untersuchten Familien. Es liegt in der Region 15q14-15 und wird von drei der in unserer Gruppe untersuchten Familien unterstützt. GCN2 ist eines von nur 90 Genen, welche durch die Moises-Hypothese als Kandidatengene für Schizophrenie vorgeschlagen werden. Es hat eine wichtige Funktion in Translationsprozessen, so dass unter anderem die Hypothese unterstützt wird, ein Defizit in der cerebralen Proteinsyntheserate könne Schizophrenie hervorrufen. Um die Frage zu klären, ob Veränderungen in GCN2 mit dem Auftreten katatoner Schizophrenie kosegregieren, wurden für diese Arbeit sowohl Promotorregion als auch Exons 1-4 sowie Exon 10 des Gens dreier Patienten und zwei Kontrollindividuen sequenziert und miteinander verglichen. Zunächst wurden die Regionen von Interesse durch Polymerase–Kettenreaktion amplifiziert, gereinigt und die Reinheit der Produkte durch elektrophoretische Auftrennung überprüft. Anschließend wurden bei der Sequenzierreaktion die PCR Fragmente unter Verwendung fluoreszierender Nukleotide neusynthetisiert und abermals gereinigt. Der Sequenzierer detektiert diese Reste und differenziert sie in einer einzigen Laufspur auf dem Sequenziergel. Man erwartet, eine Reihe von Varianten zu finden. Sollten einige davon in der DNA der untersuchten Patienten, nicht aber bei den gesunden Kontrollen zu finden sein, müssen diese in einer größeren Stichprobe genauer untersucht werden. 6.1.1 Überprüfung der Reinheit der PCR-Produkte Wie bereits unter Methoden beschrieben, wurden für die PCR Ansätze im Allgemeinen Standardbedingungen eingehalten. Standardmäßig beinhaltete ein Reaktionsansatz (25 µl Endvolumen) 10pmol je Oligonukleotid, 40-60ng genomische DNA, 2,5mM jedes NTPs, 2,5µl eines 10x Puffers (Besonderheit nur bei Goldstar System) und etwa 1U Taq Polymerase. 49 [...]
Auch dieses Versuchsprotokoll wurde in der Vergangenheit dazu verwendet, eine große Stichprobe für die distale Variante zu genotypisieren. 5.3.6 Vorbereitung des Sequenzier-Auftrages an MWG-Biotech Pro ausgewählten Klon wurden 60 µl der Bakterienkultur in einen 500 ml Kolben mit 50 ml LB Medium und 60 µl Ampicillin (50 mg/ml) gegeben. Das Gemisch ließ man über Nacht in einem Wasserbad bei 37°C sanft schütteln, damit sich die Bakterien vermehren konnten. 900 µl der Übernachtkultur wurde für spätere Verwendung mit 100 µl 10x Freezing Medium vermischt und sofort bei -70°C gelagert. Die übrigen Bakterien wurden bei 4000 rpm herunterzentrifugiert und das Pellet gemäß Protokoll des verwendeten QIAfilter Plasmid Midi Kits (Qiagen, Hilden) weiterverarbeitet. Für die genaue Beschreibung der Methode siehe Originalprotokoll. 15 µg der luftgetrockneten Plasmid DNA wurden zur Sequenzierung durch Primer-walking Technik (99% Lesegenauigkeit) an MWG Biosciences, Ebersberg, weitergeschickt. 5.3.7 Überprüfung der Segregation der oberen G-Variante in Familie 11 Zur Überprüfung der oberen G-Variante in Familie 11 wurde unter exakt den gleichen Bedingungen gearbeitet wie zuvor. Zunächst wurden in einer Standard PCR die 424 bp großen Promotor-Fragmente amplifiziert. Dafür wurde das Oligonukleotidpaar VP-Prom1-1F und VP-Prom1-1R verwendet. Für den Schnitt wurden etwa 12,5 µl PCR Produkt, 1 µl (10 U) Enzym und 1,5 µl 10x NE Puffer1 in einem Endvolumen von 15 µl für 1,5 Stunden bei 37°C inkubiert. Als Trennmedium in der anschließenden Elektrophorese diente 2% Agarosegel; die Färbung erfolgt wie immer mit Ethidiumbromid. Das Ergebnis wurde mit den Daten aus der Genotypisierung anhand eines Stammbaumes verglichen. [...]
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832477455
Arbeit zitieren:
Hahner, Astrid Oktober 2003: Mutationsanalyse und Grundlagen für funktionale Untersuchungen zu den positionalen Kandidatengenen für katatone Schizophrenie, EIF2AK4 und SLC12A6, aus der chromosomalen Region 15q14-15, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
RFLP-Analyse, Humangenetik, Sequenzierung, Psychiatrie, SNP



