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Mutationsanalyse und Grundlagen für funktionale Untersuchungen zu den positionalen Kandidatengenen für katatone Schizophrenie, EIF2AK4 und SLC12A6, aus der chromosomalen Region 15q14-15

Mutationsanalyse und Grundlagen für funktionale Untersuchungen zu den positionalen Kandidatengenen für katatone Schizophrenie, EIF2AK4 und SLC12A6, aus der chromosomalen Region 15q14-15
Über dieses Buch
  • 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

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

Automatisiert erstellter Textauszug:

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. [...]

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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