Genetische Ursachen von Neuralrohrdefekten beim Menschen - Assoziationsstudien und Kandidatengenanalysen

Neuralrohrdefekte (NRD) sind häufig auftretende angeborene Fehlbildungen des Zentralen Nervensystems, über deren Ursachen bis heute nur wenig bekannt ist. Gesichert erscheint jedoch die Annahme, dass die Entstehung von NRD multifaktoriell bedingt ist. Man geht davon aus, dass die Entwicklungsstörung frühembryonal durch einen fehlerhaften Neuralrohrschluss verursacht wird. Aus Tiermodellen sind zahlreiche Gene bekannt, die während der Neurulation in Neuralrohr oder umliegenden Geweben exprimiert werden und daher möglicherweise an der Steuerung des Neuralrohrschlusses beteiligt sind. Der Funktionsverlust einiger Gene führt außerdem in Mausmutanten zur Manifestation eines NRD. In der vorliegenden Arbeit wurden fünf Entwicklungsgene (CART1, BMP4, T, PDGFRa und TWIST) untersucht, die aufgrund mehrerer Kriterien als NRD-Kandidatengene gelten: Zum einen zeigen sie während der Neurulation ein spezifisches Expressionsmuster in den relevanten Strukturen (Neuroektoderm, Neuralrohr, Kopfmesenchym); zum anderen verursachen sie bei Funktionsverlust im Tiermodell NRD. Drei Gene (CART1, BMP4 und TWIST) wurden im Rahmen eines Mutationsscreens auf Sequenzveränderungen bei NRD-Betroffenen getestet, wobei die gesamte cDNA Sequenz inklusive Spleißstellen untersucht wurde. Da die genomische Sequenz von CART1 nicht bekannt war, wurde sie experimentell ermittelt. Ein PAC-Klon konnte identifiziert werden, der die gesamte genomische Sequenz von CART1 enthält. In CART1 und BMP4, jedoch nicht in TWIST, konnten Sequenzvarianten in der DNA von NRD-Patienten nachgewiesen werden. Neben einer Reihe von Polymorphismen konnten drei Missense-Mutationen nachgewiesen werden (CART1 R192C; BMP4 T225A und S367T), die nur bei Betroffenen auftraten. Zwei dieser Missense-Mutationen liegen in stark konservierten Bereichen: Der Austausch R192C in CART1 ändert die erste AS nach der Homeoboxdomäne, während S367T in der TGF-b Domäne von BMP4 liegt. Es ist daher möglich, dass die Mutationen als einer von mehreren Faktoren zur NRD-Entstehung dieser Patienten beigetragen haben. Inwiefern sie Einfluss auf die Funktionalität des Proteins haben, läßt sich nur durch weitere Untersuchungen klären. Bei drei Genen (BMP4, T, PDGFRa) wurde untersucht, ob die im Zusammenhang mit NRD diskutierten Polymorphismen (BMP4 V152A, T IVS7+79T®C) bzw. Promotor-Haplotypen (PDGFRa) auch in der deutschen Bevölkerung mit NRD assoziert sind. Eine Assoziation der Risikoallele mit NRD konnte im NRD-Probandengut der vorliegenden Arbeit nicht bestätigt werden

Epigenetic dynamics of monocyte-to-macrophage differentiation

Background Monocyte-to-macrophage differentiation involves major biochemical and structural changes. In order to elucidate the role of gene regulatory changes during this process, we used high-throughput sequencing to analyze the complete transcriptome and epigenome of human monocytes that were differentiated in vitro by addition of colony-stimulating factor 1 in serum-free medium. Results Numerous mRNAs and miRNAs were significantly up- or down-regulated. More than 100 discrete DNA regions, most often far away from transcription start sites, were rapidly demethylated by the ten eleven translocation enzymes, became nucleosome-free and gained histone marks indicative of active enhancers. These regions were unique for macrophages and associated with genes involved in the regulation of the actin cytoskeleton, phagocytosis and innate immune response. Conclusions In summary, we have discovered a phagocytic gene network that is repressed by DNA methylation in monocytes and rapidly de-repressed after the onset of macrophage differentiation

Genetische Ursachen von Neuralrohrdefekten beim Menschen - Assoziationsstudien und Kandidatengenanalysen

Neuralrohrdefekte (NRD) sind häufig auftretende angeborene Fehlbildungen des Zentralen Nervensystems, über deren Ursachen bis heute nur wenig bekannt ist. Gesichert erscheint jedoch die Annahme, dass die Entstehung von NRD multifaktoriell bedingt ist. Man geht davon aus, dass die Entwicklungsstörung frühembryonal durch einen fehlerhaften Neuralrohrschluss verursacht wird. Aus Tiermodellen sind zahlreiche Gene bekannt, die während der Neurulation in Neuralrohr oder umliegenden Geweben exprimiert werden und daher möglicherweise an der Steuerung des Neuralrohrschlusses beteiligt sind. Der Funktionsverlust einiger Gene führt außerdem in Mausmutanten zur Manifestation eines NRD. In der vorliegenden Arbeit wurden fünf Entwicklungsgene (CART1, BMP4, T, PDGFRa und TWIST) untersucht, die aufgrund mehrerer Kriterien als NRD-Kandidatengene gelten: Zum einen zeigen sie während der Neurulation ein spezifisches Expressionsmuster in den relevanten Strukturen (Neuroektoderm, Neuralrohr, Kopfmesenchym); zum anderen verursachen sie bei Funktionsverlust im Tiermodell NRD. Drei Gene (CART1, BMP4 und TWIST) wurden im Rahmen eines Mutationsscreens auf Sequenzveränderungen bei NRD-Betroffenen getestet, wobei die gesamte cDNA Sequenz inklusive Spleißstellen untersucht wurde. Da die genomische Sequenz von CART1 nicht bekannt war, wurde sie experimentell ermittelt. Ein PAC-Klon konnte identifiziert werden, der die gesamte genomische Sequenz von CART1 enthält. In CART1 und BMP4, jedoch nicht in TWIST, konnten Sequenzvarianten in der DNA von NRD-Patienten nachgewiesen werden. Neben einer Reihe von Polymorphismen konnten drei Missense-Mutationen nachgewiesen werden (CART1 R192C; BMP4 T225A und S367T), die nur bei Betroffenen auftraten. Zwei dieser Missense-Mutationen liegen in stark konservierten Bereichen: Der Austausch R192C in CART1 ändert die erste AS nach der Homeoboxdomäne, während S367T in der TGF-b Domäne von BMP4 liegt. Es ist daher möglich, dass die Mutationen als einer von mehreren Faktoren zur NRD-Entstehung dieser Patienten beigetragen haben. Inwiefern sie Einfluss auf die Funktionalität des Proteins haben, läßt sich nur durch weitere Untersuchungen klären. Bei drei Genen (BMP4, T, PDGFRa) wurde untersucht, ob die im Zusammenhang mit NRD diskutierten Polymorphismen (BMP4 V152A, T IVS7+79T®C) bzw. Promotor-Haplotypen (PDGFRa) auch in der deutschen Bevölkerung mit NRD assoziert sind. Eine Assoziation der Risikoallele mit NRD konnte im NRD-Probandengut der vorliegenden Arbeit nicht bestätigt werden

Integrative analysis of single-cell expression data reveals distinct regulatory states in bidirectional promoters

Background: Bidirectional promoters (BPs) are prevalent in eukaryotic genomes. However, it is poorly understood how the cell integrates different epigenomic information, such as transcription factor (TF) binding and chromatin marks, to drive gene expression at BPs. Single-cell sequencing technologies are revolutionizing the field of genome biology. Therefore, this study focuses on the integration of single-cell RNA-seq data with bulk ChIP-seq and other epigenetics data, for which single-cell technologies are not yet established, in the context of BPs. Results: We performed integrative analyses of novel human single-cell RNA-seq (scRNA-seq) data with bulk ChIP-seq and other epigenetics data. scRNA-seq data revealed distinct transcription states of BPs that were previously not recognized. We find associations between these transcription states to distinct patterns in structural gene features, DNA accessibility, histone modification, DNA methylation and TF binding profiles. Conclusions: Our results suggest that a complex interplay of all of these elements is required to achieve BP-specific transcriptional output in this specialized promoter configuration. Further, our study implies that novel statistical methods can be developed to deconvolute masked subpopulations of cells measured with different bulk epigenomic assays using scRNA-seq data

Integrative analysis of single-cell expression data reveals distinct regulatory states in bidirectional promoters

Abstract Background Bidirectional promoters (BPs) are prevalent in eukaryotic genomes. However, it is poorly understood how the cell integrates different epigenomic information, such as transcription factor (TF) binding and chromatin marks, to drive gene expression at BPs. Single-cell sequencing technologies are revolutionizing the field of genome biology. Therefore, this study focuses on the integration of single-cell RNA-seq data with bulk ChIP-seq and other epigenetics data, for which single-cell technologies are not yet established, in the context of BPs. Results We performed integrative analyses of novel human single-cell RNA-seq (scRNA-seq) data with bulk ChIP-seq and other epigenetics data. scRNA-seq data revealed distinct transcription states of BPs that were previously not recognized. We find associations between these transcription states to distinct patterns in structural gene features, DNA accessibility, histone modification, DNA methylation and TF binding profiles. Conclusions Our results suggest that a complex interplay of all of these elements is required to achieve BP-specific transcriptional output in this specialized promoter configuration. Further, our study implies that novel statistical methods can be developed to deconvolute masked subpopulations of cells measured with different bulk epigenomic assays using scRNA-seq data

Combining transcription factor binding affinities with open-chromatin data for accurate gene expression prediction

The binding and contribution of transcription factors (TF) to cell specific gene expression is often deduced from open-chromatin measurements to avoid costly TF ChIP-seq assays. Thus, it is important to develop computational methods for accurate TF binding prediction in open-chromatin regions (OCRs). Here, we report a novel segmentation-based method, TEPIC, to predict TF binding by combining sets of OCRs with position weight matrices. TEPIC can be applied to various open-chromatin data, e.g. DNaseI-seq and NOMe-seq. Additionally, Histone-Marks (HMs) can be used to identify candidate TF binding sites. TEPIC computes TF affinities and uses open-chromatin/HM signal intensity as quantitative measures of TF binding strength. Using machine learning, we find low affinity binding sites to improve our ability to explain gene expression variability compared to the standard presence/absence classification of binding sites. Further, we show that both footprints and peaks capture essential TF binding events and lead to a good prediction performance. In our application, gene-based scores computed by TEPIC with one open-chromatin assay nearly reach the quality of several TF ChIP-seq data sets. Finally, these scores correctly predict known transcriptional regulators as illustrated by the application to novel DNaseI-seq and NOMe-seq data for primary human hepatocytes and CD4+ T-cells, respectively

Hibiscus rosa-sinensis L.

原著和名: ブッサウゲ科名: アオイ科 = Malvaceae採集地: 鹿児島県 肝属郡 佐多町 (大隅 肝属郡 佐多町)採集日: 1961/8/18採集者: 萩庭丈壽整理番号: JH026717国立科学博物館整理番号: TNS-VS-97671

Mapping autism risk loci using genetic linkage and chromosomal rearrangements.

Autism spectrum disorders (ASDs) are common, heritable neurodevelopmental conditions. The genetic architecture of ASDs is complex, requiring large samples to overcome heterogeneity. Here we broaden coverage and sample size relative to other studies of ASDs by using Affymetrix 10K SNP arrays and 1,181 [corrected] families with at least two affected individuals, performing the largest linkage scan to date while also analyzing copy number variation in these families. Linkage and copy number variation analyses implicate chromosome 11p12-p13 and neurexins, respectively, among other candidate loci. Neurexins team with previously implicated neuroligins for glutamatergic synaptogenesis, highlighting glutamate-related genes as promising candidates for contributing to ASDs