Reannotation des Maize oligonucleotide arrays

Die Microarray-Technologie hat sich zu einem etablierten Ansatz der Hochdurchsatz-Genexpressionsanalyse entwickelt. Das „maize oligonucleotide array“ (maizearray) ist eine der wenigen Microarray-Plattformen, welche für die genomweite Genexpressionsanalyse von Mais (Zea mays L.) erzeugt wurden. Die Sonden wurden basierend auf ESTs (expressed sequence tags) generiert. Mittlerweile ist die Genomsequenz von Mais verfügbar und ermöglicht eine genauere Annotation dieser Sonden. In dieser Arbeit wurden die Genompositionen aller Sonden und basierend darauf die zugrunde liegenden Gene sowie deren funktionelle Annotation bestimmt. Durch die Analyse konnten Redundanzen und nicht eindeutig bindende Sonden aufgedeckt und gleichzeitig die Zahl der Gene mit funktioneller Annotation verdoppelt werden. Unsere Reannotation wird funktionelle Analysen bereits existierender und zukünftiger Datensätze stark verbessern

Einfluss von Kopienzahlvariationen auf die Tumorentwicklung

Tumorentstehung ist ein Prozess, bei dem die Abläufe innerhalb der Zelle schrittweise verändert werden. Die vielfältigen Interaktionen bei der Tumorentstehung sind jedoch bislang nicht vollständig erforscht. Bisher wurden vorwiegend Genexpressionsanalysen genutzt, die jedoch nur eine Zeitaufnahme aller Genexpressionen innerhalb der Zelle darstellen und somit allein nicht ausreichend zur Charakterisierung eines Tumors. Wir haben mithilfe von Affymetrix Mouse Diversity Genotyping Microarrays Mausbrustdrüsengewebe entsprechend unserem Dreistufen-Mausmodell analysiert und die Kopienzahländerungen berechnet. Wir fanden eine zunehmende stufenweise Änderung von den transgenen zu den Tumorproben. Die Berechnung von chromosomalen Segmenten mit gleicher Kopienzahl zeigte deutliche Fragmentmuster. Unsere Analysen zeigen, dass die Tumorentstehung ein schrittweiser Prozess ist, der sowohl durch Amplifikationen als auch Deletionen chromosomaler Abschnitte definiert ist. Wir fanden charakteristisch konservierte Fragmentierungsmuster und individuelle Unterschiede welche zur Tumorgenese beitragen

Genomweite Identifizierung von chromosomalen Bruchpunkten bei Tumoren unterschiedlicher Gewebe

Aufgrund der jährlich ansteigenden Anzahl an Krebsneuerkrankungen und der tödlichen Verläufe von malignen Tumoren gewinnt die vollständige Aufklärung der Tumorgenese und -progression immer mehr an Bedeutung. Für diese können Untersuchungen zu Bruchpunkten, die eine Kopienzahlvariation (CNV) in Krebsgenomen bewirken, genutzt werden. Es wurde eine Pipeline entwickelt, die in der Lage ist, CNVs, Bruchpunktregionen (BPRs) und Gene genomweit mit Hilfe von SNP-Array-Daten zu detektieren. Dazu wurden 2.820 Tumorproben aus 8 Tumorentitäten untersucht und mit 432 Proben aus gesundem Gewebe verglichen. In den Tumorproben wurden vierfach mehr BPRs detektiert, wobei unter 5 % der Gene in den Normalproben betroffen sind. Wir identifizierten 31 hochspezifische BPRs. Die am häufigsten vorkommende Variation umschließt das Gen KIAA0513, welches in Verbindung mit der Apoptose steht. Anhand der hier entwickelten Pipeline können erste Einblicke in CNV- und Bruchpunkt-Muster in Tumorgenomen gewonnen werden, die zu einem verbesserten Verständnis der Tumorgenese und somit zu einer verbesserten Diagnostik und Therapie von Krebserkrankungen führen können.The number of new cancer cases and the deadly courses of malignant tumors are still rising. An entire clarification of tumorigenesis and progression is required for better diagnostics and therapies. Here, we present an analysis of genomic breakpoint patterns, which might cause copy number variations (CNVs) in cancer genomes. Thus, a pipeline was developed which uses SNP array data for the genome-wide detection of CNVs, breakpoint regions (BPRs) and genes. 2,820 tumor samples from eight tumor entities were analyzed and compared with 432 samples from healthy tissue. Four times more BPRs were detected in the tumor samples and only less than 5 % of the affected genes were found to be involved in healthy tissues. We identified 31 highly specific BPRs. The most commonly occurring variation found in our study encloses the KIAA0513 gene, which is associated with apoptosis. Based on these results, new insights in tumorigenesis are expected

SNP microarray analyses reveal copy number alterations and progressive genome reorganization during tumor development in SVT/t driven mice breast cancer

BACKGROUND: Tumor development is known to be a stepwise process involving dynamic changes that affect cellular integrity and cellular behavior. This complex interaction between genomic organization and gene, as well as protein expression is not yet fully understood. Tumor characterization by gene expression analyses is not sufficient, since expression levels are only available as a snapshot of the cell status. So far, research has mainly focused on gene expression profiling or alterations in oncogenes, even though DNA microarray platforms would allow for high-throughput analyses of copy number alterations (CNAs). METHODS: We analyzed DNA from mouse mammary gland epithelial cells using the Affymetrix Mouse Diversity Genotyping array (MOUSEDIVm520650) and calculated the CNAs. Segmental copy number alterations were computed based on the probeset CNAs using the circular binary segmentation algorithm. Motif search was performed in breakpoint regions (inter-segment regions) with the MEME suite to identify common motif sequences. RESULTS: Here we present a four stage mouse model addressing copy number alterations in tumorigenesis. No considerable changes in CNA were identified for non-transgenic mice, but a stepwise increase in CNA was found during tumor development. The segmental copy number alteration revealed informative chromosomal fragmentation patterns. In inter-segment regions (hypothetical breakpoint sides) unique motifs were found. CONCLUSIONS: Our analyses suggest genome reorganization as a stepwise process that involves amplifications and deletions of chromosomal regions. We conclude from distinctive fragmentation patterns that conserved as well as individual breakpoints exist which promote tumorigenesis

Der Nacktmull als ein Modellorganismus für Krebsresistenz - Bioinformatische Analysen

Bei Nacktmullen wurde bisher Tumorentstehung nicht beobachtet. Zur Untersuchung der molekularen Ursachen dient der Nacktmull daher als ein wertvoller Modellorganismus für Krebsresistenz. Ziel dieser Arbeit war eine weiterführende Analyse des kürzlich publizierten Genoms des Nacktmulls. Eine Genvorhersage konnte auf Grundlage der vorhandenden Genom- und Transkriptomdaten durchgeführt und ein hypothetisches Netzwerk der Interaktionen der tumorinduzierenden Faktoren erstellt werden. Dieses Netzwerk basiert auf den Tumorsuppressor-Regulationswegen p53 und RB im Menschen. Die Genom- und Transkriptom-Daten des Nacktmulls weisen deutliche Unterschiede zu den Befunden im Menschen auf. Dieser Befund könnte ein erster Anhaltspunkt für die Aufklärung der molekularen Ursachen der Krebsresistenz von Nacktmullen sein

Bioprozessautomatisierung einer Algenanlage mithilfe eines Single-Board-Computers

Für die effektive Haltung von Mikroorganismen, kleinen Pflanzen oder Algen in Bioreaktoren ist die Aufrechterhaltung optimaler Kultivierungsbedingungen, wie beispielsweise pH-Wert, Temperatur oder Nährstoffgehalt, notwendig. Diese Parameter können sich während der Kultivierung ändern, weshalb sie regelmäßig kontrolliert und gegebenenfalls angepasst werden müssen. Wir präsentieren hier den technischen Aufbau und die Softwarerealisierung eines Automatisierungssystems zur autonomen Regulierung des pH-Wertes in Bioreaktoren, in denen die grüne Mikroalge Scenedesmus rubescens kultiviert wird. Dazu wurde ein System mit pH-Sensoren, Signalwandlern und Magnetventilen zur kontrollierten CO2-Begasung aufgebaut. Für die Steuerung und die Datenaufzeichnung diente ein Single-Board-Computer (Raspberry Pi) mit Webeserver. Die Anlage war voll funktionsfähig und konnte über mehrere Tage fehlerlos den pH-Wert auf einen vorgegebenen Wert regeln. Das System ist leicht auch auf Großanlagen und für andere Parameter erweiterbar. Durch die Nutzung eines Single-Board-Computers erfordert die Anlage nur minimalen Platz- und Energiebedarf und ist mit geringen Anschaffungskosten verbunden.The maintenance of stable internal conditions such as pH, temperature, or nutrients is essential for the cultivation of microorganisms, small plants and algae in bioreactors. These parameters can significantly vary during cultivation and have to be controlled and regulated. Here we present the technical construction and software implementation of an automation system for measurement and controlling pH in bioreactors for cultivating the green micro algae Scenedesmus rubescens. The system was built up with pH sensors, a signal transducing unit and magnetic valves that regulate the CO2 volume flow. A single-board-computer (Raspberry Pi) with web server was used as control unit and for data recording. The established system was stable for several days and approved for fulfilling all requirements. It is easily expandable for other parameters and can be used for larger systems. By using the Raspberry Pi as a low cost, very energy efficient credit-card sized computer with minimum space requirements the system can serve as an alternative for commercial automation systems

Verification of predicted alternatively spliced Wnt genes reveals two new splice variants (CTNNB1 and LRP5) and altered Axin-1 expression during tumour progression

BACKGROUND: Splicing processes might play a major role in carcinogenesis and tumour progression. The Wnt pathway is of crucial relevance for cancer progression. Therefore we focussed on the Wnt/β-catenin signalling pathway in order to validate the expression of sequences predicted as alternatively spliced by bioinformatic methods. Splice variants of its key molecules were selected, which may be critical components for the understanding of colorectal tumour progression and may have the potential to act as biological markers. For some of the Wnt pathway genes the existence of splice variants was either proposed (e.g. β-Catenin and CTNNB1) or described only in non-colon tissues (e.g. GSK3β) or hitherto not published (e.g. LRP5). RESULTS: Both splice variants – normal and alternative form – of all selected Wnt pathway components were found to be expressed in cell lines as well as in samples derived from tumour, normal and healthy tissues. All splice positions corresponded totally with the bioinformatical prediction as shown by sequencing. Two hitherto not described alternative splice forms (CTNNB1 and LRP5) were detected. Although the underlying EST data used for the bioinformatic analysis suggested a tumour-specific expression neither a qualitative nor a significant quantitative difference between the expression in tumour and healthy tissues was detected. Axin-1 expression was reduced in later stages and in samples from carcinomas forming distant metastases. CONCLUSION: We were first to describe that splice forms of crucial genes of the Wnt-pathway are expressed in human colorectal tissue. Newly described splicefoms were found for β-Catenin, LRP5, GSK3β, Axin-1 and CtBP1. However, the predicted cancer specificity suggested by the origin of the underlying ESTs was neither qualitatively nor significant quantitatively confirmed. That let us to conclude that EST sequence data can give adequate hints for the existence of alternative splicing in tumour tissues. That no difference in the expression of these splice forms between cancerous tissues and normal mucosa was found, may indicate that the existence of different splice forms is of less significance for cancer formation as suggested by the available EST data. The currently available EST source is still insufficient to clearly deduce colon cancer specificity. More EST data from colon (tumour and healthy) is required to make reliable predictions

Re-annotation of the maize oligonucleotide array

The microarray technology has become an established approach for large-scale gene expression analysis with mature protocols for sample, microarray, and data processing. The maize oligonucleotide array (maizearray) is one of the few microarray platforms designed for genome-wide gene expression analysis in Zea mays L. Many datasets addressing various genetic, physiological and developmental topics generated with this platform are available. The original 57,452 microarray probes were compiled based on expressed sequence tags (ESTs). Meanwhile the maize genome sequence became available providing the possibility for an improved annotation of the microarray probe set. In this study we determined the genome positions of all maize array probes to obtain current gene annotations and generated current Gene Ontology (GO) annotations. These new data allow tracing redundancy of the probe set and interfering cross-hybridizations, and doubled the number of genes with functional GO data. Our re-annotation will largely improve the functional analysis of available and future datasets generated on this microarray platform

Quantitative High-Resolution Genomic Analysis of Single Cancer Cells

During cancer progression, specific genomic aberrations arise that can determine the scope of the disease and can be used as predictive or prognostic markers. The detection of specific gene amplifications or deletions in single blood-borne or disseminated tumour cells that may give rise to the development of metastases is of great clinical interest but technically challenging. In this study, we present a method for quantitative high-resolution genomic analysis of single cells. Cells were isolated under permanent microscopic control followed by high-fidelity whole genome amplification and subsequent analyses by fine tiling array-CGH and qPCR. The assay was applied to single breast cancer cells to analyze the chromosomal region centred by the therapeutical relevant EGFR gene. This method allows precise quantitative analysis of copy number variations in single cell diagnostics