The identity of the discriminator base has an impact on CCA addition

CCA-adding enzymes synthesize and maintain the C-C-A sequence at the tRNA 3''-end, generating the attachment site for amino acids. While tRNAs are the most prominent substrates for this polymerase, CCA additions on non-tRNA transcripts are described as well. To identify general features for substrate requirement, a pool of randomized transcripts was incubated with the human CCA-adding enzyme. Most of the RNAs accepted for CCA addition carry an acceptor stem-like terminal structure, consistent with tRNA as the main substrate group for this enzyme. While these RNAs show no sequence conservation, the position upstream of the CCA end was in most cases represented by an adenosine residue. In tRNA, this position is described as discriminator base, an important identity element for correct aminoacylation. Mutational analysis of the impact of the discriminator identity on CCA addition revealed that purine bases (with a preference for adenosine) are strongly favoured over pyrimidines. Furthermore, depending on the tRNA context, a cytosine discriminator can cause a dramatic number of misincorporations during CCA addition. The data correlate with a high frequency of adenosine residues at the discriminator position observed in vivo. Originally identified as a prominent identity element for aminoacylation, this position represents a likewise important element for efficient and accurate CCA addition

Bone marrow mesenchymal stromal cell-derived extracellular matrix displays altered glycosaminoglycan structure and impaired functionality in Myelodysplastic Syndromes

Myelodysplastic syndromes (MDS) comprise a heterogeneous group of hematologic malignancies characterized by clonal hematopoiesis, one or more cytopenias such as anemia, neutropenia, or thrombocytopenia, abnormal cellular maturation, and a high risk of progression to acute myeloid leukemia. The bone marrow microenvironment (BMME) in general and mesenchymal stromal cells (MSCs) in particular contribute to both the initiation and progression of MDS. However, little is known about the role of MSC-derived extracellular matrix (ECM) in this context. Therefore, we performed a comparative analysis of in vitro deposited MSC-derived ECM of different MDS subtypes and healthy controls. Atomic force microscopy analyses demonstrated that MDS ECM was significantly thicker and more compliant than those from healthy MSCs. Scanning electron microscopy showed a dense meshwork of fibrillar bundles connected by numerous smaller structures that span the distance between fibers in MDS ECM. Glycosaminoglycan (GAG) structures were detectable at high abundance in MDS ECM as white, sponge-like arrays on top of the fibrillar network. Quantification by Blyscan assay confirmed these observations, with higher concentrations of sulfated GAGs in MDS ECM. Fluorescent lectin staining with wheat germ agglutinin and peanut agglutinin demonstrated increased deposition of N-acetyl-glucosamine GAGs (hyaluronan (HA) and heparan sulfate) in low risk (LR) MDS ECM. Differential expression of N-acetyl-galactosamine GAGs (chondroitin sulfate, dermatan sulfate) was observed between LR- and high risk (HR)-MDS. Moreover, increased amounts of HA in the matrix of MSCs from LR-MDS patients were found to correlate with enhanced HA synthase 1 mRNA expression in these cells. Stimulation of mononuclear cells from healthy donors with low molecular weight HA resulted in an increased expression of various pro-inflammatory cytokines suggesting a contribution of the ECM to the inflammatory BMME typical of LR-MDS. CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) displayed an impaired differentiation potential after cultivation on MDS ECM and modified morphology accompanied by decreased integrin expression which mediate cell-matrix interaction. In summary, we provide evidence for structural alterations of the MSC-derived ECM in both LR- and HR-MDS. GAGs may play an important role in this remodeling processes during the malignant transformation which leads to the observed disturbance in the support of normal hematopoiesis

Functional analysis of non-coding DNA-sequences under consideration of biomathematical models

In dieser Promotionsarbeit wurden destabilisierte DNA-Elemente - sogenannte scaffold/matrix attachment regions (S/MARs) - im Bereich des Interferon-Genclusters analysiert. Die generierten Daten dienten unter anderem der Bestätigung und Weiterentwicklung des SIDD-Vorhersagealgorithmus. Zusätzlich zu eukaryontischen S/MAR-Elementen wurden auch prokaryontische, destabilisierte DNA-Bereiche auf eine Affinität zur nukleären Matrix hin untersucht. Da Prokaryonten selbst keine S/MAR-Elemente besitzen, sollten über die Oligomerisierung von unpairing elements im Bereich des Ampicillin-Promotors und -Terminators artifizielle S/MAR-Elemente generiert werden. Diese artifiziellen S/MARs besassen nur eine geringe Kernmatrix-Bindungsaffinität. Neben den herkömmlichen in vitro Bindungsansätzen wurde ein neues Verfahren etabliert, um DNA-Kernmatrix Interaktionen in situ beobachten zu können. Diese Methode der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) wurde angewandt, um Maus LTK-Zellklone mit einer unterschiedlichen Kopienzahl der humanen IFNB1-Gendomäne bezüglich ihrer Transgenorganisation zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass die prozentuale Kernmatrix-Assoziation der Transgene mit steigender Kopienzahl abnimmt. Weiterhin wurde über FISH-Analysen die Integrationsspezifität eines retroviralen Expressionsplasmids entweder nach retroviraler Infektion oder nach Elektroporation der DNA untersucht. Der Gentransferweg ist demzufolge entscheidend für den Integrationsort eines Transgens: während die provirale DNA nach einer retroviralen Infektion in der Nähe von S/MAR-Elementen zu finden ist, ist das bei elektroporierten Zellklonen nicht der Fall.The aim of this work was to characterize non-coding destabilized DNA-elements, so-called scaffold/matrix attachment regions (S/MARs). We especially focussed on S/MARs which were located within the interferon-gencluster and used our experimental results to verify and further refine biomathematical S/MAR prediction approaches. In addition to analyse eukaryotic destabilized DNA-elements an attempt was made to generate artificial S/MARs from bacterial sequences. For this purpose we oligomerized unpairing elements flanking the bacterial ampicillin resistence gene. These artificially generated S/MAR elements only achieved a weak affinity to the nuclear matrix. Besides the traditionally used in vitro approaches to identify S/MARs a new method was developed which enabled us to directly visualize DNA-nuclear matrix interactions. This method of Fluorescence-in-situ-hybridization (FISH) was used to investigate the copy-number dependent matrix-attachment of clones with different copy-numbers of the IFNB1-domain. Thereby we could show that the association frequency of independent transgene domains decreases with the amount of integrated domains. Furthermore we used the method of FISH-analysis to determine the integration specificity of clones either generated by infection or by electroporation. This analysis revealed that the process of integration is distinct for both gene transfer routes and confirmed that retroviral survival strategies favour integration next to scaffold/matrix attachment regions

What drives species into extinction? Biochemical and molecular mechanisms involved in temperature-related stress responses in two marine bivalves

Die industrielle Freisetzung von Kohlendioxid verändert maßgeblich das globale Klima und gefährdet so marine Ökosysteme. Diese werden vor allem durch die Erwärmung der Ozeane, Veränderungen der Meerwasserchemie sowie fortschreitende Sauerstoffmangelzonen bedroht. Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Frage, wie sich das thermische Fenster zweier rezenter mariner Muschelarten in Reaktion auf temperaturbedingte Stressfaktoren verändert. Als Modellorganismen wurden die Europäische Auster (Ostrea edulis) und die große Pilgermuschel (Pecten maximus) ausgewählt und Stress-Versuchen ausgesetzt. In einer Gruppe wurde nur die Temperatur erhöht, während in den anderen Gruppen die Tiere neben dem Temperaturstress (2°C alle 48 h) zusätzlich entweder Sauerstoffmangelstress, pH-Stress, oder allen Stressfaktoren ausgesetzt wurden. Die wichtigsten Analysen der vorliegenden Arbeit umfassen Untersuchungen des Stoffwechsels im Kiemen- und phasischen Muskel sowie des zellulären Stress-Status. Thermische Wende-punkte des thermischen Fensters basieren auf dem Konzept der "Sauerstoff und Kapazitäts-begrenzten thermischen Toleranz" (OCLTT). Die biochemischen und molekularen Erkenntnisse der vorliegenden Arbeit geben Hinweise auf die zugrundeliegenden Mechanismen in marinen Muscheln auf klimabedingte Stressfaktoren. Dabei zeigten beide Arten unterschiedliche Strategien vermutlich in Zusammenhang ihrer Lebensräume (subtidal vs. intertidal). Austern verfolgen eine "Überdauern und Ausharren"-Strategie, verbunden mit einer hohen phänotypischen Plastizität, welche hochflexibel die zelluläre Homöostase und Integrität unter nicht optimalen Bedingungen anpasst. Darüber hinaus haben Austern die Fähigkeit, über eine metabolische Depression ATP-generierende und ATP-verbrauchende Prozesse herunter¬zufahren. Im Gegensatz dazu zeigen Pilgermuschen eine "Reaktion- und Flucht“- Strategie, die niedrigen Kapazitäten der metabolischen Depression bedingt, woraus sich eine niedrige Toleranz gegenüber Hypoxie ableitet. Die erhobenen organismischen und biochemischen Daten rezenter Arten unterstützen fossile Funde, die darauf hindeuten, dass Austern gegenüber Jakobsmuscheln während des Perm-Trias-Massensterbens einen Vorteil hatten