Genomweite Transkriptomstudien haben unterschiedliche Klassen von Nicht-Protein-kodierenden (nk) RNS offenbart und Fragen nach der Komplexität und Regulation des Genoms aufgeworfen. Genomische Prägung, ein epigenetisches Phänomen das die Exprimierung eines Gens in diploiden Zellen auf ein von zwei elterlichen Chromosomen beschränkt, ist ein Modellsystem um die Funktion der makro oder langen nkRNAs zu studieren. Sechs gut erforschte geprägte Gen- Cluster enthalten jeweils eine makro nkRNS die zwischen Maus und Mensch konserviert ist. Weiters wurde gezeigt, dass die zwei murinen makro nkRNAs Airn und Kcnq1ot1 die Exprimierung aller Protein-kodierenden Gene in den jeweiligen Gen-Clustern Igf2r und Kcnq1 unterdrücken. Beim Menschen exprimieren 8 von 27 bekannten geprägten Gen-Regionen geprägte makro nkRNAs. Um herauszufinden ob makro nkRNAs ein universelles Merkmal von allen menschlichen geprägten Gen-Regionen sind, habe ich individuell entwickelte Human Imprinted Tiling Arrays (HIRTA) und RNA-Sequenzierungstechnologien verwendet. Durch Hybridisierung von cDNA von menschlichen Geweben (20 normale und 23 Krebsgewebe) habe ich gewebespezifische Exprimierungsprofile von menschlichen geprägten Regionen erhalten. Dadurch konnte ich 101 neue Transkripte kartieren von denen 95% durch einen bioinformatische Analyse als macro nkRNS bestätigt werden konnten. Die RNA-Sequenzierung von nicht-ribosomaler RNA einer Fibroblasten Zelllinie ergab 26,2 Millionen einmalig zugeordnete Sequenzfragmente. Damit konnte ich sowohl die Exprimierung bereits bekannter geprägter makro nkRNAs erfolgreich detektieren als auch die Exprimierung von 22/23 neuen makro nkRNAs bestätigen die ich mittels HIRTA gefunden habe. Sieben neue makro nkRNAs sind entwicklungsspezifisch reguliert wie ich mittels eines Differenzierungssystems in embryonalen Stammzellen zeigen konnte. Die weitere Charakterisierung von zehn makro nkRNAs hat gezeigt, dass 4/10 ausschliesslich im Zellkern vorliegen, 6/10 monoallelisch oder bevorzugt monoallelisch exprimiert werden und 2/10 einen CpG Insel Promoter haben der unterschiedlich stark auf den beiden elterlichen Chromosomen methyliert ist (DMR). Zusammengenommen habe ich Beweise für sechs neue geprägte makro nkRNAs. Weiters sind 22 der 101 neu kartierten Transkripte nur in Krebsgeweben exprimiert. Diese könnten einen wertvollen Startpunkt für weiterführende Biomarker Forschung darstellen. Weiters konnte ich zeigen, dass alle menschlichen geprägten Gen-Regionen zumindest je eine makro nkRNA exprimieren welche geprägt sein könnte und diese daher möglicherweise eine Rolle in der Genregulation unter normalen als auch krankhaften Zuständen beim Menschen spielt.Recent genome-wide transcriptome studies revealed diverse classes of non-protein-coding (nc)RNAs and raised questions about the complexity and regulation of the genome. Genomic imprinting (an epigenetic phenomenon that restricts gene expression to one of two parental alleles in diploid cells) is a model system to study the function of an unusual class of macro or long ncRNAs. Six well-studied imprinted gene clusters contain a macro ncRNA that are mainly conserved between mouse and human. Furthermore, the mouse Airn and Kcnq1ot1 macro ncRNAs have been shown to repress all protein-coding genes, respectively in the Igf2r and Kcnq1 imprinted gene clusters. In humans, 8 out of 27 known imprinted gene regions express imprinted macro ncRNAs. To determine if macro ncRNAs are universal features of all human imprinted gene regions I used a custom Human Imprinting Region Tilling Array (HIRTA) and RNA-seq technologies. By applying 20 normal and 23 cancer human samples to HIRTA, I obtained the tissue-specific expression profiles of human imprinted gene regions and based on these profiles I mapped 101 novel transcripts of which about 95% were confirmed as macro ncRNA using a bioinformatics approach. Using ribosomal RNA depleted RNA-seq in a fibroblast cell line, I obtained 26.2 million uniquely mapped reads, successfully detected the known imprinted macro ncRNAs and validated expression of 22/23 novel macro ncRNA transcripts detected by HIRTA. 7 novel macro ncRNAs were developmentally regulated in the human embryonic stem cells differentiation system. Characterization of 10 macro ncRNAs showed that 4/10 were exclusively nuclear localized, 6/10 had monoallelic or expression biased towards one parental allele and 2/10 had CpG island promoters that are differentially methylated regions (DMRs). Thus, I have partial evidence for 6 novel imprinted macro ncRNAs. Furthermore, 22 out of the 101 mapped transcripts were expressed exclusively in cancer samples and may represent a valuable starting point for biomarkers research. In summary, all human imprinted gene regions express at least one macro ncRNA that may be imprinted and potentially play a role in gene regulation in normal or disease conditions in human
