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Das Hauptziel der Untersuchung der Artenvielfalt syrischer Araber war die Identifizierung der Populationsstruktur in einer Reihe von syrischen Araberpferden, die die drei Hauptstämme Saglawi, Kahlawi und Hamdani repräsentieren. Für die Studie wurden molekulare Marker der Sequenzdaten der 353 bp der hypervariablen Region der mitochondrialen D-Schleife, sowie der Daten von 12 Pferde-Mikrosatelliten und 38.671 genomweite SNPs verwendet. Kenntnisse über die Variabilität der Ausdauer sowie über morphologische Eigenschaften sind in Zuchtprogrammen von Vorteil. Wir haben in einer genomweiten Assoziationsstudie (GWAS) getestet, ob es einen kausalen Zusammenhang zwischen morphologischen Merkmalen und Variabilität der Ausdauer mit genetischen Polymorphismen gibt.Darüber hinaus haben wir Kandidatengene näher charakterisiert, welche zu dem komplexen Merkmal der Ausdauerleistung beitragen könnten. The major objective of studying the biodiversity of Syrian Arabian horses was to identify the population structure in a set of Syrian Arabian horses representing the three major strains Saglawi, Kahlawi, and Hamdani. For the study, we used different genetic markers. The variability of endurance and morphological traits are beneficial in breeding programs. We tested genome-wide associations (GWAS) to find a causal relationship between morphological traits and genetic variants. Furthermore, we used the candidate gene approach to investigate the variability of genes contributing to endurance performance.

Zinc (Zn) is an essential micronutrient for plant growth and development, which plays important roles in DNA binding, metabolic, catalytic and transcriptional regulator activities. However, Zn deficiency is a worldwide problem due to its limited bioavailability in soils in many agricultural areas, often as a result of high CaCO3 content and high pH. In addition, phytic acid is able to strongly chelate cations, such as Zn2+, Fe2+, Ca2+ and Mg2+ to form the phytate salts. Phytate cannot be digested by human beings or other monogastric animals due to lack of phytase, an enzyme that can hydrolyze phytate. Therefore, Zn bioavailability in seeds (or grains) is restricted by phytate. Moreover, seed Zn concentration is also reduced by elevated CO2, especially in C3 plants, such as wheat, rice and soybean. Regarding to the crucial roles but limited bioavailability of Zn, here I present a comprehensive analysis on roots, leaves (and flowering) and seeds in response to Zn deficiency in the model plant Arabidopsis thaliana via three experiments. First, I investigated the transcriptional response and whole-genome DNA methylation profile upon Zn deficiency in roots using next-generation sequencing. Ionome analysis on shoots showed that Zn concentration was strongly reduced in Zn deficiency, whereas other nutrients were not affected. Microarray Analysis identified several known Zn-deficiency responsive genes, confirming the effectiveness of Zn deficiency in this work. However, bisulfite sequencing results revealed that DNA methylation was eliminated by Zn deficiency in transposable elements and slightly in gene bodies as well. The DNA demethylation response to nutrient stress was a novel finding, as reversed to previous reports about phosphate stress which accumulated methylation. Surprisingly, further analysis suggested that DNA methylation occurred independent of gene transcription. Nevertheless, non-CpG methylation has a potential impact on flower development in response to Zn deficiency. The second experiment investigated the relationship between rosette size and flowering, and how rosette size and flowering time were regulated by Zn deficiency. Using natural variation population (168 Arabidopsis accessions), I found that flowering time was positively correlated with rosette size in early-flowering accessions but not in late-flowering accessions. Intriguingly, the flowering time was delayed by Zn deficiency in these early-flowering plants and resulting in promotion of vegetative biomass. However, Zn-regulated flowering time was independent of previously reported flowering pathways. Then genome-wide association study identified the underlying candidate gene was FLOWERING LOCUS T (FT) which was strongly inhibited by Zn deficiency in all accessions. Detailed genetic analysis confirmed this result as well. Furthermore, the promotion of leaf size in Zn deficiency was found being contributed by cell proliferation (cell number) but not cell size. Lastly, in the third experiment I was interested in the natural genetic variation in seed Zn concentration, together with iron (Fe) and manganese (Mn), in response to Zn deficiency. Across around 100 accessions, average seed Zn concentration decreased from 47.4 µg g-1 to 31.3 µg g-1 due to Zn deficiency. To identify candidate genes affecting seed Zn, Fe and Mn concentrations, genome-wide association mapping was performed. A candidate gene, inositol 1,3,4-trisphosphate 5/6-kinase 3 gene (ITPK3), was associated which is involved in phytate synthesis pathways. However, loss of this gene in itpk3-1 did neither affect phytate seed levels nor seed Zn, Fe and Mn. Nevertheless, large natural variance of micronutrient seed levels was identified in the population and several accessions maintained high seed Zn despite growth in Zn-deficient conditions. Altogether, this study presents comprehensive analyses in how Arabidopsis adapts to Zn deficiency in regard of root transcription and DNA methylation, flowering and leaf regulation, and seed mineral accumulation. I provided new possibilities of correlation between DNA methylation and gene transcription, which is much more complex than previously reported. I also opened a novel insight into flowering regulation on leaf size, resulting in promotion of vegetative biomass in nutrient deficiency. Substantial natural variation of seed experiment indicated that the evolution process was involved in seed mineral accumulation in Arabidopsis, especially those accessions maintaining Zn concentration in Zn-deficient soils are valuable for further investigations. I believe these findings in Arabidopsis also provide precious knowledge for plant breeders and agronomists who work on crops. Zink (Zn) ist ein essentieller Mikronährstoff für das Wachstum und die Entwicklung einer Pflanze. Seine wesentlichen Funktionen liegen in der Bindung von DNA sowie in metabolischen, katalytischen und transkriptionell regulatorischen Aktivitäten. Aufgrund der begrenzten Bioverfügbarkeit von Zink im Boden, stellt Zinkmangel ein weltweites Problem dar. Vor allem landwirtschaftlich genutzte Böden mit hohen pH-Werten und Kalkgehalten limitieren die Zinkaufnahme. Zusätzlich werden Kationen (wie Zn2+, Fe2+, Ca2+ and Mg2+) von im Boden enthaltenen Phytinsäuren chelatiert und bilden zusammen das schwerlösliche Salz Phytat. Phytat kann nicht von monogastrischen Lebewesen wie dem Menschen aufgespalten werden, da das dazu benötige Enzym Phytase nicht im Verdauungstrakt vorkommt. Die Bioverfügbarkeit von Zn ist deshalb in pflanzlichen Samen durch den Phytatgehalt limitiert. Zudem führt der ansteigende CO2-Gehalt zu einer reduzierten Zn Konzentration im Samen, vor allem in C3-Pflanzen wie Weizen, Reis und Soja. Aufgrund der wichtigen biologischen Funktionen von Zink, aber seiner begrenzten Bioverfügbarkeit, wurden in diesem Forschungsprojekt verschiedene Effekte des Zinkmangels in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana genauer analysiert. Zunächst wurden unter Zinkmangel transkriptionelle Veränderungen per Microarray und das genomweite DNA Methylierungsmuster durch genomweite Bisulfit-Sequenzierung in Wurzeln bestimmt. Dabei zeigte die Ionom-Analyse im Spross eine deutlich reduzierte Zn Konzentration in Zinkmangel-ernährten Pflanzen ohne Veränderungen anderer Nährstoffkonzentrationen. Auch die Microarray-Daten belegten einen spezifischen Zinkmangeleffekt durch Expressionsänderungen von mehreren Zinkmangelgenen. Die Ergebnisse der Bisulfit-Sequenzierung wiesen eine Reduzierung der DNA Methylierung durch Zinkmangel auf, welche, wenn vorhanden, hauptsächlich in Transposonelementen und teilweise in kodierenden Genregionen lokalisiert war. Die hier durch Stress verursachte Demethylierung unterschied sich zu bereits beschriebenen Veränderungen der Methylierung durch Phosphormangel – dies könnte zu neuen Erkenntnissen im Bereich der epigenetischen Anpassung führen. Interessanterweise zeigten weitere Untersuchungen, dass das DNA Methylierungsmuster keinen direkten Einfluss auf die Genexpression hatte. Nicht-CpG-Methylierungen könnten unter Zinkmangel möglicherweise aber die Blütenentwicklung beeinflussen. Im zweiten Experiment wurde der Zusammenhang zwischen Rosettengröße und Blütezeit unter Zinkmangel bei natürlichen Population von Arabidopsis (168 Akzessionen) genauer untersucht: Bei Frühblüher-Akzessionen korrelierte der Blütezeitpunkt positiv mit der Rosettengröße; Dies traf allerdings nicht bei Spätblütler-Akzessionen zu. Zusätzlich wurde bei diesen Frühblütlern ein bis dato unbekannter, verspäteter Blütezeitpunkt unter Zinkmangel beobachtet, welcher zu einem verstärkten vegetativen Wachstum und dadurch zu einer erhöhten Biomasse führte. Das dafür verantwortliche Gen FLOWERING LOCUS T (FT), das unter Zinkmangel in allen Arabidopsis Akzessionen stark inhibiert war, wurde mittels einer genomweiten Assoziationsstudie identifiziert. Des Weiteren konnte das verstärkte vegetative Blattwachstum unter Zinkmangel auf eine erhöhte Zellproliferation (Zellzahl) und nicht auf eine erhöhte Zellgröße zurückgeführt werden. Im letzten Versuch wurde unter Zinkmangel die natürliche genetische Variation der Zn (sowie Fe und Mn) Konzentration in Samen analysiert. In etwa 100 Akzessionen verringerte sich unter Zinkmangel die durchschnittliche Zn Konzentration im Samen von 47.4 µg g-1 auf 31.3 µg g-1. Eine erneute genomweite Assoziationsstudie identifizierte das Inositol 1,3,4-triphosphate 5/6-kinase 3 (ITPK3) Gen, welches in der Phytatsynthese beteiligt ist, als möglichen Kandidaten für die Beeinflussung der Zn, Fe und Mn Konzentration im Samen. Jedoch führte der Verlust dieses Gens in der iptk-1 Mutante weder zu einem verringerten Phytatgehalt noch zu veränderten Zn, Fe oder Mn Konzentrationen im Samen. Trotz Wachstum auf Zinkmangelboden wurde in der untersuchten Arabidopsis Population ein hoher Mikronährstoffgehalt im Samen quantifiziert und mehrere Akzessionen zeigten sogar trotz Zinkmangel einen hohen Zinkgehalt im Samen, was auf eine evolutionäre Anpassung hindeuten könnte. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass diese Studie einen umfassenden Einblick in die Zinkmangelanpassung von Arabidopsis thaliana liefert. Dabei konnten neue Erkenntnisse über die komplexe Beziehung zwischen DNA Methylierung und Genexpression gewonnen werden, über das Blühzeit-beeinflusste vegetative Wachstum und über die natürliche Variation des Mikronährstoffhaushalts im Samen. Diese aus Arabidopsis stammenden Ergebnisse könnten auf Kulturpflanzen übertragbar sein und damit hilfreich für die Züchtung von Kulturpflanzen.

Die Variation in der Lebensspanne wird beim Menschen bis zu 30% durch genetische Faktoren beinflusst, während ca. 70% dieser Variation auf Umweltbedingungen zurückzuführen ist. Bisher zeigen nur Einzelbasenvariationen (SNVs) in den Genen Apolipoprotein E (APOE) und Forkhead-Box-Protein O3A (FOXO3A) eine konsistente Assoziation mit Langlebigkeit beim Menschen in verschiedenen Populationen. Ziel der vorliegenden Studie war es daher, über Kandidatengenstudien und mittels ImmunochipTechnologie neue Suszeptibilitätsfaktoren und funktionell relevante Varianten in der deutschen Population zu identifizieren. Kandidatengenstudien wurden jeweils für die Superoxiddismutasen (SODs), das Cholesterinester-Transferprotein (CETP) und die FOXO3A-Genregion durchgeführt. Die SNV-Auswahl für die SODs und CETP erfolgte über einen umfassenden haplotype tagging Ansatz, während für die FOXO3A-Genregion drei verschiedene Sequenzierungs-Technologien (SOLiD, Illumina und Sanger) genutzt wurden, um potentielle funktionell relevante Varianten zu detektieren. In einem weiteren Ansatz sind mittels Immunochip-Technologie ca. 200.000 SNVs getestet worden. Der Immunochip umfasst genetische Varianten, die potentiell für immunvermittelte und altersbedingte Erkrankungen relevant sind. ... Up to 30% of variation in human lifespan is influenced by genetic factors, whereas 70% is attributed to environmental factors. However, thus far, only single nucleotide variants (SNVs) in the Apolipoprotein E and Forkhead box protein O3 (FOXO3A) genes have been consistently associated with human longevity in many populations. The aim of the current study was, therefore, to identify new susceptibility loci and functional relevant variants for human longevity in a German population by candidate gene studies and immunochip technology. Individual candidate gene studies were performed for the superoxide dismutases (SODs), the cholesterol ester transfer protein (CETP), and the FOXO3A gene regions. Selection of SNVs for SODs and CETP was conducted using a comprehensive haplotype tagging approach while for the FOXO3A gene region, three different sequencing technologies (SOLiD, Illumina, and Sanger) were applied to detect potentially functional relevant variants. In a parallel approach, about 200,000 SNVs were tested using immunochip technology. The immunochip contains genetic variants that are thought to be relevant for immune mediated and age-related diseases....

Die Parkinson-Krankheit ist nach der Alzheimer-Krankheit (AD) die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung des Menschen weltweit. In den letzten Jahren konnten bei der Erforschung der genetischen Ursachen der Parkinson-Krankheit mit der Entdeckung von 18 PARK-Loci und mehr als 20 weiteren Suszeptibilitätsgenen große Fortschritte erzielt werden. Bei weiterführenden funktionellen Studien fand man heraus, dass mehrere der enkodierten Genprodukte (u.a. PINK1, Parkin und DJ-1) eine wichtige Rolle bei der mitochondrialen Qualitätskontrolle spielen (Exner et al., 2007; Krebiehl et al., 2010; Grünewald et al., 2010; Irrcher et al., 2010). Das mitochondriale Hitzeschockprotein mtHsp70, auch Mortalin genannt, wurde als Interaktionspartner dieser Proteine identifiziert (Jin et al., 2007; Li et al., 2005; Yang et al., 2011; Rakovic et al., 2011; Davison et al., 2009; Burbulla, Schelling et al., 2010b). Es ist ein mitochondriales Chaperon, das durch die Bildung des Tim44/mtHsp70-Komplex mit der Translokase der inneren Mitochondrienmembran direkt am Proteinimport in die Mitochondrien beteiligt ist (Schneider et al., 1994; Liu et al., 2003; D’Silva et al., 2004). Es ist das einzige Protein des mitochondrialen Import-Komplexes, das eine ATPase-Funktion besitzt, und ist damit unentbehrlich für den effektiven Import von nukleär kodierten Proteinen in das Mitochondrium (Schneider et al., 1994; Brunner et al., 1995). Mortalin stellt durch seine Chaperonfunktion die richtige Faltung von neuen in das Mitochondrium transportierten, kernkodierten Proteinen sicher (Übersicht in Voos und Röttgers, 2002). Da die mitochondriale Dysfunktion bei der Pathogenese der Parkinson-Krankheit eine entscheidende Rolle spielt, stellte das mitochondriale Hitzeschockprotein Mortalin ein geeignetes Kandidaten-Gen für eine Mutationsanalyse dar. Nach Amplifizierung der 17 kodierenden Exons und angrenzender Intron-Abschnitte des Mortalin-Gens wurde die Mutationsanalyse mit Hilfe der denaturierenden Hochleistungsflüssigkeitschromatographie durchgeführt. Untersucht wurden DNA-Proben von 286 Patienten, die entweder an einem klinisch gesicherten idiopathischen oder familiären Parkinson-Syndrom erkrankt waren, sowie von 290 Kontrollpersonen, die in der Alters- und Geschlechtsverteilung weitestgehend auf das Patientenkollektiv abgestimmt waren. Jede Person der beiden Gruppen war einer standardisierten neurologischen Untersuchung unterzogen worden, um erste klinische Zeichen der Parkinson-Krankheit oder andere extrapyramidale Erkrankungen auszuschließen. Die in der DHPLC auffälligen Proben wurden mit Hilfe der zyklischen DNA-Sequenzierung überprüft. Es wurden dabei ein kodierender Basenaustausch in Exon 12, vier nicht-kodierende Basenaustausche sowie sieben intronische Veränderungen gefunden. Wo es möglich war, wurden die gefundenen DNA-Veränderungen durch einen Restritkionsverdau als zweite, unabhängige Methode bestätigt. Der heterozygote Basenaustausch c.1426G>A in Exon 12, der einen Aminosäurenaustausch von Alanin zu Threonin an Position 476 des Mortalin/GRP75-Proteins zur Folge (Ala476Thr) hat, war bisher in der Literatur unbekannt. Die vier nichtkodierenden Basenaustausche in Exon 4, 8, 9 und 16 waren bereits in der NCBI-Datenbank bekannt, ebenso vier der intronischen DNA-Veränderungen. Weiterführende funktionelle Studien haben gezeigt, dass Mortalinvarianten (sowohl die hier gefundene Ala476Thr, als auch die beiden von de Mena und Kollegen gefundenen Arg126Trp und Pro509Ser (De Mena et al., 2009)) zwar an ihren Wirkungsort gelangen, ihre protektive Funktion in der mitochondrialen Matrix aber nicht richtig erfüllen können. Diese funktionellen Einschränkungen gingen mit einem gestörten Aufbau des mitochondrialen Netzwerks einher, was auch in Fibroblasten eines heterozygoten Trägers der Ala476Thr-Mutation nachgewiesen werden konnte (Burbulla, Schelling et al., 2010b) Ob Mutationen im Mortalin-Gen als Suszeptibilitätsfaktor für die sporadische Form der PK gelten können, werden weitere Untersuchungen zeigen müssen. Zumindest wiesen bereits eine beachtliche Anzahl genomischer Untersuchungen übereinstimmend einen Suszeptibilitätslokus für die Parkinson-Krankheit auf dem langen Arm von Chromosom 5 nach, der den Lokus für das Mortalin-Gen 5q31.1 einschließt (Hicks et al., 2002; Scott et al., 2001; Pankratz et al., 2003; Martinez et al., 2004).

In the face of climate change, it seems crucial to increase crop resistance in terms of improved vigor and stress adaptability. To achieve this aim, new screening tools must be developed which allow a reliable selection for beneficial trait or gene combinations contributing to enhanced seed vigor and stable seedling development. A major aim of the present work was the identification of physiological, anatomic and genetic markers associated with improved seed germination and stable seedling development under optimal and suboptimal water conditions in rapeseed. A considerable potential for the improvement of seed vigor could be demonstrated within a genomics screening approach, in which several quantitative trait loci (QTL) could be identified throughout the rapeseed genome underlying seed germination and early seedling growth. Promising candidate genes for seed germination and seedling growth were found in co-localization with the identified QTL, such as Bna.SCO1, Bna.ATE1 and Bna.ARR4. Genomic SNP markers were identified which are anchored in the genomic regions associated with seed vigor. These markers are now available for genomics-based selection for improved seed vigor. Within two independent physiological experiments, osmotic stress responses of rapeseed genotypes differing in their drought resistance were investigated with regard to the seedling shoot and root. For a controlled application of osmotic stress, a novel hydroponic cultivation system was developed. In response to the osmotic stress treatment genotypes reacted with a shift in their shoot metabolite and hormone patterns. An accumulation of osmotically active compounds, such as proline or sugars, suggest that osmotic adjustment is an important factor in the adaptation of rapeseed to drought. However, osmotic adjustment was more distinct in homozygous lines than in hybrids, while the latter showed better growth performance under osmotic stress. It is therefore assumed that enhanced drought compatibility can be at least partially, and possibly mainly attributed to heterosis. For the characterization of root responses to osmotic stress, a new phenotyping tool was established, basing on the principles of ‘Sholl analysis’, a neuroscientific method applied for neural network analysis. The results showed that Sholl analysis captures interactive root properties which are normally not captured by conventional root phenotyping software. Under osmotic stress, rapeseed seedlings reacted with altered root architecture, due to enhanced lateral root growth at the expense of the number of lateral roots. A stronger reaction was observed in the resistant genotype. This suggests that the observed changes in root architecture contribute to a better water acquisition during soil desiccation in the field. Im Zuge des Klimawandels beeinträchtigen immer häufiger auftretende Temperatur- und Niederschlagsextrema die Stabilität von Nutzpflanzenerträgen. Vor diesem Hintergrund ist es notwendig, agronomische Merkmale zu verbessern, die zu einer Steigerung und Stabilisierung von Erträgen unter variierenden Umweltbedingungen beitragen. Vorangehende Arbeiten haben gezeigt, dass das Ertragspotential von Kulturpflanzen bereits zum Zeitpunkt der Keimung und des Keimlingswachstums konstituiert wird. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, physiologische und architektonische Merkmale, sowie genetische Marker zu identifizieren, die eine Selektion auf verbesserte Keimung und Keimlingstriebkraft in Winterraps (Brassica napus) ermöglichen. In einer genomweiten Assoziationsstudie konnten verschiedene Genomregionen eingegrenzt werden, welche das Keimverhalten von Winterraps signifikant beeinflussen. Innerhalb dieser Regionen liegen einige vielversprechende Kandidatengene, welche bereits ausführlich im Zusammenhang mit Keimung und Keimlingswachstum in Arabidopsis thaliana diskutiert wurden. Mit den Ergebnissen der Assoziationsstudie stehen weiterhin co-segregierende genetische Marker zur Verfügung, welche zur Selektion auf verbesserte Keimung in Winterraps verwendet werden können. In zwei unabhängigen physiologischen Experimenten wurde der Einfluss von osmotischem Stress auf das Wachstum von Spross und Wurzel von Winterraps-Keimlingen untersucht. Zur dosierten Applikation von osmotischem Stress in Nährlösung wurde ein geeignetes in vitro-Kultivierungssystem entwickelt. Unter osmotischem Stress reagierten Winterraps-Keimlinge mit einer Anreicherung von osmotisch wirksamen Metaboliten. Beim Vergleich homozygoter und heterozygoter Genotypen zeigten sich deutliche Unterschiede im Pflanzenwachstum und in der Anreicherung bestimmter Metaboliten. Während Linien mit einer stärkeren Akkumulation von Osmolyten im Spross reagierten, jedoch nicht in der Lage waren, das Sprosswachstum unter Stressbedingungen aufrecht zu erhalten, wurde das Sprosswachstum in Hybridgenotypen trotz einer nur moderaten Reaktion in den Metabolitenmustern nicht durch osmotischen Stress beeinträchtigt. Dies lässt vermuten, dass der Heterosiseffekt maßgeblich zu einer verbesserten Trockenverträglichkeit in Winterraps beiträgt. Der Einfluss von osmotischem Stress auf das Wurzelwachstum wurde mithilfe der ‚Sholl-Methode‘, eines Verfahrens aus der Neurobiologie, charakterisiert. Angewandt auf das Wurzelsystem ermöglicht diese Methode eine globale Erfassung der Wurzelarchitektur. Unter osmotischem Stress reagierten Rapskeimlinge mit einer ähnlichen Veränderung ihrer Wurzelarchitektur, hauptsächlich verursacht durch eine verminderte Neubildung von Lateralwurzeln und ein gesteigertes Wachstum vorhandener Lateralwurzeln. Im Vergleich eines trockenresistenten und eines empfindlichen Genotypen zeigte sich, dass eine ausgeprägtere Wurzelplastizität mit einer Trockenresistenz von Winterraps im Keimlingsstadium einhergeht.

Der essentielle Tremor (ET) zählt zu den häufigsten Bewegungsstörungen. Charakteristisch für den ET ist das Auftreten eines unwillkürlichen Aktionstremors, welcher zu einer starken Einschränkung der Lebensqualität führen kann. Der meist sporadische ET weist einen variablen Phänotyp auf und unterliegt einem Zusammenspiel aus polygenen Ursachen und Umweltfaktoren. Darüber hinaus ist eine Reihe von großen Famiien bekannt, in denen der ET einer autosomal dominanten Vererbung unterliegen könnte. Aufgrund der Komplexität dieser Erkrankung und der bisher kleinen Studienstichproben, ist noch nicht viel über die genetischen Risikofaktoren des ET bekannt. Die kürzlich erste genomweite Assoziationsstudie für den ET konnte das LINGO1 Gen als Suszeptibilitätsgen identifizieren. In der vorliegenden Doktorarbeit konnte die Assoziation des LINGO1 Gens mit dem ET in einer deutschen (rs9652490: p = 9,1  10-4) und französischen (rs9652490: p = 4,7  10-2) Stichprobe repliziert werden. Der Versuch eine genetische Verbindung vom ET zu der neurodegenerativen Erkrankung Morbus Parkinson (MP) über das LINGO1 Gen zu finden scheiterte, da keine Assoziation zwischen LINGO1 und MP entdeckt werden konnte. Der SNP rs8030859 mit dem niedrigsten p-Wert in der deutschen Stichprobe stammte aus einer genetischen Region des LINGO1 Gens, welche zusätzlich für das antisense Transkript BC038758 kodiert. In Expressionsstudien konnte eine gewebsspezifische Expression von BC038758 und das Vorkommen im Gehirn nachgewiesen werden. Eine anschließende Sequenzierung der drei Exone in 95 ET-Patienten und 96 Kontrollen konnte acht verschiedene Polymorphismen mit jedoch sehr geringen Allelfrequenzen des selteneren Allels detektieren. Die kausale Mutation in der LINGO1 Region konnte nicht identifiziert werden. Auch ist die Funktion des Transkripts BC038758 unbekannt. Desweiteren wurden 15 autosomale Gene der GABAA-R-Untereinheiten mit 240 htSNPs in einem Kandidatengenansatz auf Assoziation zum ET untersucht. Die fünf nominal signifikant assoziierten SNPs (p = 5,2  10-4–2,4  10-2) aus der Hypothesengenerierung, die in einer zweiten unabhängigen Stichprobe nachverfolgt wurden, konnten nicht verifiziert werden. Auch die Kopplungsstudien mit 20 monogen erscheinenden Familien deutscher, französischer und dänischer Herkunft konnten keine Kopplung des ET mit STR-Markern in der genomischen Region der für die GABA-R-Untereinheiten kodierenden Gene ermitteln. Der Replikationsversuch, der durch Kopplungsstudien identifizierten ETM-Regionen sowie des DRD3 Gens, konnte lediglich ETM2 mit einem LOD-Wert von 1,87 (p = 0,002) in der gemeinsamen Analyse der 20 untersuchten Familien bestätigen. Ein genomweiter Kopplungsscan in sechs Familien erzielte nur schwache Signale über das gesamte Genom. Die LOD-Werte konnten auch nicht durch eine Feinkartierung in den signifikanten Bereich ansteigen. Obgleich diese Arbeit keine neuen Suszeptibilitätsgene des ET finden konnte, so sind die Ergebnisse von besonderer Relevanz für die weitere Erforschung der genetischen Ursachen des ET. So wurde deutlich, dass die Genetik des ET äußerst komplex ist und wahrscheinlich vielen seltenen Varianten mit geringen Effekten zugrunde liegt. Als Konsequenz sollten in nachfolgenden Assoziationsstudien möglichst große Stichproben mit einheitlichen Phänotypen verwendet werden. Darüber hinaus werden in den nächsten Jahren Genom- oder Exomweite Resequenzierungsstudien wichtige Hinweise auf die Rolle seltener Varianten liefern. Zur Analyse von Familien mit möglicherweise monogenem Erbgang sollten unbedingt größere, klinisch detailliert charakterisierte Familien rekrutiert werden und alternative Vererbungsmodelle, wie z.B. das Vorkommen mehrerer ursächlicher Gene sowie das Imprinting in Betracht gezogen werden.

Als mögliche Kandidatengene, die für eine Opiatabhängigkeit prädisponieren, gelten das Dopaminrezeptor D3-Gen und das brain-derived neurotrophic factor-Gen. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob der Ser9Gly-Polymorphismus des DRD3-Gens und der Val66Met-Polymorphismus des BDNF-Gens oder deren mögliche Wechselwirkung als genetischer Prädiktor für die Entwicklung und Aufrechterhaltung einer Opiatabhängigkeit anzusehen sind. Die vorliegende Arbeit stellt die bisher größte Assoziations- und Kopplungsstudie dieser Polymorphismen zur Opiatabhängigkeit eines ethnisch homogenen, deutschen Studienkollektivs dar. Allel- und Genotypverteilung wurden mittels molekularbiologischer Methoden ermittelt und unter Verwendung statistischer Standardverfahren ausgewertet. Die Auswertung zeigte keine erhöhte homozygote Allel- bzw. Genotypverteilung bei Opiatabhängigen im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe. Ebenso wenig konnte eine Wechselwirkung der beiden Genpolymorphismen festgestellt werden.

Die chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (CED) zählen mit ihren beiden Subphänotypen Morbus Crohn (MC) und Colitis ulcerosa (CU) zu den komplexen Erkrankungen, denen eine polygenetische und umweltbedingte Ätiologie zu Grunde liegt. Das bisher stärkste Risikogen für die CED konnte in Form von NOD2 auf der Basis einer Kopplungsregion (IBD1) auf dem Chromosom 16 identifiziert werden. Eine Stratifizierung gegen die NOD2-Riskovarianten in unabhängigen Kopplungsanalysen erbrachte den Hinweis auf ein weiteres, NOD2-unabhängiges Krankheitsgen auf dem Chromosom 16q; dieses galt es in einer Kandidatengenstudie zu identifizieren. In einem umfassenden Feinkartierungsexperiment wurden 436 SNP-Marker einer 35Mb großen Region in insgesamt 6.688 Individuen genotypisiert. Das Studiendesign war als familien- und populationsbasierte Assoziationsstudie angelegt und die Auswertung über die TDT- und Fall-Kontroll-Statistik konnte die Gene BRD7, GPR56, ZFP90, ZNF19 und ZNF23 als Kandidatengene ausweisen. Ein 5-Marker-Haplotyp des ZFP90-Gens zeigte eine deutliche CED-Assoziation (p=0,00035) basierend auf einer gerichteten Vererbung in den Patienten. Desweiteren konnte eine statistische Erhöhung des Krankheitsrisikos für den Phänotyp MC um den Faktor 1,4 (OR=0,74, 95%-KI 0,61-0,91) für einzelne Varianten der Gene ZNF19 und ZNF23 identifiziert werden. Zwei Mutationen der 5’-UTR-Region des GPR56-Locus zählten durch eine starke allelische Assoziation in der Fall-Kontroll-Statistik (p=0,0009 und p=0,0008) ebenfalls zu den ermittelten Risikovarianten für diesen Krankheitsphänotyp. Das Gen BRD7 erhielt den bedeutesten Kandidatengenstatus in dieser Studie, da eine Replikation der assoziierten Genvarianten in einer unabhängigen Studienpopulation erbracht werden konnte. Fünf Einzelbasenpolymorphismen (SNPs) des BRD7-Locus zeigten sowohl in der familien- als auch populationsbasierten Teststatistik eine starke Assoziation mit dem Phänotyp CED (p=0,006-0,003) und eine moderate Bedeutung für die Subphänotypen MC und CU (p=0,03-0,003). Die physikalische Nähe (328Kb) des BRD7-Locus zu dem MC-Krankheitsgen NOD2 wurde als potentieller Einflussfaktor auf die BRD7-Assoziation betrachtet und mittels einer LD-Block-basierten Genotypenpaarung der Patienten und Kontrollindividuen als nicht relevant für den Phänotyp CED und CU beurteilt. Die D’-basierte LD-Analyse der BRD7-NOD2-Region unterstrich diese Annahme durch eine schwache Kopplung der beiden Genloci (D’

The etiology of gallstone disease in humans is complex, since multiple genes and gene-gene interactions might all contribute to the formation of gallstones. Due to the limitations of genetic analysis in humans, important information on gallstone genes derives from animal studies, in particular crossbreeding experiments in inbred mouse strains that differ in genetic susceptibility to gallstone formation. In the existing work, we analyzed genetic variations (polymorphisms) in gallstone candidate genes in an association study with 184 matched pairs of gallstone carriers (cases) and healthy controls. For the selection of suitable candidate genes, we employed the murine 'gallstone map' (Lammert et al. Gastroenterology 2001;120:221-238). Within the Lith1 locus, the orthologous genes of the LDL receptor related protein 2 (LRP2) and the bile salt export pump (ABCB11) were tested. Further candidate genes included hepatic lipase (LIPC) in the Lith5 locus and the hepatic HDL receptor (SRB1) known to be associated with serum levels of HDL cholesterol, the major source of biliary cholesterol. In addition, established human candidate genes like the apolipoprotein E (APOE) and the cholesteryl ester transfer protein (CETP) were included in the study.Suitable single nucleotide polymorphisms (SNPs) were identified by database searches (NCBI genbank, JSNP database, HGV base), based on genomic localizations, allele frequencies and functional relevance. For genotyping, different methods were employed, including restriction fragment length polymorphism analysis, direct DNA sequencing, SNaPshot mini-sequencing and TaqMan assays, which proved to be most reliable in our study. The genetic analysis revealed that none of the polymorphisms were directly associated with the presence of gallstones. However, several genetic associations with lithogenic risk factors could be demonstrated. Significant associations were identified for SNPs in the ABCB11, APOE, CETP, LIPC, LRP2 and SRB1 genes and body mass index, total serum cholesterol and HDL cholesterol concentrations as well as serum triglyceride levels. This study identifies for the first time an association between human genes and lithogenic risk factors. It remains to be investigated whether additional polymorphisms or haplotypes of human genes or gene-gene interactions determine gallstone formation. The identification of the whole ensemble of lithogenic genes will contribute to the design of new strategies for prevention and therapy of this exceptionally common digestive disease.

Panikstörung ist eine Angsterkrankung mit einer Heritabilität von ca. 48%. Knock-out Mäuse für das 'C-AMP Responsive Element Modulator' (CREM) Gen zeigen ein niedrigeres Angstniveau als Wildtyp-Mäuse. CREM ist zudem ein wichtiger nukleärer Transkriptionsfaktor in der hypothalamo-hypophyseo-adrenalen Achse. Daher wurde nach genomischer Charakterisierung des CREM Gens (10p12.1-11.1) bei 40 Patienten mit Panikstörung ein systematisches Mutationsscreening unter Verwendung von SSCP und direkter Sequenzierung durchgeführt. Identifizierte Polymorphismen wurden bei 88 Patienten und 88 alters- und geschlechtsangepassten Kontrollen mittels RFLP- und Fragmentanalysen auf Assoziation untersucht. Von sechs identifizierten Polymorphismen war ein Trinukleotid-Repeat-Polymorphismus in Promotor P2 in der kürzeren Allelform signifikant mit Panikstörung (p=0,02), v.a. ohne Agoraphobie (p=0,001) assoziiert, was auf eine mögliche Beteiligung des CREM Gens an der Pathogenese der Panikstörung hinweist.