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Detection of both inducible and stable DNA methylation indicates two different epigenetic modes of salinity adaptation., Epigenetic inheritance has been proposed to contribute to adaptation and acclimation via two information channels: (i) inducible epigenetic marks that enable transgenerational plasticity and (ii) noninducible epigenetic marks resulting from random epimutations shaped by selection. We studied both postulated channels by sequencing methylomes and genomes of Baltic three-spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) along a salinity cline. Wild populations differing in salinity tolerance revealed differential methylation (pop-DMS) at genes enriched for osmoregulatory processes. A two-generation experiment demonstrated that 62% of these pop-DMS were noninducible by salinity manipulation, suggesting that they are the result of either direct selection or associated genomic divergence at cis- or trans-regulatory sites. Two-thirds of the remaining inducible pop-DMS increased in similarity to patterns detected in wild populations from corresponding salinities. The level of similarity accentuated over consecutive generations, indicating a mechanism of transgenerational plasticity. While we can attribute natural DNA methylation patterns to the two information channels, their interplay with genomic variation in salinity adaptation is still unresolved.

In der vorliegenden Arbeit wurde bei Patienten extra- und intrazelluläres Eisen in Knochenmarksbiopsien vor der Transplantation bestimmt und die Ergebnisse mit dem Erfolg der jeweiligen allogenen HSZT verglichen. Das Ziel dieser Untersuchung bestand darin festzustellen, ob es neben dem etablierten Marker Serum-Ferritin (SF) noch andere Marker gibt, welche für den Erfolg der Transplantation bedeutsam sind. Die Erfolgsparameter waren das Überleben, die rückfallfreie Mortalität sowie die akute und die chronische GvHD. Außerdem wurde die Korrelation von Eisenlagern im Knochenmark mit dem Gentyp (HFE-Genotyp) untersucht. Die Transplantation von hämatopoetischen Stammzellen aus dem Knochenmark ist eine anerkannte Behandlung von lebensbedrohlichen hämatologischen Erkrankungen. Dennoch sind bis heute nur eingeschränkt Daten vorhanden, welche die Bedeutung der Eisen- und Ferritinablagerung im Knochenmark des Patienten vor der Transplantation in Verbindung mit dem Erfolg der Knochenmarktransplantation zeigen. Es wurden Knochenmarkbiopsien von 123 Patienten am Institut für Pathologie des Uniklinikums Leipzig histologisch untersucht, die zuvor aus diagnostischen Gründen entnommen wurden. Die Biopsien erfolgten innerhalb der letzten drei Monate vor der Transplantation, bei einem Median von 24 Tagen. In den gewonnen Präparaten wurde die Eisenablagerung mit der Berliner Blau Färbung und einer Makrophagenidentifizierung (CD68+) bestimmt. Dabei wurde ein selber generiertes Grading, in Anlehnung an das Grading von Takkunen, von G0 bis G5 für intrazellulär gespeichertem Eisen und g0 bis g3 für interstitielles Eisen verwendet, um die Eisenablagerung quantitativ per Mikroskop darzustellen. Das relative Verhältnis von eisenbeladenen CD68+/CD68+-Makrophagen und das absolute Verhältnis von CD68+-Makrophagen in Bezug auf alle hämatopoetischen Zellen wurde berechnet. Alle Peripheren Blutentnahmen zur Bestimmung des SF-Werts wurden sieben Tage vor der allogenen HSZT durchgeführt. Das Patientenkollektiv wurde in zwei Gruppen CRP < 5 mg/l und CRP > 5 mg/l eingeteilt, um die bekannten Einschränkungen des SF als Akut-Phase-Protein, zu berücksichtigen. Die Gruppe mit einem CRP-Gehalt < 5 mg/l umfasste so 90 Personen (48 Männer und 42 Frauen, Durchschnittsalter 57 Jahre), der Gruppe > 5 mg/l wurden 33 Patienten (20 männlich und 13 weiblich, Durchschnittsalter 56 Jahre) zugeordnet. Der durchschnittliche CRP-Gehalt in dieser Gruppe betrug 18,6 mg/l, bei einer Spanne von 5,7 mg/l - 56,9mg/l. In der Gruppe < 5 mg/l wurde ein veränderter HFE-Genotyp bei 27 Patienten gefunden. Der Median des SF betrug 2009 ng/ml, wobei 25 % der Patienten, einen SF-Gehalt von über 3000 ng/ml hatten. Der Median der vor der Transplantation verabreichten EKs lag bei 26 Konzentraten. In dem Patientenkollektiv CRP < 5mg/l zeigte sich eine starke Signifikanz bei den Korrelationen zwischen den SF-Werten und der verabreichten Anzahl an EKs (r = 0,59; p = 0,001), womit SF als valider Marker, zur Bestimmung des Körpereisens, bestätigt werden konnte. Der von uns generierte Eisenscore zeigte hinsichtlich der intrazellulären Eisenspeicherung ebenfalls eine signifikante Korrelation (r = 0,38; p = 0,005) mit der Anzahl der verabreichten EKs und konnte somit eine exogene Eisenzufuhr, im phagozytierenden System, semiquantitativ gut darstellen. Bezüglich der interstitiellen Eisenablagerung zeigte sich hingegen keine Korrelation (r = 0,19; p = 0,09). Auch die Korrelation von Gesamt-Makrophagengehalt an der Hämatopoesefläche sowie vom Anteil eisenbeladener CD68+-Makrophagen pro CD68+-Makrophagen insgesamt in den Knochenmarkbiopsien, mit der Anzahl der verabreichten EKs, ergab keine signifikante Übereinstimmung. Der fehlende Zusammenhang lässt sich mit der Schlussfolgerung erklären, dass der Makrophagengehalt eine individuelle, anstatt eine adaptative Größe darstellt. Hinsichtlich weiterer Korrelationen zwischen dem Eisengrading mit den SF-Werten ergab sich, dass höhere SF-Werte mit vermehrter intrazellulärer Eisenspeicherung (p = 0,005; r = 0,32), interstitieller Eisenablagerung (p = 0,007; r = 0,31) sowie mit einer höheren Anzahl eisenbeladenen CD68+ pro CD68+-Makrophagen (p = 0,004; r = 0,33) assoziiert waren. Die Anzahl der Gesamtmakrophagen korrelierte, wie schon bei der Korrelation mit der exogenen Eisenzufuhr durch EKs, nicht mit der Höhe der SF-Werte. Zusätzlich zeigte sich die Eisenspeicherung vom HFE-Genotyp nicht beeinflusst. Dies bedeutet, dass eine heterozygote HFE-Mutation des Patienten das Risiko einer toxischen Eisenüberladung im Rahmen des Transplantationsprozesses nicht erhöht. Bezogen auf die homozygoten Mutationen müssen diese Ergebnisse jedoch, aufgrund der geringen Fallzahl, kritisch betrachtet und durch größere Fallzahlen in weiteren Studien bestätigt werden. Nach einem Median von 24 Monaten kamen die akute und chronische GvHD in jeweils 70 % und 53 % bei Patienten vor. Es haben 58% der Patienten überlebt; die rückfallfreie Mortalität betrug 22 %. Intrazellulär gespeichertes Eisen und interstitiell abgelagertes Eisen konnte bei niedrigen Eisengraden (G0 / G1) SF-Werte > 3000 ng/ml, und damit eine toxische Eisenüberladung ausschließen. Allerdings war eine signifikante Aussage in Korrelation mit höheren SF-Werten nicht gegeben, so dass es nicht möglich war, mit dem Eisengrading eine signifikante Aussage über die rückfallfreie Mortalität die Überlebenszeit oder das Auftreten einer GvHD zu treffen. Jedoch zeigten die erhöhten SF-Werte in dem Patientenkollektiv CRP < 5 mg/l eine hohe Aussagekraft bezüglich des Überlebens (p = 0.002) und der rückfallfreien Mortalität (p = 0.007). Bei Patienten mit SF > 3000 ng/ml betrug der Überlebensanteil und die rückfallfreie Mortalität 37 % und 49 % gegenüber 78 % und 9 % bei Patienten mit niedrigem SF (p = 0.001). Zudem korrelierte SF bei einem Niveau > 3000 ng/ml mit der akuten GvHD (p = 0.002). Eine Korrelation mit der mit der chronischen GvHD fand sich nicht. In dem Patientenkollektiv mit einem CRP-Gehalt > 5 mg/l konnte, aufgrund einer Mortalität von 100% und der Heterogenität der Items, keine statistische Aussage über Korrelationen getroffen werden. Demzufolge bleibt SF eine preiswerte und nicht invasive Option um eine Eisenüberladung zu verifizieren und somit den Erfolg einer allogenen HSZT vorauszusagen, wenn die bekannten Einschränkungen berücksichtigt werden. Obwohl somit die histologische Eisenmessung der serologischen Bestimmung des SF-Wertes unterlegen ist, sollte eine sorgfältige Bestimmung des Eisengehalts an den Knochenmarkbiopsien, die im Rahmen der Standarddiagnostik gewonnen wurden, vorgenommen werden. Nur so kann die Wertigkeit der intrazellulären versus der interstitiellen Eisenspeicherung, vor dem Hintergrund des weiteren Verlaufs der Patienten nach Transplantation systematisch weiter untersucht und verbessert werden.