dc.contributor.author
Lohan, Silke
dc.date.accessioned
2018-06-07T21:04:01Z
dc.date.available
2013-02-04T12:07:10.425Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/7333
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-11532
dc.description.abstract
Veränderungen im Genom fördern die genomische Vielfalt zwischen Individuen und
Spezies, können aber auch Fehlentwicklungen während der frühen Embryogenese
hervorrufen. In den letzten Jahren konnte eindrücklich gezeigt werden, dass
strukturelle Aberrationen (Deletionen, Duplikationen, Inversionen,
Translokationen) für die Entstehung von verschiedenen Krankheiten und
Fehlbildungen verantwortlich sein können. In dieser Arbeit wurden Patienten
mit verschiedenen angeborenen Fehlbildungen der Extremitäten mittels
hochauflösender Array-CGH untersucht, um genomische Aberrationen im Genom als
mögliche Ursache für die Fehlbildungen zu detektieren. Da die Entwicklung des
Skelettsystems bei Vertebraten ein sehr komplexer Prozess ist, der die
Beteiligung und korrekte Interaktion einer Vielzahl an Signalmolekülen
erfordert, stellen die Extremitäten ein gutes Modellsystem für die
Untersuchung von zellulären Interaktionen und interzellulären
Signalübertragungen dar. Fgf8, Shh und Ihh sind wichtige Signalmoleküle
während der frühen Extremitätenentwicklung. Sie beeinflussen das distale
Längenwachstum, die anterior-posteriore Musterausbildung und den Prozess der
Verknöcherung (endochondrale Ossifikation). Konzentrations- oder
Strukturänderungen von Molekülen, die während der Gliedmaßenentstehung von
Bedeutung sind, können einzelne Signalwege in ihrer Aktivität so beeinflussen,
dass Fehlentwicklungen von einzelnen Skelettelementen oder von der gesamten
Extremität die Folge sind. In Projekt 1 wurden Patienten mit dem klinischen
Erscheinungsbild einer Polysyndaktylie, einer Syndaktylie Typ IV (SD IV) sowie
mit dem klinischen Erscheinungsbild des Laurin Sandrow Syndroms (LSS) auf
genomische Aberrationen analysiert. Es konnten Duplikationen mit nicht-
rekurrenten Bruchpunkten auf dem Lokus 7q36.3 nachgewiesen werden. Diese
überlappenden Aberrationen befanden sich innerhalb der cis-regulatorischen
Enhancer-Region (ZRS-Region) des SHH-Gens, das für die korrekte Expression von
SHH während der Extremitätenentwicklung verantwortlich ist. Aus
vorangegangenen Arbeiten ist bekannt, dass Punktmutationen, aber auch
strukturelle Veränderungen innerhalb dieser Region, mit Handfehlbildungen
(Polysyndaktylie und triphalangealer Daumen) assoziiert sind. Im Rahmen dieser
Arbeit konnten weitere Handfehlbildungen mit einer Fehlexpression von SHH in
Verbindung gebracht werden, sowie erstmalig die genetische Ursache für das LSS
identifiziert werden. In Projekt 2 wurden Patienten mit einer Syndaktylie der
Hände und Füße zum Teil in Kombination mit einer sagittalen Kraniosynostose
(Kraniosynostose Philadelphia Typ) mit der Array-CGH Methode untersucht. Es
konnten überlappende nicht-rekurrente Duplikationen detektiert werden, die am
IHH-Lokus auf Chromosom 2 lokalisiert waren. Der Überlappungsbereich
beinhaltete konservierte Regionen, für die in in vivo -Experimenten eine
regulatorische Funktion gezeigt werden konnte. Diese Elemente induzieren eine
mit dem Ihh-Wildtyp überlappende Expression des Reportergens in den
Extremitäten und an den Schädelnähten. Es konnte erstmalig eine Enhancer-
Region für Ihh ausfindig gemacht werden, die vermutlich die orthologe Region
zu der ZRS-Region darstellt und für eine korrekte Expression von Ihh
verantwortlich ist. Die Ergebnisse sprechen für eine wichtige Rolle von IHH
während der Schädelentwicklung und erweitern die Bedeutung von IHH auf die
desmale Ossifikation. Das Projekt 3 beschäftigte sich mit Patienten, die den
klinischen Phänotyp der Ektrodaktylie in Kombination mit tibialen Defekten
(SHFLD) aufwiesen. Eine Untersuchung von 17 Familien deckte überlappende
Duplikationen auf dem Chromosom 17p13.3 mit nicht-rekurrenten Bruchpunkten
auf. Der gemeinsame Überlappungsbereich, d.h. die kritische Region,
beinhaltete das Gen BHLHA9, welches bis jetzt in seiner Funktion nicht näher
definiert war. Das Expressionsmuster während der Embryonalentwicklung bei
Mäusen, Hühnchen und Zebrafisch ergab eine extremitätenspezifische Expression
in der Progresszone der Extremitätenknospe. In vivo Analysen dieses Gens im
Modellsystem Zebrafisch zeigten dessen Relevanz während der
Extremitätenentwicklung. Die Stammbaumanalyse der 17 Familien demonstriert
eindrücklich das Vorliegen einer unvollständigen Penetranz und eine stark
ausgeprägte Verschiebung des Geschlechterverhältnisses, eine sogenannte
Geschlechterwendigkeit. Diese Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass
zusätzlich zu der Duplikation auf dem Chromosom 17p13.3 ein modifizierender
Faktor benötigt wird. Um diesen Faktor zu identifizieren sind weiterführende
Untersuchungen notwendig. Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen, dass
strukturelle Aberrationen für eine Vielzahl von angeborenen Fehlentwicklungen
verantwortlich sind. Sie können, wie im Fall der Spalthand-
Spaltfußfehlbildungen, die Funktionalität eines Gens direkt beeinflussen oder
aber, wenn sie nicht-kodierende Bereiche des Genoms betreffen, durch die
Veränderung von regulatorischen Elementen und der Interaktion zwischen
Regulatoren und dem Zielgen, indirekt auf die Zielgene wirken.
de
dc.description.abstract
Genomic rearrangements lead to genomic diversity between individuals and
species, however, they can also cause developmental defects during the early
embryogenesis. In the last years structural variations (deletions,
duplications, inversions, translocations) have been shown to cause human
developmental defects such as limb malformations. The complex process of
skeletal development in vertebrates needs a multitude of different signaling
molecules, interacting in the right and specific manner. In this context, the
limbs represent a good model to examine cellular interactions and
intercellular communication. Signaling molecules like Fgf8, Shh and Ihh are
very important during this process. They influence the proximal-distal
outgrowth, the anterior-posterior patterning and the process of endochondral
ossification. Changes in the concentration or structure of these signaling
molecules can influence downstream pathways negatively and can cause
malformations of single skeleton elements and the whole extremity. In this
study patients with different congenital limb malformations were analyzed by
high resolution array CGH for genomic aberrations i.e. deletions (losses) and
duplications (gains). In the first project a patient cohort with the clinical
phenotypes of polysyndactyly, syndactyly type IV (SD IV) and the Laurin-
Sandrow syndrome (LSS) were analyzed. Duplications with non recurrent
breakpoints were detected in all affected patients at the SHH locus on
chromosome 7q36.3. These aberrations were encompassing the limb specific
enhancer of SHH (ZRS) which promotes the expression of SHH during early limb
development. It is known that point mutations but also structural aberrations
at the ZRS region lead to limb malformations like polysyndactyly and the
clinical phenotype of a triphalangeal thumb. We could show that a range of
hand anomalies, including the LSS, are associated with microduplications most
likely causing a misexpression of SHH. It was the first time that the genetic
cause of LSS could be identified. The focus of the second project was on
patients with syndactyly of the hands and feet partly in combination with
sagittal craniosynostosis (craniosynostosis type Philadelphia). Non-recurrent
duplications at the IHH locus were identified in all affected patients. The
critical region contained highly conserved non-coding elements which have
regulatory functions in limb as well as skull development as demonstrated by
in vivo experimental approaches. The expression pattern of a reporter gene
showed an overlapping expression pattern with the wildtype Ihh expression in
the limb and skull sutures. It was the first time that an enhancer region for
Ihh was identified which could represents the equivalent to the ZRS-region of
Shh gene. Furthermore our results demonstrate the importance of Ihh not only
during the endochondral ossification, but also in the process of desmal
ossification. In the third project 17 families with ectrodactyly in
combination with tibial defects (SHFLD) were analyzed by array CGH. All of the
affected individuals carried non-recurrent duplications on 17p13.3 which
overlap in a 9,1kb region containing a single gene BHLHA9. The function of
BHLHA9 was so far unknown. RNA in situ hybridization for this gene in mouse,
chicken and zebrafish showed an expression pattern within the progress zone of
the limb bud. In vivo analyses of this gene by Morpholino knock-down in the
model system zebrafish resulted in severe reduction of fin outgrowth, thus,
revealing the functional relevance of Bhlha9 during early fin development.
Based on the pedigrees of the 17 families an incomplete penetrance and a
strong sex bias regarding the clinical phenotype were shown. One can speculate
that in addition to duplications on chromosome 17p13.3 a modifying factor is
needed for expressivity of phenotype. For this approach additional experiments
are required. Based on these results it was further strengthened that genomic
aberrations can cause a number of different congenital malformations. These
aberrations can alter the function of one gene in a direct way (like in our
patient cohort with SHFLD) or can influence the regulatory function of
enhancer elements. Such aberrations are located within conserved noncoding
regions and can influence the right interaction between the enhancer-element
and its target gene.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Microarray CGH
dc.subject
Copy number changes
dc.subject
limb malformations
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie
dc.title
Analyse von genomischen Aberrationen mit hochauflösender Array-CGH bei
Patienten mit Fehlbildungen der Extremitäten
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Stefan Mundlos
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Günther Weindl
dc.date.accepted
2013-01-31
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000048932-4
dc.title.translated
Analysis of genomic aberrations with high resolution array-CGH for patients
with malformations of the extremities
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000048932
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000012983
dcterms.accessRights.dnb
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open access