Funktionsanalyse nicht-kodierender genomischer DNA-Bereiche unter Berücksichtigung biomathematischer Modelle

Götze, Sandra

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.

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Götze, Sandra: Funktionsanalyse nicht-kodierender genomischer DNA-Bereiche unter Berücksichtigung biomathematischer Modelle. 2003.

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