| Scholz, Dietmar: Analyse der Surfaktantprotein A-Gene bei Patienten mit Verdacht auf einen Surfaktantproteindefekt |
Aus dem Otto-Heubner-Centrum für Kinder- und Jugendmedizin der
Medizinischen Fakultät Charité der Humboldt-Universität zu Berlin
Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)
vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin
Dekan: Prof. Dr. Joachim W. Dudenhausen
Gutachter:
PD Dr. med. Paul A. Stevens (Berlin)
Prof. Dr. Peter von Wichert (Marburg)
Prof. Dr. med. Ludwig Gortner (Giessen)
Einreichung: August 2000
Datum der Promotion: 18. Juni 2001
Viele Untersuchungen deuten darauf hin, dass das Surfaktantprotein A (SP-A) sowohl an der Regulation des Surfaktanthaushalts als auch als unspezifisches Opsonin an der Abwehr von Pathogenen in der Lunge beteiligt ist. Zahlreiche Polymorphismen kennzeichnen die Gene der Proteinuntereinheiten SP-A1 und 2. Die häufigste Aminosäuresubstitution Val50Leu befindet sich in der kollagenartigen Domäne, die an den Kollektinrezeptor der Phagozyten bindet. Weitere existieren in der an der Bindung an Lipopolysaccharide, Surfaktantbestandteile und Rezeptoren auf Pneumozyten beteiligten Kohlehydraterkennungsregion (CRD) der globulären Domäne. Träger des schwach exprimierten Wildtypallels 1a0 des SP-A2-Gens haben ein erhöhtes Risiko, am Atemnotsyndrom des Neugeborenen (RDS) zu erkranken. Bei der Alveolarproteinose akkumulieren die hydrophilen Surfaktantproteine A und D in den Alveolen.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine nested PCR zur isolierten Amplifikation beider SP-A-Gene etabliert. 31 Patienten mit Verdacht auf einen Surfaktantproteindefekt wurden auf neue Restriktionsfragmentlängenpolymorphismen (RFLP) im SP-A1-Gen untersucht. Der in einer Familie konstante NcoI-Polymorphismus 1162C>T in Codon 39 und der NdeI-Polymorphismus 3138T>C in Codon 184 wurden mit einer Allelfrequenz von etwa 11 % detektiert. Die Sequenzen der entsprechenden Allele wurden kloniert. Bei 14 Patienten mit idiopathischer Alveolarproteinose, therapierefraktärem Surfaktantmangel oder rezidivierender Pneumonie wurden die SP-A-Gene sequenziert. Der bisher nur SP-A1 zugeschriebene Aminosäureaustausch Val50Leu wurde als Substitution 1220G>C bei zwei Patienten im SP-A2-Gen nachgewiesen.
Drei Patienten mit Alveolarproteinose waren homozygot für die Substitution Gln223Lys in der CRD des SP-A2. Bei einem Patienten handelte es sich möglicherweise um eine somatische Mutation der Leukozyten-DNA im Rahmen einer Leukämie mit sekundärer Alveolarproteinose. Ein anderer war heterozygoter Träger des seltenen Allels 6a4 mit der Aminosäuresubstitution Arg219Trp in der CRD des SP-A1 und hatte die Alveolarproteinose erst im Erwachsenenalter entwickelt. Der dritte war homozygoter Träger des sehr seltenen Allels 1a3 des SP-A2 und verstarb im Alter von 6 Wochen an konnataler Alveolarproteinose (CAP), ohne dass ein bekannter Defekt des SP-B- oder des GM-CSF-Rezeptorgens vorlag.
Die SSCP-Analyse konnte allelische Varianten als Einzelstrangkonformationspolymorphismen unterscheiden, war jedoch als Suchtest in heterozygoten Proben zu unspezifisch. Der hohe Gehalt an Polymorphismusinformation (PIC) macht den SP-A-Genort sftp1 zu einem nützlichen Marker bei der Untersuchung der Surfaktantproteine und anderer auf Chromosom 10 lokalisierter Gene.
Schlagwörter:
Allelfrequenz, Alveolarproteinose, Genpolymorphismus, surfaktantassoziiertes Protein A
Many studies give evidence of the role of surfactant protein A (SP-A) in the regulation of surfactant homeostasis and the defence from pathogens in the lung by opsonisation. The genes for the two protein subunits SP-A1 and SP-A2 are characterised by numerous polymorphisms. The most frequently substituted amino acid Val50Leu is located within the collagen-like region, which is recognised by the collectin-receptor on phagocytes. Further amino acids are substituted in the globular region, which is involved into the binding to lipopolysaccharides, surfactant particles, and receptors on pneumocytes by its carbohydrate recognition domain (CRD). Individuals carrying the weakly expressed wild-type allele 1a0 of SP-A2 have an increased risk of developing the respiratory distress syndrome (RDS) of the new-born. Alveolar proteinosis is a disease with accumulation of the hydrophilic surfactant proteins SP-A and SP-D in the alveoli.
In this study a nested PCR for separate amplification of the two SP-A genes has been established. 31 patients with suspected deficiency of a surfactant protein has been investigated for new restriction fragment length polymorphisms (RFLP) in the SP-A1 gene. The NcoI-polymorphism 1162C>T in codon 39, which was constantly inherited in one family, and the NdeI-polymorphism 3138T>C in codon 184 have been detected with an allele frequency of around 11 %. The DNA sequences of these alleles have been cloned. In 14 patients suffering from idiopathic alveolar proteinosis, therapy-refractory surfactant deficiency, or recurrent pneumonia the SP-A genes have been sequenced. The substituted amino acid Val50Leu, which was previously considered exclusively in SP-A1, has been detected in SP-A2 in two patients.
Three patients with alveolar proteinosis proved to be homozygous for the substitution Gln223Lys within the CRD of SP-A2. One of these patients might have a somatic mutation in the DNA of his leucocytes, with alveolar proteinosis developing secondary to his leukaemia. Another one developed alveolar proteinosis as an adult and was heterozygous for the rare allele 6a4 which includes the substituted amino acid Arg219Trp in the CRD of SP-A1. The third one proved to be homozygous for the very rare allele 1a3 of SP-A2 and died at 6 weeks of age from congenital alveolar proteinosis (CAP) without having one of the known mutations responsible for this condition within the genes for surfactant protein B (SP-B) or the GM-CSF receptor protein.
The allelic variants could be differentiated by single strand conformation polymorphism but the SSCP-analysis was not enough specific for the screening of heterozygous DNA. Due to its high polymorphism information content (PIC), the SP-A gene locus sftp1 is a useful genetic marker for the analysis of the surfactant proteins and other genes located on chromosome 10.
Keywords:
allele frequency, genetic polymorphism, pulmonary alveolar proteinosis, pulmonary surfactant-associated protein A
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Inhaltsverzeichnis | |
| Titelseite | Analyse der Surfaktantprotein A-Gene bei Patienten mit Verdacht auf einen Surfaktantproteindefekt |
| Einleitung | Vorbemerkung |
| 1 | Einleitung |
| 1.1 | Aufbau und Funktion des Surfaktantprotein A (SP-A) |
| 1.1.1 | SP-A-Genort (sftp1) |
| 1.1.2 | Die molekulare Struktur des SP-A |
| 1.1.3 | Funktion der einzelnen SP-A-Domänen |
| 1.1.4 | SP-A als unspezifisches Opsonin |
| 1.1.5 | 1.1.5 SP-A in der bronchoalveolären Lavage ( BAL ) |
| 1.2 | Studien zur genotypischen Variabilität des SP-A |
| 2 | Aufgabenstellung |
| 3 | Material und Methoden |
| 3.1 | Patienten-DNA |
| 3.1.1 | Indikation zur Untersuchung der Surfaktantproteine |
| 3.1.2 | Differentialdiagnostische Erwägungen |
| 3.2 | Geräte und Chemikalien |
| 3.3 | Gelelektrophorese |
| 3.3.1 | Agarosegelelektrophorese |
| 3.3.2 | Polyacrylamidgelelektrophorese |
| 3.3.3 | SSCP-Gelelektrophorese |
| 3.3.4 | Farbnachweis der DNA im Gel |
| 3.4 | DNA-Isolation |
| 3.4.1 | Genomische DNA aus Leukozyten |
| 3.4.2 | Plasmid-DNA |
| 3.4.3 | Amplifizierte DNA-Sequenzen |
| 3.5 | Polymerasekettenreaktion (PCR) |
| 3.5.1 | nested PCR |
| 3.5.2 | Berechnung geeigneter Primersequenzen |
| 3.5.3 | Optimierung der Reaktionsbedingungen |
| 3.6 | DNA-Sequenzierung |
| 3.6.1 | cycle sequencing reactions |
| 3.6.2 | direct blotting |
| 3.6.3 | Farbreaktion |
| 3.7 | DNA-Restriktion |
| 3.8 | DNA-Klonierung |
| 3.8.1 | Insertion amplifizierter DNA in einen Vektor |
| 3.8.2 | Transformation mit Plasmid-DNA |
| 3.8.3 | Anzucht und Selektion |
| 3.9 | Statistische Auswertung der DNA-Sequenzen |
| 4 | Ergebnisse |
| 4.1 | Isolation und Amplifikation der SP-A-Gensequenzen |
| 4.1.1 | Interne Primer und Reaktionsbedingungen |
| 4.1.2 | Externe Primer und Reaktionsbedingungen |
| 4.2 | Analyse der SP-A-Gensequenzen |
| 4.2.1 | Die neuen Polymorphismen 1162C>T und 3138T>C |
| 4.2.2 | SP-A1- und SP-A2-Genotypen von 14 Patienten |
| 4.2.3 | Häufigkeiten einzelner Polymorphismen |
| 4.3 | PCR-SSCP-Analyse |
| 4.3.1 | Elektrophoresebedingungen zum SSCP-Nachweis |
| 4.3.2 | Klonierung von Mustersequenzen |
| 4.3.3 | SSCP-Gelelektrophoresen mit Patienten-DNA |
| 5 | Diskussion |
| 5.1 | Verfahren zur Analyse der SP-A-Gene |
| 5.1.1 | Techniken |
| 5.1.2 | Sensitivität und Spezifität |
| 5.1.3 | Zufällige und systematische Fehler |
| 5.1.4 | Aussagekraft einzelner Beobachtungen |
| 5.2 | Allelische Varianten des SP-A |
| 5.2.1 | Die Existenz weiterer Polymorphismen in den SP-A-Genen |
| 5.2.2 | Charakterisierung bisher unbekannter Allele |
| 5.2.3 | Vergleich der beobachteten Allelfrequenzen mit Literaturdaten |
| 5.3 | Nutzen der Analyse der SP-A-Gene |
| 5.3.1 | Der Effekt allelischer Varianten auf die Funktion des SP-A |
| 5.3.2 | SP-A-Genotypen als Risikofaktor für frühkindliche Pneumonien |
| 5.3.3 | Der Heterozygotenvorteil |
| 5.3.4 | Informationsgehalt der SP-A1-SP-A2-Haplotypen |
| 5.4 | Ausblick |
| 5.4.1 | Anwendung der beschriebenen Methodik |
| 5.4.2 | Design einer Assoziationsstudie |
| Abkürzungsverzeichnis | Abkürzungen |
| Bibliographie | Literatur |
| Danksagung | |
| Selbständigkeitserklärung | |
| Lebenslauf | |
Tabellenverzeichnis | |
| Tabelle 1-1: | Effekte von SP-A auf die Abwehr diverser Krankheitserreger in der Lunge (nach Haagsman
1998) Unterstrichen sind die Erreger, deren Abwehr durch SP-A verbessert wird. Hervorgehoben sind die Erreger, deren Abwehr möglicherweise durch SP-A gestört wird |
| Tabelle 1-2: | Polymorphe Codons in den Allelen des SP-A1-Gens (nach Floros
und Hoover 1998) Angegeben sind die drei DNA-Basen des polymorphen Codons und gegebenenfalls die ausgetauschte Aminosäure. Das kursiv gesetzte Allel wurde in der Zelllinie eines Adenokarzinoms beobachtet. |
| Tabelle 1-3: | Polymorphe Codons in den Allelen des SP-A2-Gens (nach Floros
und Hoover 1998) *: Die Substitution des Cytosin für Thymidin an dritter Position in Codon 202 kennzeichnet sonst das SP-A1-Gen. |
| Tabelle 3-1: | Patientendaten mit Angaben zur Indikation und Alter zum Zeitpunkt der Blutabnahme ARDS = akutes Atemnotsyndrom, BPD = bronchopulmonale Dysplasie, CMV = Zytomegalievirus, ECMO = extrakorporale Membranoxygenierung, PAS+ = PAS -positives Material in BAL oder Biopsat (pathognomonisch für Alveolarproteinose), RDS = Atemnotsyndrom, SSW = vollendete Schwangerschaftswochen bei Frühgeburt, Surf = Zahl der Surfaktantgaben (falls bekannt), verst = verstarb im Alter von: Ta(gen), Wo(chen), Mo(naten) oder J.(ahren). * = aufgrund dieser Diagnose wurde eine vollständige Sequenzierung der SP-A-Gene durchgeführt. |
| Tabelle 3-2: | Geräte |
| Tabelle 3-3: | Verbrauchsmaterial |
| Tabelle 3-4: | Reagenzien für die Gelelektrophorese |
| Tabelle 3-5: | Lösungen für die Gelelektrophorese |
| Tabelle 3-6: | Lösungen für die SSCP-Gelelektrophorese |
| Tabelle 3-7: | Lösungen zum Farbnachweis der DNA im Gel
1): Biozym Diagnostik GmbH in Hessisch Oldendorf 2): silver stain kit der Bio-Rad Laboratories in Richmond, California |
| Tabelle 3-8: | Lösungen zur Isolation chromosomaler DNA Puregene®DNA-Isolation Kit: Volumina zur DNA-Isolation aus 300µl Vollblut und Zusammensetzung nach Angaben des Herstellers: Gentra Systems, Inc. in Minneapolis (USA) |
| Tabelle 3-9: | Lösungen zur Isolation von Plasmid-DNA |
| Tabelle 3-10: | Materialien zur Aufbereitung amplifizierter DNA 1): Reagent pack for use with Sequencing Kit Nr. US 70995 von Amersham in Cleveland, Ohio (USA) 2): Reagenzien zur DNA-Extraktion von der QIAGEN GmbH in Hilden (BRD) |
| Tabelle 3-11: | Reagenzien für die PCR 1): Promega® oder TaKaRa®, Boehringer Ingelheim Bioproducts in Heidelberg (BRD) 2): Expand®-Long Template PCR-System von Boehringer in Mannheim (BRD) 3): PerkinElmer Weiterstadt, 4): PAN-Systems GmbH Aidenbach, 5): Braun® Melsungen (BRD) |
| Tabelle 3-12: | Getestete diskriminierende Primer Miteinander amplifizierende Primer sind unterstrichen, Einzelheiten siehe in Abschnitt 4.1.2 . |
| Tabelle 3-13: | Universalprimer zur Amplifikation klonierter DNA 1): Position in pCR2.1 ( Mead et al. 1991); 2): Position in pUC19 ( Yanisch-Perron et al. 1985) |
| Tabelle 3-14: | Lösungen für die cycle sequencing reaction BioCycle Sequencing Kit von GATC in Konstanz (BRD) außer 1): Amersham in Cleveland, Ohio (USA). ddNTP steht für jeweils eins der vier Didesoxynukleotide, die durch eine Biotinylierung markiert sind. |
| Protokoll 3-1: cycle sequencing reaction | |
| Tabelle 3-15: | Lösungen für das denaturierende Harnstoffgel 1): BioCycle Sequencing Kit von GATC in Konstanz (BRD) |
| Tabelle 3-16: | Lösungen zum Nachweis der biotinylierten DNA auf der Membran 1): GATC GmbH in Konstanz; 2): Boehringer in Mannheim; 3): Bio-Rad Laboratories GmbH in München |
| Tabelle 3-17: | Restriktionsendonukleasen Gezeigt werden die Schnittstelle innerhalb der palindromischen Erkennungssequenz, die gelieferte Konzentration, die optimale Temperatur und der verwendete, vom Hersteller mitgelieferte Restriktionspuffer. |
| Tabelle 3-18: | Reagenzien zur Insertion von DNA in einen Vektor Hersteller: New England Biolabs in Beverly (USA) außer 1): Invitrogen Corporation in Carlsbad, California |
| Tabelle 3-19: | Reagenzien zur Transformation kompetenter Zellen (GibcoBRL Life Technologies, Paisley, UK) |
| Tabelle 3-20: | Reagenzien zur Anzucht und Selektion der Klone (GibcoBRL Life Technologies, Paisley, Scotland) |
| Protokoll 4-1: Thermocycling der internen PCR | |
| Tabelle 4-1: | Primer und Amplifikationsbedingungen für die internen Polymerasekettenreaktionen Legende: EX- bezeichnet das amplifizierte Exon, -SSCP die Primerpaare für die PCR-SSCP-Analyse, -Sequenz die Primerpaare für die Gewinnung von Amplifikaten zur DNA-Sequenzierung. |
| Tabelle 4-2: | Externe Primer zur Amplifikation der SP-A-Gene (diskriminierende Nukleotide sind unterstrichen) *: Beim nichtdiskriminierenden Primerpaar ist nur die Position im SP-A1-Gen angegeben, R steht für A und G. |
| Protokoll 4-2: Thermocycling der externen PCR | |
| Tabelle 4-3: | Allelfrequenzen am Genort SP-A2-Codon 50 (In Klammern sind jeweils die 95 %-Clopper-Pearson-Konfidenzgrenzen angegeben) |
| Tabelle 4-4: | Genotypfrequenzen am Genort SP-A2-Codon 50 Die Konkordanz P( 12> 2) mit dem Hardy-Weinberg-Gesetz beträgt im
Chi-Quadrat-Test
: P( 12> 2) = 77%. |
| Tabelle 4-5: | 2(2-Kontingenztafel
mit Häufigkeit der Einzelbasensubstitution am Genort SP-A1-Codon 39 Die Signifikanz beträgt im Chi-Quadrat-Test : P( 12> 2) = 0,90. |
| Tabelle 4-6: | Häufigkeit der beobachteten Genotypen am Genort SP-A1-Codon 39 Die Konkordanz P( 12> 2) mit dem Hardy-Weinberg-Gesetz wurde im
Chi-Quadrat-Test
berechnet. |
| Tabelle 4-7: | 2(2-Kontingenztafel n mit Häufigkeit der Einzelbasensubstitution am Genort SP-A1-Codon 184 |
| Tabelle 4-8: | Häufigkeit der beobachteten Genotypen am Genort (SP-A1)-Codon 184 Die Konkordanz P( 12> 2) mit dem Hardy-Weinberg-Gesetz wurde im
Chi-Quadrat-Test
berechnet. |
| Tabelle 4-9: | Polymorphe Codons in den Exonsequenzen von SP-A1 und dementsprechende Allele der Patienten Zur Orientierung ist die seltene Variante hervorgehoben. Neu beschriebene Polymorphismen sind kursiv gesetzt. Unterstrichene Haplotypen wurden durch Klonierung gesichert. |
| Tabelle 4-10: | Polymorphe Codons in den Exonsequenzen von SP-A2 und dementsprechende Allele der Patienten (Fragliche Allele bei Patient 4 und 12 gingen nicht in die Allel- und Haplotypfrequenzen in Abschnitt 5.2.3 ein) |
| Tabelle 4-11: | Häufigkeiten der einzelnen Polymorphismen im SP-A1-Gen (n = 28 Allele) Die Proportion Heterozygoter h wurde mit dem erwarteten Heterozygotiegrad Het verglichen. Die Konkordanz P( 12> 2) mit dem Hardy-Weinberg-Gesetz wurde im
Chi-Quadrat-Test
berechnet. |
| Tabelle 4-12: | Häufigkeiten der einzelnen Polymorphismen im SP-A2-Gen (n = 28 Allele) |
| Tabelle 4-13: | Mustersequenzen für SP-A1-Exon 1 (kloniert aus einer PCR mit Taq-DNA-Polymerase) Unterstrichene Klone wurden in einer Gefrierkultur als Muster für die angegebenen Allele konserviert. Bei der PCR mutierte Genorte sind hervorgehoben. Anführungszeichen markieren die mutierten Allelsequenzen. |
| Tabelle 4-14: | Mustersequenzen für SP-A2-Exon 1 (kloniert aus einer PCR mit PwoI-DNA-Polymerase) |
| Tabelle 4-15: | Mustersequenzen für SP-A2-Exon 2 (kloniert aus einer PCR mit Taq-DNA-Polymerase) |
| Tabelle 4-16: | Mustersequenzen für SP-A1-Exon 2 (kloniert aus einer PCR mit Taq-DNA-Polymerase) |
| Tabelle 4-17: | Mustersequenzen für SP-A-Exon 3 ( markiert die deletierte DNA-Base) |
| Tabelle 4-18: | Mustersequenz für SP-A2-Exon 4 (kloniert aus einer PCR mit PwoI-DNA-Polymerase) |
| Tabelle 5-1: | Restriktionsendonukleasen für die RFLP-Analyse der Aminosäuresubstitutionen im SP-A Legende: n steht für eine beliebige DNA-Base, s für G oder C. Die substituierte DNA-Base ist hervorgehoben. |
| Tabelle 5-2: | Vergleich der Allelfrequenzen und erforderliche Stichprobengröße im Vorzeichentest
Die Allelfrequenz q ist hervorgehoben; ist die im
Chi-Quadrat-Test
errechnete Signifikanz.n‘ ist der nötige Stichprobenumfang, um Signifikanz ( 0,05) mit einer power von 80 % zu erreichen.n1 & n2 ist der nötige Stichprobenumfang von zwei gleich großen Populationen im direkten Vergleich. |
| Tabelle 5-3: | Vergleich der Häufigkeit einzelner Polymorphismen und erforderliche Stichprobengröße Die Frequenz q des Polymorphismus ist hervorgehoben; die Signifikanz wurde im
Chi-Quadrat-Test
errechnet.n‘ ist der nötige Stichprobenumfang, um Signifikanz ( 0,05) mit einer power von 80 % zu erreichen.n1 & n2 ist der nötige Stichprobenumfang von zwei gleich großen Populationen im direkten Vergleich. |
| Tabelle 5-4: | Häufigkeit des Polymorphismus 1193G>C (Val50Leu) im SP-A1-Gen mit 95 %-Konfidenzintervall Die Signifikanz wurde jeweils gegen die indogerm. Population, bei * gegen die gesunden Individuen indogerm. Abstammung von Kala et al. getestet. Die Proportion Heterozygoter h wurde mit dem erwarteten
Heterozygotiegrad
Het verglichen. Die Konkordanz P( 12> 2) mit dem Hardy-Weinberg-Gesetz wurde im
Chi-Quadrat-Test
berechnet. |
| Tabelle 5-5: | Geschätzte Häufigkeit der beobachteten Haplotypen (N = 12 diploide Proben) Unterstrichene Haplotypen erreichten in der Studie von Floros et al. 1996 (N = 239) statistische Signifikanz. Durch neu beschriebene Allele definierte Haplotypen sind kursiv gesetzt. |
| Tabelle 5-6: | Grad der Heterozygotie und Gehalt an Polymorphismusinformation in den SP-A-Genen *: wegen des fraglichen Genotyps 6a2/6a# oder 6a3/6a# bei Patient 15 wurden zwei Werte berechnet |
Abbildungsverzeichnis | |
| Abbildung 1-1: | Orientierung der SP-A-Gene am Kollektingenort (nach Floros
und Hoover 1998) Der Pfeil ( ) kennzeichnet die Richtung der Transkription |
| Abbildung 1-2: | Struktur einer Kopie des SP-A-Gens (nach McCormack
1998) Dargestellt ist die Intron-Exon-Struktur eines SP-A-Gens, die kodierenden Exone sind hell hinterlegt. |
| Abbildung 1-3: | Invariant von SP-A1 nach SP-A2 ausgetauschte Aminosäuren (nach Floros
et al. 1996) N bezeichnet die aminoterminale Region des Proteins, beschrieben werden die Domänen in Abschnitt 1.1.2 . |
| Abbildung 1-4: | Die Domänen des SP-A-Monomers (nach McCormack 1998) |
| Abbildung 1-5: | Aggregation der SP-A-Monomere zu Tripelhelices (nach Voss et al. 1991) |
| Abbildung 1-6: | Aggregation der SP-A-Tripelhelices zum Oktadekamer (nach Voss et al. 1991) |
| Abbildung 1-7: | Funktionen des SP-A-Moleküls CRD = Kohlehydraterkennungsregion (carbohydrate recognition domain); zu den Domänen vgl. Abbildung 1-4 . |
| Abbildung 3-1: | Getrennte Amplifikation der SP-A-Gene mittels nested PCR |
| Gleichung 3-1: Schmelztemperatur von DNA-Oligomeren (nach Rychlik
et al. 1990) Legende: H ist die Enthalpie und S die Entropie der Helixbildung. R ist die Gaskonstante (1.987 cal/°C/mol).c ist die Primer- und [K+] die Kaliumionenkonzentration | |
| Gleichung 3-2: Schmelztemperatur von DNA-Oligomeren (vereinfacht nach Newton
und Graham 1997) Legende: n ist die Zahl der Nukleotide und (%G+C) der Anteil der DNA-Basen Guanin und Cytosin | |
| Gleichung 3-3: Formeln zur Berechnung von Heterozygotiegrad und PIC ( Ott
1992) a: Zahl der verschiedenen Allele, n: Gesamtzahl beobachteter Allele, qi: Häufigkeit des i-ten Allels | |
| Abbildung 4-1: | Optimierung der externen PCR durch Modifikation des Reaktionspuffers DNA-Qualität: frisch isoliert in Spur 1 und 2; gefrorene Proben in Spur 3 - 14. Primer: SPA-1-FW-01/RE-01 in Spur 1, 3, 5 und 7-10; SPA-2-FW-01/RE-01 in Spur 2, 4, 6 und 11 - 14. Magnesium[Mg++]: 1 mmol/l in Spur 10 + 14; 1,5 mmol/l in 9 + 13; 2 mmol/l in 8 + 12; 2,5 mmol/l in 7 + 11. Ammoniumsulfat: [(NH4)2SO4] = 5 mmol/l in Spur 5 und 6, [(NH4)2SO4] = 10 mmol/l in Spur 3 und 4. |
| Abbildung 4-2: | Amplifikation der SP-A-Gene durch Polymerasen mit und ohne fehlerkorrigierende Aktivität Primer: SPA-1-FW-01/RE-01 in Spur 1-4 und 9-12; SPA-2-FW-01/RE-01 in Spur 5-8 und 13-14. Magnesium [Mg++]: 2 mmol/l in 1+5+9+13; 3 mmol/l in 2+6+10+14; 4 mmol/l in 3+7+11; 5 mmol/l in 4+8+12. |
| Abbildung 4-3: | Identifizierung der amplifizierten SP-A-Gene durch RFLP
-Analyse Die Größe der Restriktionsfragmente ist in der jeweiligen Spalte unterhalb des Gens angegeben. Das PstI-Fragment von 942 bp wird in einigen Allelen in Fragmente von 729 und 213 bp geschnitten. In Spur SP-A wurde das Produkt aus der PCR mit den nichtdiskriminierenden Primern SPA-FW-EXT und SPA-RE-EXT aufgetragen. |
| Abbildung 4-4: | DNA-Sequenzierung von Exon 2 (Nukleotide 1596_1615 von SP-A1 bzw. 1616_1635 von SP-A2) Links: SP-A-Exon 2 aus genomischer DNA mit Polymorphismus 1599A>G (Codon 61) und 1611T>C (Codon 65). Rechts: beide Gensequenzen isoliert aus Produkten der externen PCR amplifiziert und getrennt sequenziert. |
| Abbildung 4-5: | RFLP-Analyse mit NcoI am Genort SP-A1-Codon 39 Heterozygote Träger der Variante 1162C>T sind kursiv gesetzt. |
| Abbildung 4-6: | Familienanalyse am Genort SP-A1-Codon 39 (Amplifikate von SP-A-Exon 1 geschnitten mit NcoI) ungerade Nummern: aus dem SP-A1-Gen; gerade Nummern aus dem SP-A2-Gen amplifiziert Spuren 1 & 2: Vater, 3 & 4: Mutter, 5 & 6: Mitarbeiter mit Variante, 7 & 8: Mitarbeiter ohne Variante |
| Abbildung 4-7: | Beispiel für unvollständigen DNA-Verdau durch NdeI (4 Stunden Inkubation mit 10 Units Enzym) Alle Mitarbeiter waren homozygot für den Wildtyp. Die Patienten 2, 13, und 15 tragen die Variante. |
| Tabelle 4-13 | und Tabelle 4-14 aufgeführt. |
| Abbildung 4-9: | SSCP-Analyse mit klonierter DNA von SP-A-Exon 1 6% Polyacrylamid(99:1), Temperatur = 4°C, Laufzeit = 135 Minuten, DS = nicht denaturierte DNA. |
| Abbildung 4-10: | SSCP-Analyse mit klonierter DNA von SP-A-Exon 1 (0,25×) MDE ® Gel Solution, Temperatur = 4°C, Laufzeit = 135 Minuten, DS = nicht denaturierte DNA. |
| Abbildung 4-11: | SSCP-Analyse von SP-A1-Exon 2 mit DNA-Proben der Patienten 6, 8 und 12 5% Polyacrylamid(99:1) mit 5% Glycerol, Temperatur = 4°C, Laufzeit = 135 min, DS = Doppelstrang-DNA. |
| Abbildung 4-12: | SSCP-Analyse von SP-A1-Exon 2 mit DNA-Proben der Patienten 6, 8 und 12 5% Polyacrylamid(99:1), Temperatur = 4°C, Laufzeit = 135 Minuten, DS = am unteren Gelrand (185 bp). |
| Abbildung 4-13: | Restriktionsanalyse der Klone von Patient 10-SP-A-Exon 1 Amplifikate von SP-A1 (Klon 28, 30, 32 und 33) bilden Fragmente von 134, 82, 69 und 26 bp. SP-A2-Amplifikate (Klon 29 und 31) bilden je nach Orientierung im Vektor Fragmente von 203, 82 und 26 oder 177, 82 und 52 bp. |
| Abbildung 5-1: | Lokalisation der allelischen Varianten im SP-A1 (erweitert nach Floros
et al. 1996) Die vier mannosebindenden Aminosäuren 215Glu, 222Glu, 234Asn und 235Asp sind mit einem * gekennzeichnet. |
| Abbildung 5-2: | Lokalisation der allelischen Varianten im SP-A2 (erweitert nach Floros et al. 1996) |
| Abbildung 5-3: | Vergleich der Opsonisierung von Krankheitserregern durch C1q, MBL und SP-A Der cC1q-Rezeptor (auf Monozyten und Makrophagen) bindet die kollagenartige Domäne des C1q und der Kollektine. Die mit dem MBL assoziierte Serinprotease (MASP) aktiviert Komplement auf dem Lektinweg. |
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