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Growing amounts of genomic data and more efficient assembly tools advance organelle genomics at an unprecedented scale. Genomic resources are increasingly used for phylogenetic analyses of many plant species, but are less frequently used to investigate within-species variability and phylogeography. In this study, we investigated genetic diversity of Fagus sylvatica, an important broadleaved tree species of European forests, based on complete chloroplast genomes of 18 individuals sampled widely across the species distribution. Our results confirm the hypothesis of a low cpDNA diversity in European beech. The chloroplast genome size was remarkably stable (158,428 ± 37 bp). The polymorphic markers, 12 microsatellites (SSR), four SNPs and one indel, were found only in the single copy regions, while inverted repeat regions were monomorphic both in terms of length and sequence, suggesting highly efficient suppression of mutation. The within-individual analysis of polymorphisms showed >9k of markers which were proportionally present in gene and non-gene areas. However, an investigation of the frequency of alternate alleles revealed that the source of this diversity originated likely from nuclear-encoded plastome remnants (NUPTs). Phylogeographic and Mantel correlation analysis based on the complete chloroplast genomes exhibited clustering of individuals according to geographic distance in the first distance class, suggesting that the novel markers and in particular the cpSSRs could provide a more detailed picture of beech population structure in Central Europe.
Age-related multifactorial diseases, such as the neurodegenerative Alzheimer’s disease (AD), still remain a challenge to today’s society. One mechanism associated with AD and aging in general is mitochondrial dysfunction (MD). Increasing MD is suggested to trigger other pathological processes commonly associated with neurodegenerative diseases. Silibinin A (SIL) is the main bioactive compound of the Silymarin extract from the Mediterranean plant Silybum marianum (L.) (GAERTN/Compositae). It is readily available as a herbal drug and well established in the treatment of liver diseases as a potent radical scavenger reducing lipid peroxidation and stabilize membrane properties. Recent data suggest that SIL might also act on neurological changes related to MD. PC12APPsw cells produce low levels of human Aβ and thus act as a cellular model of early AD showing changed mitochondrial function. We investigated whether SIL could affect mitochondrial function by measuring ATP, MMP, as well as respiration, mitochondrial mass, cellular ROS and lactate/pyruvate concentrations. Furthermore, we investigated its effects on the mitochondrial membrane parameters of swelling and fluidity in mitochondria isolated from the brains of mice. In PC12APPsw cells, SIL exhibits strong protective effects by rescuing MMP and ATP levels from SNP-induced mitochondrial damage and improving basal ATP levels. However, SIL did not affect mitochondrial respiration and mitochondrial content. SIL significantly reduced cellular ROS and pyruvate concentrations. Incubation of murine brain mitochondria with SIL significantly reduces Ca2+ induced swelling and improves membrane fluidity. Although OXPHOS activity was unaffected at this early stage of a developing mitochondrial dysfunction, SIL showed protective effects on MMP, ATP- after SNP-insult and ROS-levels in APPsw-transfected PC12 cells. Results from experiments with isolated mitochondria imply that positive effects possibly result from an interaction of SIL with mitochondrial membranes and/or its antioxidant activity. Thus, SIL might be a promising compound to improve cellular health when changes to mitochondrial function occur.
Background: Many fungal species occur across a variety of habitats. Particularly lichens, fungi forming symbioses with photosynthetic partners, have evolved remarkable tolerances for environmental extremes. Despite their ecological importance and ubiquity, little is known about the genetic basis of adaption in lichen populations. Here we studied patterns of genome-wide differentiation in the lichen-forming fungus Lasallia pustulata along an altitudinal gradient in the Mediterranean region. We resequenced six populations as pools and identified highly differentiated genomic regions. We then detected gene-environment correlations while controlling for shared population history and pooled sequencing bias, and performed ecophysiological experiments to assess fitness differences of individuals from different environments.
Results: We detected two strongly differentiated genetic clusters linked to Mediterranean and temperate-oceanic climate, and an admixture zone, which coincided with the transition between the two bioclimates. High altitude individuals showed ecophysiological adaptations to wetter and more shaded conditions. Highly differentiated genome regions contained a number of genes associated with stress response, local environmental adaptation, and sexual reproduction.
Conclusions: Taken together our results provide evidence for a complex interplay between demographic history and spatially varying selection acting on a number of key biological processes, suggesting a scenario of ecological speciation.
Hematotoxicity is one of the major side effects of chemotherapy. The aim of this study was to examine the association between single nucleotide polymorphisms (SNPs) and hematotoxicity in breast cancer patients in a subset of patients of the SUCCESS prospective phase III chemotherapy study. All patients (n = 1678) received three cycles of 5-fluorouracil, epirubicin, and cyclophosphamide (FEC) followed by three cycles of docetaxel or docetaxel/gemcitabine, depending on randomization. Germline DNA was genotyped for 246 SNPs selected from a previous genome-wide association study (GWAS) in a panel of lymphoblastoid cell lines, with gemcitabine toxicity as the phenotype. All SNPs were tested for their value in predicting grade 3 or 4 neutropenic or leukopenic events (NLEs). Their prognostic value in relation to overall survival and disease-free survival was also tested.
None of the SNPs was found to be predictive for NLEs during treatment with docetaxel/gemcitabine. Two SNPs in and close to the PIGB gene significantly improved the prediction of NLEs after FEC, in addition to the factors of age and body surface area. The top SNP (rs12050587) had an odds ratio of 1.38 per minor allele (95% confidence interval, 1.17 to 1.62). No associations were identified for predicting disease-free or overall survival.
Genetic variance in the PIGB gene may play a role in determining interindividual differences in relation to hematotoxicity after FEC chemotherapy.
Hintergrund: Träger eines bestimmten Haplotyps des Gens der GTP Cyclohydrolase (GCH1) gaben im Anschluss an eine Diskektomie nach chronischer lumbaler Radikulopathie weniger Schmerzen an und hatten in experimentellen Schmerzmessungen höhere Schmerzschwellen. Die ex-vivo GCH1-Hochregulierung und BH4-Produktion nach Forskolinstimulierung war reduziert, während die Grundwerte der BH4-Konzentration nicht verändert waren. Diese Beobachtungen legen nahe, dass der Haplotyp hauptsächlich Veränderungen zeigt, wenn das GCH1-System provoziert wird. Diese Studie zielt darauf ab, (1) diese Hypothese zu testen und (2) die schmerzprotektiven Eigenschaften, die diesem Haplotyp zuvor zugeschrieben wurden in unabhängigen Rahmen zu reproduzieren. Methodik: Hierzu wurden experimentelle Schmerzmodelle mit Sensitisierung (lokale Hautentzündung, topische Capsaicinapplikation) und ohne Sensitisierung (punktuell-mechanischer Druck, stumpfer Druck, thermischer und elektrischer Schmerz) an 10 homozygoten Trägern und 22 homozygoten Nichtträgern des angeblich schmerzprotektiven GCH1-Haplotyps durchgeführt. GCH1-, iNOS-Hochregulierung und BH4-Produktion wurden ex-vivo in Leukozyten nach LPS-Stimulation für 24 Stunden ermittelt. Ergebnisse: Träger dieses GCH1-Haplotyps hatten höhere Schmerzschwellen für punktuell-mechanischen Druck (von Frey Haare) im Anschluss an eine lokale Hautentzündung (18.1 ± 11.3 vs. 9 ± 2.8 g; p = 0.005) und im kleineren Rahmen für thermischen Schmerz nach Hyperalgesieinduktion durch Capsaicincreme (35.2 ± 0.9 vs. 36.6 ± 2.4 _C; p = 0.026). Dem hingegen konnten bei den Schmerzmodellen ohne Sensitisierung keine genotypabhängigen Effekte beobachtet werden. GCH1-, BH4 und iNOS-Hochregulierung in Leukozyten nach 24-stündiger LPS-Stimulation waren vermindert bei Trägern des GCH1-Haplotyps, woraus sich schließen lässt, dass sich die Genotypgruppen im Hinblick auf die Regulationsvorgänge im Biopterinstoffwechsel unterscheiden. Schlussfolgerung: Diese Studie bestätigt die vorherigen Befunde, dass eine verminderte GCH1-Funktion oder GCH1-Induzierbarkeit als Folge von genetischen Polymorphismen einen schmerzprotektiven Effekt mit sich bringt. Als Erweiterung der Vorresultate zeigt diese Arbeit, dass sich der schmerzprotektive Effekt vorzugsweise in Schmerzmodellen mit Sensitisierung ausprägt. Dies legt eine besondere Rolle von BH4 bei spezifischen Schmerzprozessen nahe.
Die allogene Nierentransplantation ist im Vergleich zur extrakorporalen Blutreinigung die optimale Therapie, um Patienten mit terminaler Nieren-insuffizienz eine signifikante Erhöhung der Lebenszeit bei gleichzeitig hoher Lebensqualität zu ermöglichen. Die schwerwiegendsten Komplikationen und die in Bezug auf das Transplantatüberleben limitierenden Faktoren bei einer Nieren-transplantation haben ihren Ursprung in immunologischen Prozessen. IL-18, auch bekannt als Interferon-gamma(IFN-gamma)-induzierender Faktor, ist ein proximaler Mediator in der Regulation der angeborenen sowie erworbenen Immunabwehr. Es wird konstitutiv in Zellen des Immunsystems wie Makrophagen und in verschiedenen Gewebetypen in einer inaktiven pro-Form exprimiert und bis zu seiner Aktivierung gespeichert. Aktiviertes IL 18 induziert die Bildung einer Vielzahl proinflammatorischer Mediatoren, darunter sind IFN-gamma, TNF-alpha, IL 1beta und ver-schiedene Chemokine. Gleichzeitig ist IL 18 als Kostimulator von IL-12 an der Steuerung des Gleichgewichtes der Th1- und Th2-Antwort beteiligt. Damit könnte IL-18 maßgeblich zu der Entstehung von Abstoßungsreaktionen sowie einem verzögerten Funktionsbeginn des Nierentransplantates („Delayed Graft Function“ = DGF) beitragen. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine Beteiligung von lokal in der menschlichen Niere exprimiertem IL-18 an immuno-logischen Prozessen prinzipiell möglich ist, da die Expression von IL-18 und weiterer für seine Funktion essentieller Komponenten auf mRNA- und Protein-ebene in der gesunden menschlichen Niere nachgewiesen wurde. Über immun-histochemische Färbungen konnte eine Lokalisation des IL-18 im distalen Tubulussystem und Sammelrohrabschnitten der Niere nachgewiesen werden. Immunfluoreszenz-Doppelfärbungen von IL-18 zusammen mit Proteinen, die für einzelne Tubulus- und Sammelrohrabschnitte spezifisch sind, zeigten, dass IL-18 in den Schaltzellen des distalen Konvolutes, des Verbindungstubulus und des Sammelrohrs lokalisiert ist. Weiterhin sind die für die Aktivierung von IL-18 notwendigen Komponenten, der purinerge Rezeptor P2X7 und Caspase-1, in der Niere mit IL-18 kolokalisiert. Damit sind grundlegende Voraussetzungen für eine Aktivierung von IL-18 in diesen Bereichen gegeben. Im Zuge von Abstoßungs-reaktionen nach Nierentransplantation könnte das im Nierengewebe exprimierte IL-18 an immunologischen Vorgängen beteiligt sein. Es wurde festgestellt, dass die Menge an konstitutiv exprimiertem IL-18 in den Schaltzellen von Tubulus- und Sammelrohrabschnitten bei akuten Abstoßungen sowie bei der chronischen Allograftnephropathie im Vergleich zur gesunden Niere abnahm, gleichzeitig lagen vermehrt infiltrierende Makrophagen sowie T- und B-Lymphozyten im Nieren-parenchym vor. Diese Beobachtung lässt die Spekulation zu, dass durch eine Ausschleusung von aktivem IL-18 aus den Schaltzellen eine Immunantwort unterhalten wird, und es im Zuge dessen zu einer Infiltration von Immunzellen kommt. Durch immunhistochemische IL-18 Färbungen an Transplantatbiopsien konnte keine de novo Expression von IL-18 in Bereichen der Tubuli oder der Glomeruli bei immunologischen Komplikationen nach Nierentransplantation nachgewiesen werden. Bei der chronischen Allograftnephropathie wurde IL-18 an kleineren Blutgefäßen nachgewiesen, was für eine Beteiligung von IL-18 an atherosklerotischen Veränderungen bei dieser Diagnose spricht. Weitere Rückschlüsse auf einen Effekt des IL-18 bei Komplikationen nach Nierentransplantation sollten durch die Analyse von IL-18 Genpolymorphismen erhalten werden. Funktionelle Einzelbasenaustausch-Polymorphismen („Single Nucleotide Polymorphisms“ = SNP´s) des IL-18 Promotors scheinen sich auf die Expression von IL-18 auszuwirken und wurden für eine Beteiligung an der Entstehung oder dem Verlauf verschiedener Erkrankungen verantwortlich gemacht. In dieser Arbeit wurde durch Assoziationsanalysen und Haplotypen-analysen gezeigt, dass sich die IL-18 Promotor SNP´s 607C/A und 137G/C des Empfängers auf die Entstehung einer DGF auswirken. Der 137CC Genotyp und das -137C Allel sowie der kombinierte Genotyp -607CA und -137CC des Empfängers sind mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung einer DGF assoziiert. Im Gegensatz dazu scheinen sich Unterschiede in der Genexpression des IL 18, welche durch die SNP´s 607C/A und 137G/C verursacht werden, nicht auf die Entstehung von Abstoßungsreaktionen auszuwirken. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass aus dem Empfänger stammendes IL 18 sowie lokal im Spenderorgan exprimiertes IL-18 an immunologischen Komplikationen nach Nierentransplantation beteiligt sein könnte. Durch seine Stellung am Beginn von proinflammatorischen Kaskaden stellt das IL-18 ein attraktives Target für die Entwicklung neuer Immunsuppressiva dar.