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Titelaufnahme

Titel
Differential DNA methylation signatures in interstitial lung disease and lung cancer reveal novel biomarkers / eingereicht von Matthias Wielscher
VerfasserWielscher, Matthias
Begutachter / BegutachterinGrillari, Johannes ; Haybäck, Johannes
GutachterWeinhäusel, Andreas
Erschienen2015
Umfang140, 6 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2015
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)zellfreie DNA / DNA Methylierung / Epigenetik / Lungenkrebs / Lungenfibrose / COPD / Brustkrebs / qPCR / genomeweite Analyse / Blutserum
Schlagwörter (EN)cellfree DNA / DNA methylation / epigenetic / lung cancer / lung fibrosis / COPD / breast cancer / qPCR / genomewide analysis / blood serum
Schlagwörter (GND)Lungenkrebs / Lungenfibrose / Obstruktive Ventilationsstörung / Diagnostik / DNS / Methylierung / Biomarker
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-16500 Persistent Identifier (URN)
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Differential DNA methylation signatures in interstitial lung disease and lung cancer reveal novel biomarkers [6.32 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

DNA-Methylierung ist ein grundlegender vererbbarer epigenetischer Mechanismus und reguliert die zellspezifische Genexpression. Aufgrund der chemischen und biologischen Stabilität, sind krankheitsspezifische DNA-Methylierungsmuster besonders gute Biomarker. Ziel dieser Arbeit war die Definition und Validierung von DNA-Methylierungs-basierten Biomarkern für die verbesserte Diagnostik chronischer Lungenerkrankungen. Zur Identifikation von krankheitsspezifischen Biomarkern haben wir die genomweiten Methylierungsmuster mit Illumina 450k-Chips an 18 Lungenkarzinomen, 38 Fibrose, 42 COPD, und 34 normalen Lungengeweben analysiert. Deregulierte Sonden wurden zu differentiell-methylierten Genabschnitten zusammengefasst. Eine generelle De-Methylierung von Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen wurde beobachtet und mit Histonmodifkationen und Gen-Ontologie verglichen. Weiters wurde die anspruchsvolle Aufgabe zur Isolation von zellfreier DNA aus Serum und Plasma bearbeitet. Ein Protokoll für cfDNA Extraktion wurde erarbeitet, welches die Analyse von Autoantikörpern aus derselben Serumprobe ermöglicht. Darauf aufbauend wurde die mögliche Nutzung der Biomarker für die Differentialdiagnostik evaluiert. Wir konnten ein multiplex qPCR-Protokoll welches die parallele qPCR Analyse von bis zu 96 Markern aus 10-20ng cfDNA unter Einsatz von 400 l Serum / Plasma eines Patienten ermöglicht entwickelten. Damit konnten wir Krebs-Patienten (n=33; AUC=0,95) und Fibrose Patienten (n=68, AUC=0,71) gegenüber Kontrollprobanden mittels dieser neuen Marker und Analysetechnik unterscheiden. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass veränderte DNA Methylierungsmuster charakteristisch für diese unterschiedlichen Krankheiten und komplexen pathologischen Phänotypen sind. Zudem wurden in dieser Arbeit DNA Methylierungsmarker für die minimal invasive Diagnostik dieser Krankheiten definiert und validiert.

Zusammenfassung (Englisch)

DNA methylation signatures provide a fundamental epigenetic mechanism to establish and promote cell specific gene expression, which are inherited by subsequent cell generations. Besides to its functional role DNA methylation based biomarkers are of high potential. Aim of this work was the identification and validation of DNA methylation based biomarkers to improve diagnostics of chronic lung diseases. In a comparative study we assigned the genome wide methylation levels of 18 lung cancer patients, 38 lung fibrosis, 42 COPD patients and 34 healthy lung tissues using Illumina 450k chips. Significant probes were combined to regions of hyper or hypo-methylation. These regions were subsequently analyzed in more detail such as computation of overlaps from novel identified clusters to diverse histone modifications and to the library of GO-terms. Next the challenging task of cell free DNA isolation from serum and plasma had to be handled. In a series of experiments the protocol was optimized for cfDNA extraction and made compatible with additional analysis like autoantibody testing. Based on this, the potential exploitation of the data for differential diagnostics was assessed. We developed a multiplexed methyl sensitive restriction enzyme (MSRE) qPCR protocol allowing up to 96 parallel qPCR reactions out of 400l patients serum. Appling this protocol we could separate cancer patients (n=33, AUC=0.95) and fibrosis patients (n=68, AUC=0.71) from healthy controls and COPD patients. This way we could show that aberrant methylation patterns are highly specific for different complex diseases and pathological phenotypes. In addition we defined DNA methylation biomarkers suitable for minimally invasive diagnostics as it was possible to define and validate disease specific biomarkers in patients cell free DNA.