Implementation and optimization of a large-scale ENU mouse mutagenesis screen and characterisation of five ENU-induced limb mutant lines [Elektronische Ressource] / Dian Agustina Michel

Geert Michel

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• Publié par: technische_universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2009
• Nombre de lectures: 48
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 38 Mo

Extrait

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN

Lehrstuhl für Experimentelle Genetik


Implementation and optimization of a large-scale ENU mouse mutagenesis screen and
characterisation of five ENU-induced limb mutant lines




Dian Agustina Michel




Vollständiger Abdruck der von der Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung,
Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen
Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften
genehmigten Dissertation


Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. A. Gierl
Prüfer der Dissertation:
1. Univ.-Prof. Dr. M. Hrabé de Angelis
2. Univ.-Prof. Dr. E. Wolf
(Ludwig-Maximilians-Universität München)

Die Dissertation wurde am 25. Mai 2009 bei der Technischen Universität München eingereicht und
durch die Fakultät Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt
am 30. Juli 2009 angenommen.











Danksagung



Mein besonderer Dank geht an Prof. Dr. Martin Hrabé de Angelis, dem Betreuer dieser
Arbeit, der mir die Möglichkeit gegeben hat, in einem so einzigartigen, spannenden wie auch
herausfordernden Großprojekt wie dem ENU Maus-Mutageneseprojekt teilzunehmen. Ohne
seine uneingeschränkte Unterstützung hätte ich meine Arbeit nicht in dieser Weise
durchführen können.
Bedanken möchte ich mich auch bei Prof. Dr. Rudi Balling, der sein Vertrauen in mich setzte
und an die GSF Neuherberg/ Institut für Säugetiergenetik geholt hat, was für mich der
Einstieg in das spannende Gebiet der Mausgenetik und der ENU Mutagenese war.
Ich danke meinen Kollegen am Institut für Experimentelle Genetik für die gute
Zusammenarbeit, insbesondere Véronique Blanquet, Sybille Wagner und Isabel Rubio
Aliaga für ihre Hilfe, Geduld, die wissenschaftlichen Gespräche wie auch ihre moralische
Unterstützung gerade während turbulenter Phasen des Projektes. Dank gilt auch den
„Streifenhörnchen“ aus dem B-Streifen, ohne die dieses Großprojekt sicherlich nicht so
erfolgreich geworden wäre.
Nicht zuletzt geht mein Dank auch an Geert, meinem Mann, der mich gerade zum Ende der
Arbeit hin mit viel Verständnis, klug-sanftem Druck, Humor und kulinarischen Erlebnissen
großartig unterstützt hat. 1 SUMMARY ............................................................................................................................................................4
2 INTRODUCTION.................5
2.1 AIM OF PHD WORK .......................................................................................................................................... 5
2.2 FORWARD AND REVERSE GENETICS IN FUNCTIONAL GENE STUDIES..............................6
2.3 SPONTANEOUS AND IRRADIATION MUTANTS.. 7
2.4 CHEMICAL MUTAGENESIS ................................................................................................................................8
2.4.1 Chemical mutagenesis experiments in model organisms..... 8
2.4.2 Previous mutagenesis experiments in the mouse ..................................................................................8
2.4.3 ENU is the most powerful mutagen in mouse male germ cells............................9
2.4.4 The biochemical action of ENU............................................. 9
2.4.5 Mutation frequency of ENU.................10
2.4.6 Pathogenic mutations ...........................................................................................................................10
2.5 PHENOTYPING PROTOCOLS............................11
2.5.1 Specific locus test.................................. 11
2.5.2 Multiple end point approach................................................................................11
2.5.3 SHIRPA protocol................................... 13
2.6 STRUCTURE OF THE MUNICH ENU MOUSE MUTAGENESIS PROJECT............................................................14
2.7 CURRENT ENU MUTAGENESIS SCREENS....................................................................... 14
2.8 INHERITED LIMB PATTERNING DEFECTS IN HUMANS AND THEIR MOLECULAR MECHANISMS .....................16
2.8.4 Fibroblast growth factor (Fgf) pathway and PD patterning.............................17
2.8.5 Sonic hedgehog pathway and AP patterning ......................................................................................18
2.8.6 Wnt pathway and DV patterning..........................................19
2.8.7 T-box genes and limb identity..............19
2.8.8 Hox genes and determinants along the PD axis.................20
3 MATERIALS AND METHODS.......................................................................................................................23
3.1 ANIMALS.........................................................23
3.1.1 Husbandry.............23
3.1.2 Strains....................................................................................................................23
3.1.3 Preparation of animals.........................23
3.2 ENU ADMINISTRATION.................................................................................................................................. 24
3.2.4 Preparation of ENU..............................................................................................24
3.2.5 Quality control...... 24
3.2.6 ENU injection........ 24
3.2.7 Precautions for ENU handling and quality control............................................................................24
3.2.8 Implementation of an injection schedule.............................................................24
3.3 IMPLEMENTATION OF BREEDING SCHEMES... 27
3.3.1 Sterility testing....................................... 27
3.3.2 F1 breeding for the dominant screen................................................................... 27
3.3.3 Dominant confirmation cross and maintenance breeding. 27
3.3.4 G3 breeding for the recessive screen................................... 28
3.3.5 Recessive confirmation crosses and maintenance breeding..............................28
3.3.6 SLT test ..................................................................................................................................................31
3.4 WORKFLOW MANAGEMENT...........................31
3.4.1 Breeding management..........................31
3.5 PRIMARY SCREENING AND PHENOTYPING .................................................................................................... 34
3.5.1 Phenotyping workflow ................................34
3.5.2 Screens...................................................................................................................35
3.5.2.1 Biochemical Metabolites.. 35
3.5.2.2 Dysmorphology.................................................36
3.5.2.3 Sex Reversal......................................................36
3.5.2.4 Behaviour..........................................................................................37
3.5.2.5 Clinical Chemistry............ 37
3.5.2.6 Hemostasis.........................................................38
3.5.2.7 Immunology/ Allergy....................................................................................................... 38
3.5.2.8 Lysosomal Enzymes ......................................... 40
3.5.2.9 Mitochondrial screen........ 40
3.5.3 Recording system.. 40
3.5.4 Interaction Core Facility/ Screeners ................................................................................................... 41
3.6 MAPPING OF THE ENU INDUCED MUTATION42
3.6.1 Strategies for genetic mapping of dominant and recessive mutations..............42
3.6.2 DNA isolation from mouse tissue......... 43
1 3.6.3 Linkage analysis – Candidate gene approach ....................................................................................43
3.6.4 Sequencing............................................................................. 46
3.6.5 Sequence analysis software..................47
3.7 PHENOTYPIC CHARACTERIZATION.................47
3.7.1 X-ray analysis........................................................................ 47
3.7.2 Skeletal preparation..............................................................................................47
3.7.3 Sperm analysis...... 48
3.7.4 Histology................................................................................................................................................48
3.7.5 Immunhistochemistry............................48
3.8 EXPRESSION ANALYSIS .................................................................................................................................. 49
3.8.1 Genotyping ALI037...............................................................................................49
3.8.1.1 Generation of mouse embryos..........................49
3.8.1.2 DNA extraction from mouse embryonic yolk-sacs.........................................................50
3.8.1.3 RNA extraction...........................