Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1977
Main Title: Genomic Sequencing, Annotation and Comparative Analysis of the Rat Major Histocompatibility Complex
Translated Title: Genomische Sequenzierung, Annotierung und komparative Analyse des Haupthistokompatibilitätskomplexes der Ratte
Author(s): Hurt, Peter
Advisor(s): Himmelbauer, Heinz
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Ziel dieses Projektes war die komplette Sequenzierung und umfassende Annotierung des Ratten MHCs, des RT1-Komplex der Laborratte, Rattus norvegicus. Beginn des Projektes war ein Beitrag zur physikalischen Kartierung der MHC-Region der Ratte durch Zuordnung von PAC und BAC Klonen zum RT1-Komplex, der in etwa 4 Mb genomischer Sequenz abdeckt. Eine kleinstmögliche Anzahl an überlappenden Klonen (minimal tile path) bestehend aus 41 PAC- und BAC-Klonen, die die RT1-Region überspannen, wurde zunächst aus der physikalischen Karte ausgewählt. 42 PAC- und BAC-Klonsequenzen, inklusive eines einzelnen PAC-Contigs von 95 kb, ergaben insgesamt eine lückenlose Sequenz von 3.922 kb mit einer durchschnittlichen 14,2 fachen Sequenzabdeckung. Um eine umfassende Annotierung hoher Qualität zu gewährleisten, wurden Perl-unterstützte Mehrschritt-Methoden entwickelt und den jeweiligen Aufgabenstellungen der Annotierung angepasst, darunter Multigen-Familien und vervielfältigte modulare genomische Strukturen, die Pseudogenfragmente und repetitive Elemente mit hoher Sequenzähnlichkeit beinhalten. Anschließend wurde eine phylogenetische Analyse der Genfamilien, sowie eine vergleichende Genomanalyse der MHC-Region von Mensch, Maus und Ratte durchgeführt, die weitere Erkenntnisse über die evolutionären Mechanismen erbrachten, die den Säuger-MHC, beziehungsweise den der Ratte formten. Ein „genomisches Grundgerüst“, das Klasse II-, Klasse III und verschiedene Ankergene umfasst, ist im Verlauf der Evolution bei Ratte, Maus und Mensch erhalten geblieben. Dennoch gibt es zahlreiche bemerkenswerte Unterschiede zwischen Mensch- und Nager-MHC und insbesondere auch zwischen Ratte und Maus. Die auffälligsten Unterschiede zwischen Ratte und Maus wurden in den Klasse I-Regionen gefunden, wie zum Beispiel eine rattenspezifische Expansion des dritten proximalen Klasse I-Clusters RT1-N und einer unabhängigen evolutionären Entwicklung der Klasse I-Familien RT1-A, RT1-CE und der Nicht-Klasse I-Familie der butyrophilinähnlichen Gene. Neben der rattenspezifischen Expansion des RT1-N-Clusters wurden 52 genomische Fragmente mit Klasse I-Exon/Intron-Homologie in dieser Region gefunden. Teilweise sind diese Elemente in einer modulweisen genomischen Struktur angeordnet, die zwölfmal im RT1-N-Cluster vorkommt. Dies ist wiederum ein rattenspezifisches Element, zusammen mit einer Vielzahl von Unterschieden in der Anzahl, Organisation und Struktur von Klasse I-Genen. Im Vergleich mit Mensch und Maus beschreiben diese Eigenschaften den einzigartigen Weg, den die Evolution eingeschlagen hat, um den heutigen Ratten-MHC zu formen.
Aim of this project was to provide the sequence and a comprehensive annotation of the rat MHC, the RT1 complex of the laboratory rat Rattus norvegicus. The first step was a contribution to the physical mapping of the rat MHC region by allocation of PAC and BAC clones to the RT1 complex covering approximately 4 Mb of genomic DNA. A minimal tile path of 41 PAC and BAC clones spanning the RT1 region was selected from the physical map. Altogether 42 sequenced PAC and BAC clones including a distal single-PAC contig of 95 kb contributed to a finished high quality sequence of 3.922 kb with on average 14.2 fold sequence coverage. For comprehensive and high quality sequence annotation, multi-step Perl-supported methods were developed and adapted to different annotation problems, among them multigene families and amplified modular genomic structures containing highly similar pseudogene fragments and repetitive elements. As a result, 389 elements comprising genes, gene fragments and pseudogenes were annotated. A subsequent phylogenetic analysis of gene families and a comparative genomic MHC analysis of human, mouse and rat was performed, that sheds further light onto the evolutionary mechanisms that formed the mammalian and rat MHC. A basic genomic “scaffold” comprising class II, class III and a set of framework genes appeared to be conserved during evolution amongst rat, mouse and man. However, there is a variety of noteworthy differences not only between human and rodent MHC, but particularly between rat and mouse. The most striking differences between rat and mouse were found in class I regions as there are a rat specific expansion of the third proximal class I cluster RT1-N and an independent evolution of the class I gene families RT1-A, RT1-CE and the non-class I family of butyrophilin-like genes. Besides the rat specific expansion of the RT1-N cluster, which is about four-fold larger than the corresponding region in mouse and human, 52 genomic fragments with class I exon/intron homology were found. These elements are partially organized in a modular genomic structure appearing twelve times in the RT1-N cluster. This again is a rat specific feature adding up to a variety of differences concerning the number, the organization and the structure of class I genes. In comparison to human and mouse these features describe the unique way that evolution worked to shape the present-day rat MHC.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-20383
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2274
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1977
Exam Date: 15-Aug-2008
Issue Date: 29-Sep-2008
Date Available: 29-Sep-2008
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Annotierung
Komparative Analyse
MHC
Rattus norvegicus
Sequenz
Annotation
Comparative analysis
MHC
Rattus norvegicus
Sequence
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