PLOS ONE

Discussion

The Kit gene encodes a cell surface receptor, c-Kit (molecular weight 145-160 kd) that belong to immunoglobulin gene family and carries the intrinsic tyrosine kinase activity in its cytoplasmic portion. c-Kitとリガンドであるスチールファクターとの相互作用により、受容体の二量体化、キナーゼの活性化、細胞質タンパク質のチロシンリン酸化が起こる。 c-Kit遺伝子は、メラノサイト、配偶子細胞、マスト細胞、造血幹細胞、カジャール間質細胞などに発現している。

c-Kitはメラニン芽細胞が神経堤を出た時点からメラニン形成が始まり、その過程で発現する。 胚発生期にも発現が継続する。 また、生後間もない動物のメラノサイトにも発現している。 従って、マウスのKit遺伝子の変異は優性白斑症（W）として現れる。 Kit遺伝子に加え、Pax3、Mitf、Sox10などの他の遺伝子も白斑の表現型に関与している可能性がある。 これらの遺伝子の変異は、メラノサイトの発達障害に関連している。 W変異は、Kit受容体チロシンキナーゼのコード配列を変化させ、キナーゼ活性が損なわれた受容体をもたらすか、あるいはKitの発現に影響を与える。 キットの発現に影響を与えるW変異は、しばしば制御配列に位置している。 例えば、KitW-57JアレルはKit発現の時間的、空間的パターンに影響を与えるため、KitW-57J/KitW-57Jマウスは不規則な帯状の斑点を持ち、足や尾に色素がなく、頭にブレーズを持つ。 KitW-57J対立遺伝子は、Kitコード配列の5′末端に位置する80kbの欠失からなる． KitW-bdおよびKitW-sh対立遺伝子も発生段階でのKitの発現パターンに影響を与え、KitW-bd/+およびKitW-sh/+マウスはともに体幹部分に白いバンドを示す , 。 両対立遺伝子はKit遺伝子の5′領域に位置するゲノム逆位と関連している 。 これらの結果は，Kitの発現異常がメラノブラストの発達に影響を与え，その結果，変異マウスに白色斑が出現することを示している． ERV配列は古今東西、外来レトロウイルスの感染によって生じ、宿主の生殖系列へのコロニー形成に成功したものである。 ERVの挿入は、宿主のタンパク質をコードする遺伝子を破壊するか、スプライシングに影響を与えるか、転写の開始、調節、終了のための新しいシグナルを提供することによって、遺伝子発現を変化させる . ERVが第1イントロンをアンチセンス方向に挿入した場合、マウス変異体では転写産物の量が少なくなる、あるいはスプライシングが異常になることが知られている。 このことから、Fooded alleleに見いだしたERV挿入はKitの発現調節異常を引き起こし、特異的なFoodedパターンを引き起こすと考えられる。 マウスでは、5′LTRと3′LTRの相同組換えによって内部のERV配列が欠失し、孤立したLTRが残されることが知られている。 このような欠失は、突然変異の表現型を野生型に戻すか、時には、突然変異の表現型を減弱させる。 後者のケースは、マウスのノナグチ（a）からブラックアンドタン（at）またはホワイトベルドアグチ（Aw）への復帰に見られるものである。 aは5.5kbのVL30エレメントに5.5kbの追加配列を内部に組み込んだもので、この内部配列は526bpの直接反復配列によって挟まれている。 この526bpの直接反復配列を利用した相同組換えにより、VL30エレメントと526bpの単一内部反復配列のみを含むat alleleが生成される。 VL30 LTRを利用した相同組換えは、単独のLV30 LTRのみを含むAw alleleを生成する。 ラットアイリッシュ（hi）は、前脚の間と後ろの腹に白い斑点ができる。 したがって，Irish対立遺伝子に含まれる孤立性LTRも，hooded対立遺伝子に挿入されているラットERVの5′と3′LTR間の相同組換えによって生成された可能性があり，Irish対立遺伝子は孤立性LTRが残存するためにhooded対立遺伝子からの部分復帰体であると結論した。

毛色の変化は，遺伝の基本を理解する遺伝子研究にとって歴史的に重要な役割を担っている． したがって、色彩変異の原因変異の同定とそれに続く既存系統の調査により、毛色変異の起源に関する知見を得ることができる。 このような分子遺伝学的アプローチは、ラットの家畜化の初期に指摘された毛色変異の起源を明らかにし、実験用ラットの系統樹立に新たな知見を与えるものと期待される。 本研究では、ラットの最も古い毛色変異であるアルビノとフードに着目した。

実験用ラットの系統で現在考えられるアルビノとフードの変異を網羅するために、世界中のラットの組織またはDNAを収集した。 その結果、これまでに開発されたすべてのアルビノ実験用ラット系統は、Tyr遺伝子の299Hisというたった一つの変異を共有している可能性が非常に高いと思われる。 現存するアルビノラット系統のほとんどは、Wistar研究所のアルビノ系統あるいはストック、あるいはWistarアルビノラットと野生ラットを含む他のラットとの交配に由来するものである。 残りのアルビノラットはWistar研究所から直接派生したものではない（表S1）。 DON系統、Ihara’s rat系統、TO系統は日本で、F344系統とHTX系統はアメリカで、Yagil’s rat系統はイスラエルで確立されたものである。 また、これらの系統は同じTyr変異を有している。 このことは、すべてのアルビノラットの遺伝は、アルビノ変異を持つ1匹のラットにさかのぼることができることを示唆している。

さらに、調べたすべてのアルビノ系統は、例外なくキット遺伝子の7098bp ERV挿入を共有していることが判明した。 Donaldson によれば、Wistar のアルビノ系統が確立される以前には、アルビノとフードの両方の系統が存在したはずである。 アルビノ系統とフード系統の変異の遺伝子型が一様であることから、アルビノ系統とフード系統の確立について2つの可能性を提案する。 最も可能性の高いものは、アルビノ変異がフード系統のラットに生じたというものである。 そのコロニーから最初のアルビノラットが発見され、アルビノラットの祖先として使われた。 アルビノラットの一部はウィスター研究所に導入され、一部はウィスターに依存しないアルビノ系統の開発に利用された（図4）。 また、フードラットとは別にアルビノ系統が開発され、その後アルビノ系統とフード系統との交配が行われたというシナリオもある。 この交配の結果、アルビノラットにはhまたはHのどちらかのアレルを持つものが存在するはずである。 本研究で得られた証拠から、特定の遺伝子型（h/h, c/c）を持つアルビノラットが「偶然」選ばれ、アルビノラット系統の確立に使用されたのである。 このように新たに確立されたアルビノストックはWistar研究所に導入され、一部のラットはWistarに依存しないアルビノストックの開発に使用された（図4）。 我々の調査では、フード付きERVを挿入していないアルビノラットは検出されなかったので、第2のシナリオは非常に可能性が低く、あくまで仮説に過ぎないものと思われる。 したがって、フード系統がアルビノ系統よりも早く開発され、ラットのアルビノミスセンス変異が1匹のフードラットに生じた可能性が非常に高い。

シナリオ1：フードラット（パイボールド）系統のラットにラットアルビノ（299His）突然変異が発生した。 その系統からアルビノ系統を樹立した。 その後、Wistar研究所に導入され、一部のアルビノラットはWistar独立株の樹立に使用された。 シナリオ2：299His変異を持つアルビノラットに遡ることができるアルビノストックとフード付き（パイボールド）ストックが独立に確立された。 アルビノ系統とフード系統の間で交配が行われた。 この交配で得られた株には、フード型（h）かセルフ型（H）の対立遺伝子を持つアルビノラットが存在するはずである。 特定の遺伝子型（h/h, c/c）を持つアルビノラットを「偶然」選択し、アルビノラット系統の確立に使用したのである。 このように新たに確立されたアルビノ系統はウィスター研究所に導入され、そこから一部のラットがウィスター独立のアルビノ系統の開発に用いられた

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0043059.g004