Discussion
Het Kit gen codeert voor een celoppervlakte receptor, c-Kit, (molecuulgewicht 145-160 kd) die behoort tot de immunoglobuline gen familie en die een intrinsieke tyrosine kinase activiteit in zijn cytoplasmatische gedeelte draagt. De interactie van c-Kit met zijn ligand, de staalfactor, leidt tot dimerisatie van de receptor, activering van de kinase en tyrosine-fosforylering van cytoplasmatische eiwitten. Het c-Kit gen komt tot expressie op melanocyten, gametocyten, mestcellen, hematopoietische stamcellen, en interstitiële cellen van Cajal. De Kit tyrosine kinase membraanreceptor is dus essentieel voor melanogenese, gametogenese en hematopoiese tijdens de embryonale ontwikkeling en het postnatale leven.
c-Kit komt tot expressie in melanoblasten tijdens de melanogenese vanaf het moment dat zij de neurale lijst verlaten. De expressie gaat door tijdens de embryonale ontwikkeling. Het komt ook tot expressie in de melanocyten van postnatale dieren. Mutaties van het Kit-gen bij muizen manifesteren zich dan ook als dominante witte vlekken (W). Naast het Kit-gen zouden verschillende andere genen, zoals Pax3, Mitf en Sox10, ook betrokken kunnen zijn bij het wittevlekkenfenotype. Mutaties in deze genen zijn gerelateerd aan defecten in de melanocytenontwikkeling. W-mutaties veranderen ofwel de coderende sequentie van het Kit-receptor tyrosinekinase, wat resulteert in een receptor met verminderde kinaseactiviteit, ofwel ze beïnvloeden de expressie van Kit. W-mutaties die de expressie van Kit beïnvloeden, bevinden zich vaak in de regulatorische sequentie. Zo beïnvloedt het KitW-57J-allel het temporele en ruimtelijke patroon van de Kit-expressie, zodat KitW-57J/KitW-57J-muizen een onregelmatige vlekkenband hebben, geen pigmentatie in hun poten en staart hebben, en een bles op hun kop hebben. Het KitW-57J-allel bevat een deletie van 80 kb aan het 5′-uiteinde van de Kit-coderende sequentie. De KitW-bd- en KitW-sh-allelen beïnvloeden ook het Kit-expressiepatroon tijdens de ontwikkelingsfase en zowel de KitW-bd/+- als de KitW-sh/+-muizen vertonen een witte band in de rompregio , . Beide allelen zijn geassocieerd met een genomische omkering in de 5′-regio van het Kit-gen. Deze bevindingen wijzen erop dat de ontregeling van de Kit expressie de ontwikkeling van melanoblasten beïnvloedt en daardoor de witte vlek verschijnt in mutante muizen.
Wij vonden de insertie van de ERV sequentie in het intron 1 van het rat Kit gen. ERV sequenties zijn het gevolg van zowel oude als moderne infecties van exogene retrovirussen, die met succes de kiembaan van hun gastheer hebben gekoloniseerd. Invoegingen van ERV’s verstoren gastheer-eiwit-coderende genen of veranderen de genexpressie door de splicing te beïnvloeden of door nieuwe signalen te geven voor initiatie, regulatie of terminatie van transcriptie. De ERV inserties van het eerste intron met antisense oriëntatie leiden tot een klein en lager niveau van transcripten , of afwijkende splicing , in muismutanten. Wij denken dus dat de ERV insertie die we vonden in het hooded allel de ontregeling van de Kit expressie kan provoceren en daardoor het specifieke hooded patroon veroorzaakt.
We vonden ook de solitaire LTR sequentie in het Irish allel. Bij muizen is bekend dat de interne ERV sequentie via homologe recombinatie tussen het 5′ en het 3′ LTR wordt verwijderd, zodat een solitair LTR achterblijft. Een dergelijke deletie keert het mutant fenotype om naar het wildtype of, soms, verzwakt het mutant fenotype. Dit laatste is het geval bij de omkering van de nonagouti (a) van de muis naar de black-and-tan (at) of de witbuikige agouti (Aw). De a insertie bestaat uit een 5,5-kb VL30-element dat intern 5,5 kb extra sequentie heeft ingebouwd; deze interne sequentie wordt geflankeerd door 526-bp directe herhalingen. Homologe recombinatie met behulp van de 526-bp directe herhalingen genereert het at allel, dat alleen het VL30-element met een enkele interne 526-bp herhaling bevat. Homologe recombinatie gebruik te maken van de VL30 LTRs genereert de Aw allel, die slechts een eenzame LV30 LTR. De rat Ierse (hi) veroorzaakt een witte vlek op de buik tussen en achter de voorpoten. Daarom concluderen wij dat het solitaire LTR in het Ierse allel ook kan zijn gegenereerd door homologe recombinatie tussen de 5′ en 3′ LTRs van het rat ERV dat is ingebracht in het hooded allel en dat het Ierse allel een gedeeltelijke revertant is van het hooded allel vanwege het overblijvende solitaire LTR.
Veel kleurvariaties hebben historisch een belangrijke rol gespeeld in genetische studies om de basisprincipes van overerving te begrijpen. Zo verschaft de identificatie van de oorzakelijke mutatie van de kleurvariaties, gevolgd door de inventarisatie ervan bij bestaande stammen, inzicht in de oorsprong van de vachtkleurmutaties. Aangezien de vachtkleurvariaties reeds in de beginperiode van de domesticatie van de rat werden opgemerkt, zou een dergelijke moleculair genetische benadering nieuwe inzichten kunnen verschaffen over de totstandkoming van laboratorium rattenstammen. In de huidige studie hebben we ons gericht op de oudste kleurvariaties bij de rat, albino en hooded.
We verzamelden weefsels of DNA’s van rattenstammen van over de hele wereld om alle mogelijke albino of hooded mutaties te bestrijken die nog beschikbaar zijn in laboratorium rattenstammen. Het blijkt dus zeer waarschijnlijk dat alle tot nu toe ontwikkelde albino laboratoriumrattenstammen slechts één gemeenschappelijke mutatie hebben: 299His in het Tyr gen. De meeste bestaande albino-rattenstammen zijn afgeleid van albino-stammen of -stammen van het Wistar-instituut of van kruisingen tussen Wistar-albino-ratten en andere ratten, waaronder wilde ratten. De overige albino-ratten zijn niet rechtstreeks afgeleid van het Wistar Instituut (tabel S1). DON-stammen, Ihara’s rattenstammen, en TO-stammen werden in Japan vastgesteld, terwijl de F344-stammen en HTX-stammen in de VS werden vastgesteld, en Yagil’s rattenstammen in Israël werden vastgesteld. Zij dragen ook dezelfde Tyr-mutatie. Deze bevindingen suggereren dat de erfelijkheid van alle albino ratten kan worden herleid tot één rat met de albino mutatie.
Daarnaast vonden we dat alle albino stammen die we onderzochten de 7.098-bp ERV insertie in het Kit gen delen, zonder enige uitzondering. Volgens Donaldson moeten er zowel albino als hooded stammen geweest zijn vóór de oprichting van de Wistar albino stam. Gezien de uniforme genotypes voor de albino en hooded mutaties in de albino rattenstammen, suggereren wij twee mogelijke scenario’s voor het ontstaan van de albino en hooded stammen. Het meest waarschijnlijke is dat de albinomutatie is opgetreden in een rat van een hooded stam. Uit die kolonie werden de eerste albino-ratten ontdekt en gebruikt als stichters van albino-ratten. Sommige albino ratten werden geïntroduceerd in het Wistar Instituut en sommige werden gebruikt voor de ontwikkeling van Wistar-onafhankelijke albino stammen (Fig. 4). Een ander scenario is dat albino rattenstammen onafhankelijk van de hooded ratten werden ontwikkeld en dat vervolgens de albino en de hooded rattenstammen werden gekruist. In de resulterende stammen van deze kruising, moeten albino ratten aanwezig zijn die ofwel het hooded (h) of het zelf (H) allel dragen. Gezien het bewijsmateriaal in deze studie, werden albino ratten met het specifieke genotype (h/h, c/c) “bij toeval” geselecteerd en gebruikt om de albino rattenpopulatie op te bouwen. Deze nieuwe albino stam werd geïntroduceerd in het Wistar Instituut en sommige ratten werden gebruikt voor de ontwikkeling van de Wistar-onafhankelijke albino stammen (Fig. 4). Aangezien ons onderzoek geen enkele albino rat zonder de capuchon ERV insertie kon aantonen, lijkt het tweede scenario zeer onwaarschijnlijk en is het slechts van hypothetische aard. Daarom is het zeer waarschijnlijk dat de hooded stam eerder was ontwikkeld dan de albino stammen en de rat albino missense mutatie voorkwam in één hooded rat.
- PowerPoint slide
- grotere afbeelding
- originele afbeelding
Scenario 1: De albino rat (299His) mutatie is opgetreden in een rat van de hooded (piebald) rattenstam. Uit deze voorraad werd de albino voorraad gevormd. Vervolgens werden zij geïntroduceerd in het Wistar Instituut en enkele albino-ratten werden gebruikt voor de oprichting van de Wistar-onafhankelijke stammen. Scenario 2: De albinostam die kan worden herleid tot een albinorat die de 299His-mutatie droeg, en de hooded (bontgekleurde) stam werden onafhankelijk van elkaar gevormd. Er vond kruising plaats tussen de albino- en de hooded-stam. In de resulterende populaties van deze kruising moeten albino ratten aanwezig zijn die hetzij het hooded (h) hetzij het zelf (H) allel dragen. De albino-ratten met het specifieke genotype (h/h, c/c) werden “toevallig” geselecteerd en gebruikt om het albino-rattenbestand te vormen. Een dergelijke nieuw gevestigde albinostam werd geïntroduceerd in het Wistar Instituut en sommige ratten daaruit werden gebruikt voor de ontwikkeling van de Wistar-onafhankelijke albinostammen.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0043059.g004