Discussion
Gen Kit koduje receptor powierzchni komórkowej, c-Kit, (masa cząsteczkowa 145-160 kd), który należy do rodziny genów immunoglobulinowych i przenosi wewnętrzną aktywność kinazy tyrozynowej w swojej części cytoplazmatycznej. Interakcja c-Kit z jego ligandem, czynnikiem stalowym, prowadzi do dimeryzacji receptora, aktywacji kinazy i fosforylacji tyrozyny białek cytoplazmatycznych. Gen c-Kit ulega ekspresji na melanocytach, gametocytach, komórkach tucznych, krwiotwórczych komórkach macierzystych i komórkach śródmiąższowych Cajala. Tak więc, receptor błonowy kinazy tyrozynowej Kit jest niezbędny dla melanogenezy, gametogenezy i hematopoezy podczas rozwoju embrionalnego i życia postnatalnego.
c-Kit ulega ekspresji w melanoblastach podczas melanogenezy, począwszy od czasu, gdy opuszczają one grzebień neuralny. Ekspresja jest kontynuowana podczas rozwoju embrionalnego. Ulega również ekspresji w melanocytach zwierząt postnatalnych. Dlatego mutacje genu Kit u myszy objawiają się jako dominująca biała plamistość (W). Poza genem Kit, kilka innych genów, takich jak Pax3, Mitf i Sox10, może być również zaangażowanych w fenotyp białej plamistości. Mutacje w tych genach są związane z defektami w rozwoju melanocytów. Mutacje W albo zmieniają sekwencję kodującą kinazy tyrozynowej receptora Kit, powodując powstanie receptora z upośledzoną aktywnością kinazową, albo wpływają na ekspresję Kit. Mutacje W, które wpływają na ekspresję Kita, są często zlokalizowane w sekwencji regulatorowej. Na przykład, allel KitW-57J wpływa na czasowy i przestrzenny wzór ekspresji Kita, tak że myszy KitW-57J/KitW-57J mają nieregularne pasmo plamek, brak pigmentacji na łapach i ogonach oraz mają plamki na głowie. Allel KitW-57J zawiera delecję 80 kb zlokalizowaną na 5′ końcu sekwencji kodującej Kit. Allelele KitW-bd i KitW-sh również wpływają na wzór ekspresji Kit w fazie rozwoju i zarówno myszy KitW-bd/+ jak i KitW-sh/+ wykazują biały pasek w regionie tułowia . Oba allele są związane z inwersjami genomowymi zlokalizowanymi w regionie 5′ genu Kit. Wyniki te wskazują, że dysregulacja ekspresji Kita wpływa na rozwój melanoblastów i tym samym biała plamistość pojawia się u zmutowanych myszy.
Znaleźliśmy insercję sekwencji ERV w intronie 1 szczurzego genu Kita. Sekwencje ERV wynikają zarówno z dawnych, jak i współczesnych infekcji egzogennych retrowirusów, które z powodzeniem kolonizują linię zarodkową swojego gospodarza. Insercja ERV zaburza geny kodujące białka gospodarza lub zmienia ekspresję genów poprzez wpływ na splicing lub poprzez dostarczanie nowych sygnałów do inicjacji, regulacji lub zakończenia transkrypcji. Insercje ERV pierwszego intronu o orientacji antysensownej prowadzą do małego i niższego poziomu transkryptów lub aberrantnego splicingu u mutantów mysich. Tak więc uważamy, że ERV insercja, którą znaleźliśmy w zakapturzonym allelu może prowokować dysregulację ekspresji Kita, a tym samym powoduje specyficzny hooded pattern.
Znaleźliśmy również samotną sekwencję LTR w irlandzkim allelu. U myszy wiadomo, że wewnętrzna sekwencja ERV jest usuwana przez homologiczną rekombinację między 5′ i 3′ LTR, tak że samotna sekwencja LTR jest pozostawiona. Taka delecja odwraca fenotyp mutanta do typu dzikiego lub, sporadycznie, osłabia fenotyp mutanta. Ten ostatni przypadek występuje w rewersji mysiego nonagouti (a) do czarno-granatowego (at) lub białobrzuchego agouti (Aw). Insercja a składa się z 5,5-kb elementu VL30, który zawiera 5,5 kb dodatkowej sekwencji wewnętrznej; ta wewnętrzna sekwencja jest flankowana przez 526-bp bezpośrednie powtórzenia. Homologiczna rekombinacja wykorzystująca bezpośrednie powtórzenia 526-bp generuje allel at, zawierający tylko element VL30 z pojedynczym wewnętrznym powtórzeniem 526-bp. Homologiczna rekombinacja wykorzystująca VL30 LTRs generuje allel Aw, zawierający tylko pojedynczy LV30 LTR . Szczur irlandzki (hi) powoduje białą plamę na brzuchu pomiędzy i za przednimi kończynami. W związku z tym stwierdzamy, że samotny LTR w allelu irlandzkim również mógł powstać w wyniku rekombinacji homologicznej między 5′ i 3′ LTR szczurzego ERV, który jest wstawiony do allelu kapturowego, i że allel irlandzki jest częściowym revertantem allelu kapturowego z powodu szczątkowego samotnego LTR.
Odmiany koloru płaszcza historycznie odgrywały ważną rolę w badaniach genetycznych w celu zrozumienia podstaw dziedziczenia. Tak więc, identyfikacja mutacji powodującej zmiany koloru, a następnie badanie ich dla istniejących szczepów zapewnia wgląd w pochodzenie mutacji koloru płaszcza. Ponieważ odmiany barwne zostały zauważone we wczesnym okresie udomowienia szczura, takie molekularne podejście genetyczne może dać nowy wgląd w tworzenie szczepów szczurów laboratoryjnych. W obecnym badaniu skupiliśmy się na najstarszych odmianach barwnych szczura, albinosie i kapturze.
Zebraliśmy tkanki lub DNA szczepów szczurów z całego świata, aby pokryć wszystkie możliwe mutacje albinosów i kapturów, które są nadal dostępne w laboratoryjnych szczepach szczurów. Tak więc wydaje się bardzo prawdopodobne, że wszystkie opracowane do tej pory szczepy albinotycznych szczurów laboratoryjnych mają tylko jedną wspólną mutację: 299His w genie Tyr. Większość istniejących szczepów szczurów albinosów pochodzi ze szczepów albinosów lub stad Instytutu Wistar lub z krzyżówek szczurów albinosów Wistar z innymi szczurami, w tym szczurami dzikimi. Pozostałe szczury albinosy nie pochodziły bezpośrednio z Instytutu Wistar (Tabela S1). Szczepy DON, szczepy szczura Ihara i TO powstały w Japonii, natomiast szczepy F344 i HTX powstały w USA, a szczepy szczura Yagila w Izraelu. Są one również nosicielami tej samej mutacji Tyr. Te ustalenia sugerują, że dziedziczność wszystkich szczurów albinosów może być prześledzona wstecz do jednego szczura z mutacją albinosów.
Co więcej, stwierdziliśmy, że wszystkie badane przez nas szczepy albinosów bez wyjątku dzielą się insercją 7,098-bp ERV w genie Kit. Według Donaldsona , przed utworzeniem stada albinosów Wistar musiały istnieć zarówno stada albinosów, jak i kapturowe. Biorąc pod uwagę jednolite genotypy dla mutacji albinosów i kapturowców w szczepach szczurów albinosów, sugerujemy dwa możliwe scenariusze powstania szczepów albinosów i kapturowców. Najbardziej prawdopodobny z nich jest taki, że mutacja albinotyczna wystąpiła u szczura z linii kapturowej. Z tej kolonii odkryto pierwsze szczury albinosy, które zostały użyte jako założyciele szczurów albinosów. Niektóre szczury albinosy zostały wprowadzone do Instytutu Wistar, a niektóre zostały użyte do rozwoju niezależnych od Wistar stad albinosów (Rys. 4). Inny scenariusz jest taki, że szczepy szczurów albinosów zostały rozwinięte niezależnie od szczepów kapturowych, a następnie doszło do skrzyżowania szczepów albinosów i kapturowych. W stadach powstałych w wyniku tej krzyżówki muszą być obecne szczury albinosy, które są nosicielami allelu kapturowego (h) lub własnego (H). Biorąc pod uwagę dowody przedstawione w tym badaniu, szczury albinosy o określonym genotypie (h/h, c/c) zostały „przypadkowo” wybrane i wykorzystane do stworzenia stada szczurów albinosów. Takie nowo utworzone stado albinosów zostało wprowadzone do Instytutu Wistar, a niektóre szczury zostały wykorzystane do rozwoju niezależnych od Instytutu Wistar stad albinosów (Ryc. 4). Ponieważ nasze badania nie wykryły żadnego szczura albinosa bez insercji kapturowego ERV, drugi scenariusz wydaje się bardzo mało prawdopodobny i ma jedynie charakter hipotetyczny. Dlatego bardzo prawdopodobne jest, że szczepy kapturowe powstały wcześniej niż szczepy albinosów, a mutacja missense szczura albinosa wystąpiła u jednego szczura kapturowego.
- slajd PowerPoint
- większy obraz
- obraz oryginalny
Scenariusz 1: Mutacja szczura albinosa (299His) wystąpiła u szczura ze stada szczura kapturowego (piebald). Z tego stada utworzono stado albinosów. Następnie wprowadzono je do Instytutu Wistar i część szczurów albinosów wykorzystano do stworzenia stada niezależnego od Wistar. Scenariusz 2: Stado albinosów, które może pochodzić od szczura albinosa, który był nosicielem mutacji 299His oraz stado kapturowe (piebald) zostały niezależnie założone. Pomiędzy stadem albinosów i kapturowym doszło do krzyżowania. W stadach powstałych w wyniku tej krzyżówki muszą być obecne szczury albinosy, które niosły allel kapturowy (h) lub własny (H). Szczury albinosy o określonym genotypie (h/h, c/c) zostały „przypadkowo” wybrane i wykorzystane do stworzenia stada szczurów albinosów. Takie nowo utworzone stado albinosów zostało wprowadzone do Instytutu Wistar, a niektóre szczury z niego zostały wykorzystane do rozwoju niezależnych od Wistar stad albinosów.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0043059.g004