Discussione
Il gene Kit codifica un recettore di superficie cellulare, c-Kit, (peso molecolare 145-160 kd) che appartiene alla famiglia dei geni immunoglobulinici e porta un’intrinseca attività tirosin-chinasica nella sua porzione citoplasmatica. L’interazione di c-Kit con il suo ligando, il fattore acciaio, porta alla dimerizzazione del recettore, all’attivazione della chinasi e alla fosforilazione della tirosina delle proteine citoplasmatiche. Il gene c-Kit è espresso su melanociti, gametociti, mastociti, cellule staminali ematopoietiche e cellule interstiziali di Cajal. Così, il recettore di membrana tirosin-chinasi Kit è essenziale per la melanogenesi, la gametogenesi e l’ematopoiesi durante lo sviluppo embrionale e la vita postnatale.
c-Kit è espresso nei melanoblasti durante la melanogenesi a partire dal momento in cui lasciano la cresta neurale. L’espressione continua durante lo sviluppo embrionale. È anche espresso nei melanociti degli animali postnatali. Così, le mutazioni del gene Kit murino si manifestano come macchie bianche dominanti (W). Oltre al gene Kit, diversi altri geni, come Pax3, Mitf e Sox10, potrebbero essere coinvolti nel fenotipo white-spotting. Le mutazioni in questi geni sono legate a difetti dello sviluppo dei melanociti. Le mutazioni W alterano la sequenza di codifica del recettore tirosin-chinasi Kit, con conseguente recettore con ridotta attività chinasica, o influenzano l’espressione di Kit. Le mutazioni W che influenzano l’espressione di Kit sono spesso situate nella sequenza di regolazione. Per esempio, l’allele KitW-57J influenza il modello temporale e spaziale dell’espressione di Kit, così che i topi KitW-57J/KitW-57J hanno una banda irregolare di macchie, mancano di pigmentazione nei piedi e nelle code, e hanno una fiammata in testa. L’allele KitW-57J comprende una delezione di 80 kb situata all’estremità 5′ della sequenza codificante Kit. Gli alleli KitW-bd e KitW-sh influenzano anche il modello di espressione di Kit durante lo stadio di sviluppo e sia i topi KitW-bd/+ che KitW-sh/+ mostrano una banda bianca nella regione del tronco, . Entrambi gli alleli sono associati a un’inversione genomica situata nella regione 5′ del gene Kit. Questi risultati indicano che la disregolazione dell’espressione di Kit influenza lo sviluppo dei melanoblasti e quindi la macchia bianca appare nei topi mutanti.
Abbiamo trovato l’inserimento della sequenza ERV nell’introne 1 del gene Kit del ratto. Le sequenze ERV sono il risultato di infezioni sia antiche che moderne di retrovirus esogeni, che hanno colonizzato con successo la linea germinale del loro ospite. L’inserzione dell’ERV interrompe i geni codificanti le proteine dell’ospite o altera l’espressione genica influenzando lo splicing o fornendo nuovi segnali di inizio, regolazione o terminazione della trascrizione. Le inserzioni ERV del primo introne con orientamento antisenso portano il piccolo e più basso livello di trascrizioni, o splicing aberrante, nei mutanti del topo. Pertanto, riteniamo che l’inserzione ERV che abbiamo trovato nell’allele incappucciato può provocare la disregolazione dell’espressione Kit e quindi provoca il modello specifico incappucciato.
Abbiamo anche trovato la sequenza LTR solitaria nell’allele irlandese. Nei topi, è noto che la sequenza interna dell’ERV viene eliminata tramite ricombinazione omologa tra la 5′ e la 3′ LTR in modo da lasciare una LTR solitaria. Tale delezione inverte il fenotipo mutante al wild-type o, occasionalmente, attenua il fenotipo mutante. Quest’ultimo caso si trova nella reversione del topo nonagouti (a) al black-and-tan (at) o all’agouti dalla pancia bianca (Aw). L’inserzione a consiste in un elemento VL30 di 5,5 kb che ha incorporato internamente 5,5 kb di sequenza addizionale; questa sequenza interna è affiancata da ripetizioni dirette di 526 bp. La ricombinazione omologa che utilizza le ripetizioni dirette da 526 bp genera l’allele at, contenente solo l’elemento VL30 con una singola ripetizione interna da 526 bp. La ricombinazione omologa che utilizza le LTR VL30 genera l’allele Aw, contenente solo una LTR LV30 solitaria. Il ratto irlandese (hi) provoca una macchia bianca sul ventre tra e dietro le zampe anteriori. Pertanto, concludiamo che la LTR solitaria nell’allele irlandese può anche essere stata generata dalla ricombinazione omologa tra le LTR 5′ e 3′ dell’ERV del ratto che è inserito nell’allele incappucciato e che l’allele irlandese è un revertant parziale dell’allele incappucciato a causa della LTR solitaria residua.
Le variazioni del colore del mantello hanno storicamente svolto ruoli importanti negli studi genetici per comprendere le basi dell’ereditarietà. Così, l’identificazione della mutazione causativa delle variazioni di colore seguita dall’indagine su di esse per i ceppi esistenti fornisce intuizioni sull’origine delle mutazioni di colore del mantello. Poiché le variazioni di colore del mantello sono state notate nei primi giorni dell’addomesticamento del ratto, tale approccio genetico molecolare potrebbe fornire nuove intuizioni sulla creazione di ceppi di ratti da laboratorio. Nel presente studio, ci siamo concentrati sulle più antiche variazioni di colore nel ratto, albino e incappucciato.
Abbiamo raccolto tessuti o DNA di ceppi di ratto da tutto il mondo al fine di coprire tutte le possibili mutazioni albino o incappucciato che sono ancora disponibili nei ceppi di ratto da laboratorio. Così, sembra molto probabile che tutti i ceppi di ratto albino da laboratorio sviluppati finora condividano solo una mutazione comune: 299His nel gene Tyr. La maggior parte dei ceppi di ratti albini esistenti sono derivati da ceppi o stock albini del Wistar Institute o da incroci tra ratti albini Wistar e altri ratti, compresi i ratti selvatici. I restanti ratti albini non sono derivati direttamente dal Wistar Institute (Tabella S1). I ceppi DON, i ceppi di ratto di Ihara e i ceppi TO sono stati stabiliti in Giappone, mentre i ceppi F344 e il ceppo HTX sono stati stabiliti negli USA e i ceppi di ratto di Yagil sono stati stabiliti in Israele. Essi portano anche la stessa mutazione Tyr. Questi risultati suggeriscono che l’ereditarietà di tutti i ratti albini può essere fatta risalire a un ratto con la mutazione albina.
Inoltre, abbiamo trovato che tutti i ceppi albini che abbiamo esaminato condividono l’inserzione ERV di 7.098 bp nel gene Kit senza alcuna eccezione. Secondo Donaldson , ci devono essere stati entrambi gli stock albini e incappucciati prima della creazione dello stock albino Wistar. Dati i genotipi uniformi per le mutazioni albine e incappucciate nei ceppi di ratti albini, suggeriamo due possibili scenari per gli stabilimenti dei ceppi albini e incappucciati. Il più probabile è che la mutazione albina si sia verificata in un ratto di un ceppo incappucciato. Da quella colonia, i primi ratti albini sono stati scoperti e sono stati utilizzati come fondatori di ratti albini. Alcuni ratti albini furono introdotti nel Wistar Institute e alcuni furono usati per lo sviluppo di stock albini indipendenti dal Wistar (Fig. 4). Un altro scenario è che i ceppi di ratti albini erano stati sviluppati indipendentemente dal ceppo incappucciato e il successivo incrocio si è verificato tra l’albino e il ceppo incappucciato. Nei ceppi risultanti da questo incrocio, devono essere presenti ratti albini che portano l’allele hooded (h) o self (H). Date le prove fornite in questo studio, i ratti albini con il particolare genotipo (h/h, c/c) sono stati selezionati “per caso” e utilizzati per stabilire lo stock di ratti albini. Questo nuovo stock di albini è stato introdotto nel Wistar Institute e alcuni ratti sono stati utilizzati per lo sviluppo degli stock di albini indipendenti dal Wistar (Fig. 4). Poiché la nostra indagine non ha potuto rilevare alcun ratto albino senza l’inserzione ERV incappucciato, il secondo scenario appare molto improbabile ed è solo di natura ipotetica. Pertanto, è molto probabile che lo stock incappucciato sia stato sviluppato prima dei ceppi albini e che la mutazione missenso del ratto albino si sia verificata in un ratto incappucciato.
- Diapositiva PowerPoint
- immagine più grande
- immagine originale
Scenario 1: La mutazione del ratto albino (299His) si è verificata in un ratto dello stock di ratto incappucciato (piebald). Da questo stock, è stato creato lo stock albino. Poi sono stati introdotti nel Wistar Institute e alcuni ratti albini sono stati utilizzati per la creazione degli stock indipendenti dal Wistar. Scenario 2: Lo stock albino che può essere ricondotto a un ratto albino che portava la mutazione 299His e lo stock incappucciato (piebald) furono stabiliti indipendentemente. L’incrocio si è verificato tra gli stock albini e gli stock incappucciati. Nei ceppi risultanti da questo incrocio, devono essere presenti ratti albini che portano l’allele hooded (h) o self (H). I ratti albini con il genotipo particolare (h/h, c/c) sono stati selezionati “per caso” e utilizzati per stabilire lo stock di ratti albini. Questo nuovo stock di albini è stato introdotto nel Wistar Institute e alcuni ratti da esso sono stati utilizzati per lo sviluppo degli stock di albini indipendenti dal Wistar.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0043059.g004