Intranet Areál web

Fyziologický ústav AV ČR

Špičková věda pro zdraví

Vazebné a korelační analýzy intermediárních fenotypů u kmene SHR s cílem odhalit kandidátní geny podmiňující patofyziologické znaky


Genetické analýzy komplexních patofyziologických znaků u rekombinantních inbredních (RI) kmenů umožňují využít dostupných genotypů a mnoha intermediárních fenotypů. Tyto intermediární fenotypy jsou jednodušeji geneticky podmíněny a mohou tak být využity pro spojení variability na úrovni DNA s komplexními patofyziologickými znaky. Mezi nejčastěji používané intermediární fenotypy patří profily genové exprese (transkriptom), variabilita v množství proteinů (proteom), metabolitů (metabolom), atd. 

Pro genetické analýzy komplexních patofyziologických znaků u kmene SHR jsou u BXH/HXB rekombinantních kmenů k dispozici jak genotypy, tak řada intermediárních fenotypů.

 

BXH/HXB rekombinantní inbrední (RI) kmeny

Rekombinantní inbrední (RI) kmeny jsou odvozeny z  jedinců F2 generace, získaných zkřížením 2 vysoce inbredních kmenů. Náhodně vybrané páry z F2 generace jsou sourozenecky pářeny po více než 20 generací, aby došlo k zafixování rekombinovaných genotypů. V důsledku segregace a rekombinace mají jednotlivé RI kmeny unikátní kombinace alel obou rodičovských kmenů. Protože jsou RI kmeny inbrední, je možné stanovit jejich patofyziologické znaky jako průměry z několika jedinců. Přesný odhad vztahu fenotyp-genotyp je zvláště důležitý při analýzách velmi variabilních znaků, jako jsou například krevní tlak nebo behaviorální fenotypy. Navíc, protože jsou všechna měření z různých studií a laboratoří u RI kmenů kumulativní, je možné analyzovat vztahy mezi těmito znaky v rozsahu, který není možný u konvenčních geneticky segregujících populací. BXH/HXB RI kmeny byly odvozeny z recipročních kříženců spontánně hypertenzních potkanů kmene SHR a Brown Norway (BN-Lx) potkanů.

 

 Schéma tvorby BXH/HXB rekombinantních inbredních kmenů

 

Pro vazebné a korelační analýzy jsou u 30 BXH/HXB RI kmenů k dispozici tato akumulovaná data:

  • celogenomové genotypy stanovené pomocí více než 13,000 jednonukleových polymorfizmů
  • více než 200 (pato)fyziologických, biochemických, morfologických a dalších znaků
  • sekvence genomů obou rodičovských kmenů, SHR/Ola a BN-Lx/Cub

Intermediární fenotypy:

  • profily genové exprese (transkriptom) získané buď pomocí Affymetrix čipů nebo RNAseq v 10ti tkáních
  • kvantitativní proteom změřený pomocí SILAC metody v několika tkáních
  • kvantitativní metabolom stanovený v játrech a tukové tkáni
  • kvantitativní metylom (variabilita v metylaci DNA) v levé srdeční komoře a v játrech
  • kvantitativní variabilita v modifikacích histonů v levé srdeční komoře a v játrech
  • profily exprese mikroRNA v levé srdeční komoře a v játrech

 

Většina výše uvedených dat byla získána v rámci široké mezinárodní spolupráce při řešení EU grantů EURATools a EURATRANS (6. a 7. rámcový program EU) a je dostupná v databázích:

WebQTL (www.genenetwork.org) a PhenoGene Informatics (http://phenogen.ucdenver.edu/PhenoGen/), které obsahují genotypy, profily exprese genů v řadě tkání a fyziologické znaky u RI kmenů. Rat Genome Database (http://rgd.mcw.edu/) obsahuje genomové sekvence SHR/Ola a BN-Lx/Cub progenitorů RI kmenů.

 

Pro genetické analýzy komplexních patofyziologických znaků u RI kmenů lze výhodně využít akumulované genotypy a intermediární fenotypy, které jsou jednodušeji geneticky podmíněné a lze je proto použít pro nalezení vztahů mezi variabilitou na úrovni DNA a komplexními patofyziologickými znaky. Například profily genové exprese (množství mRNA ve tkáních) mají vysokou heritabilitu a navíc lze pomocí vazebných analýz odhalit cis- a trans-regulované expresní profily jako kandidátní geny pro komplexní znaky. Prominentní kandidátní geny jsou (1) lokalizovány v blízkosti genetických determinant patofyziologických znaků, (2) jejich exprese má cis regulaci a (3) jejich exprese koreluje s patofyziologickými znaky. Nedávno stanovené genomové sekvence SHR a BN-Lx progenitorů pak umožní rychlé odhalení potenciálně funkčních variant takových kandidátních genů. Pomocí výše popsaného přístupu jsme odhalili první genetické determinanty komplexních znaků u kmene SHR na molekulární úrovni. Specificky se jedná o zmutované Ogn (osteoglycin) a Endog (endonuclease G) geny predisponující k hypertrofii levé srdeční komory, deleční variantu Cd36 (translokáza mastných kyselin) genu, která je asociována s metabolickými poruchami a hypertenzí nebo Ebi2 (Epstein-Barr virus induced gene 2) gen, který je asociovaný u potkana se zánětlivými procesy a jehož lidský ortolog predisponuje k diabetu 1. typu. Podobně byly odhaleny další kandidátní geny asociované se srdeční mikrovaskulární remodelací, se syntézou a sekrecí katecholaminů nebo s preferencí k alkoholu.