Kiskutya, nagykutya

Amikor világot látott szűk másfél éve a kutya genom már írtam, hogy a kutyatenyésztés tekinthető akár az emberiség egyik legrégebbi és egyben leglátványosabb genetikai kísérletének is. Az elmúlt néhány ezer év alatt létrehozott fajták formagazdasága egészen lenyűgöző, és elsőrangú példája annak, hogy mi mindenre képes a(z ez esetben mesterséges) szelekció.

Egyes kutyafajták olyannyira különböznek egymástól, hogy ha például a csivavát és a dán dogot csak csontjaikról ismernénk, igen jó eséllyel két különböző, bár rokon fajnak tartanánk. A két eb között a méretkülönbség óriási, s ezzel el is érkeztünk a mai poszt kérdéséhez: mi lehet ennek az eltérésnek a genetikai oka?

A válaszhoz lehetne alkalmazni a tüskéspikók esetében is alkalmazott technikát, (keresztezzük a szóbanforgó tulajdonság két szélsőségét, majd az unokáikban elkezdjük a méretet és az egyes kromoszómális markereket együtt vizsgálni, hogy beazonosítsuk a tulajdonságért felelős DNS szakaszt), de egy palotapincsi és bernáthegyi keresztezése azért akadályokba ütközik (főleg a pincsi oldalán). Ilyen esetben érdemesebb szerényebb célokat kitűzni kezdetben, hiszen, mint azt látni fogjuk, az így szerzett tudás is remekül hasznosítható lesz.

A kutatók ez esetben kezdetben a portugál vízikutyára öszpontosítottak, azon a nem elhanyagolható okból kifolyólag, hogy ez a fajta igen nagy méretbeli változatosságot mutat. A kis- és nagyméretű vízikutyák genetikai markereit összevetve, a 15. kromoszóma egy rövidke szakasza tűnt ki: az itt elhelyezkedő markerek egy jól meghatározható csoportja minden egyes kisebb ebben jelen volt, de gyakran hiányzott a nagyobb méretűekből. A szóbanforgó szakasz egy növekedési faktort, az insulin-like growth factor 1-t (IGF1) kódol, s ez a gén egyben igen logikus jelölt is a méretbeli különbségek okozására: az IGF1 nemműködő verzióját hordozó egerek (és emberek) lényegesen kisebbek mint normális társaik. A vízikutyák esetében azonban a “kis” allél is működőképes IGF1 fehérjét hoz létre, csak lényegesen kevesebbet, mint a “nagy”, magyarán egy tipikus szabályozó-régió mutációval állunk szemben.

Persze kérdés, hogy mennyiben alkalmazható az egyetlen fajtából szerzett tudás a többiekre. Lehet, hogy a lecsökkent IGF1 szint más, aprónövésű fajtákban is fontos, de az is lehet, hogy azok egyéb okok miatt maradnak kicsik. A kérdést eldöntendő 143 kutyafajtát genotipizált végig a kutatócsoport és az eredmények szerint, a portugál vízikutyában talált “kis” IGF1 allél jelenléte ill. hiánya igen-igen jól korrelál a testmérettel. Jól, de nem tökéletesen (pl. a rottweilerek nagy többségében ez az allél van és mégsem kicsik), éppen ezért helytelen lenne az IGF1-t kinevezni A “méret-génnek”. Mint minden komplex, sok árnyalattal jellemezhető tulajdonság, a testméret is sok géntől függ (azaz poligénes). Az azonban bizonyosnak tűnik, hogy ez közül az egyik kiemelkedően fontos, az IGF1.


Sutter, NB, Bustamante, CD, Chase, K, Gray, MM, Zhao, K, et al. (2007) A single IGF1 allele is a major determinant of small size in dogs. Science 316: 112-115.

A világ legősibb sejtvonala

Cell-CTVT-cover.jpgHa rákos daganatok, azaz rosszindulatú tumorok kerülnek szóba, akkor hajlamosak vagyunk szinte kizárólag csak olyan sejtvonalakra gondolni, amelyek adott szervezeten belül ilyen-olyan módon összeszednek bizonyos mutációkat, amelyek aztán lehetővé teszik, hogy gátlás nélkül osztódjanak, kapillárisokat édesgessenek magukhoz (hogy így tápanyagokhoz jussanak) és ide-oda vándoroljanak a véráramba, más szövetekben áttéteket hozva létre. Az általános képbe azonban nem tartozik bele, hogy a dagantos sejteket, mint egy ragályos betegség ágenseit lássuk, amelyek parazitaként más egyedekre is képesek átterjedni. Pedig léteznek ilyen rákos megbetegedések (ha nem is túl sok), egyik pl. az ebekben Sticker szarkómaként ismert kór.

A betegség viszonylag régóta ismert, ám eddig inkább csak indirekt bizonyítékok támasztották alá ragályos jellegét. Úgy tűnt, hogy a kutyák párzás közben, vagy mindössze a betegség során létrejövő daganatok nyalogatásával képesek terjeszteni a kórt. A friss Cell egyik cikke azonban elég kemény bizonyítékot szolgáltat arra, hogy egyértelműen ragályos betegségről van szó.

A kutatók a világ legkülönbözőbb pontjairól származó Sticker szarkómás kutyák tumorjainak genetikai állományát hasonlították a kutyák genetikai állományához, illetve egymáshoz. Mint kiderült, a tumoroknak nem sok közük volt gazdáikhoz, annál több viszont egymáshoz. Minden vizsgálat azt hozta ki, hogy a világ legkülönbözőbb pontjairól származó ebek tumorjai egy közös őstől származnak, és ez az ősi sejt valamikor 250-2500 éve (vagyis lényegesen később mint a kutyaszelídítés kezdete) jelent meg. A tüzetesebb vizsgálatok szerint az első “gazda” feltehetőleg egy farkas lehetett, vagy valamelyik, a farkassal közeli rokonságban álló ázsiai kutyafaj egyik egyede, és ennek a harapása nyomán indult világkörüli útjára a sejtvonal (azaz lényegesen öregebb mint a legöregebb laboratóriumi “rokona”).

Felmerül persze, hogy fertőzéskor az új gazdaszervezet miért nem ismeri fel és pusztítja el az idegen sejtet? Azért, mert a sejt egy olyan trükköt vet be, amely révén az immunrendszer felismerési mechanizmusai becsapódnak. Ugyanis ezek a mechanizmusok azon alapulnak, hogy a szervezet sejtjei a felszínükön folyamatosan bemutatják a bennük levő fehérjék apró darabjait egy speciális receptor (MHC I) segítségével. Az immunsejtek képesek a saját fehérjedarabokat az idegentől megkülönböztetni és csak azokat a sejteket pusztítják el, amelyek idegen fehérjét prezentálnak a felszínükön. Azonban ha fertőzött sejt egyszerűen nem pakol a membránjába MHC I-et akkor értelemszerűen a szervezet nem tudhatja, hogy mi folyik benne. A Sticker szarkóma sejtjei éppen ezt a trükköt alkalmazzák.

Ami érdekessé teszi a dolgot az az, hogy ez a trükk más dagantos sejtekre is jellemző, így aztán lassan talán az a fogasabb kérdés, hogy-hogy (szerencsére) csak ilyen kevés ragályos rákos sejtvonal ismert…

(Akit érdekel, Carl Zimmer blogjában bővebben olvashat a témáról.)


Murgia, C, Pritchard, JK, Kim, SY, Fassati, A, Weiss RA (2006) Clonal Origin and Evolution of a Transmissible Cancer. Cell 126: 477-487.

Eb-adta

Alig két napja írtam “emberiség leghosszabb ideje futó és leglátványosabb eredményeket produkáló genetikai kísérletének” tartható kutyatenyésztésről (egyébként az a hosszú idő uszkve 15.000 év), és újból az ebekről kell írnom. Ez alkalommal azért mert egy olyan eszközt kaptunk a kezünkbe, amellyel még többet kihozhatunk négylábú barátainkból. Ez az eszköz nem más mint egy nagyfelbontású térképe a kutya-genomnak (egy kisebb felbontású verzió már 2003-ban kijött [1], ahhoz egy uszkár szolgáltatta az “alapanyagot”, a mostanihoz egy nőstény boxer), amit a Nature hasábjain közölt egy nemzetközi kutatócsoport [2].
Miért fontos ez? Leginkább azért mert sok kutyafaj annyira beltenyésztett, hogy ideális alanya lehet a legkülönbözőbb genetikai hátterű betegségek (narkolepszia, süketség, rák, stb.) tanulmányozásának. A genom térképpel a kezünkben pedig még könnyebben lehet a betegségek génjeit megtalálni, és pedig azért, mert (mint a cikkből kiderül) az egyes fajtákon belül az ún. haplotípus blokkok relatíve hosszúak, így viszonylag kevés genetikai marker felhasználásával is le lehetett szűkíteni a “gyanúsított” gének körét. (A haplotípus blokkok együtt szegregálódó, vagyis osztódáskor együtt öröklődő genetikai markerekre vonatkoznak. Genetikai térképezés szempontjából annál jobb, minnél hosszabbak, hiszen az együtt szegregálódás miatt egyetlen egy genetikai markerrel lehet jellemezni az adott régiót – így hosszú blokkok esetén kevesebb marker kell a teljes genom lefedéséhez. Normális (azaz nem tenyésztési) körülmények között, hosszú idő alatt, a sejtek meiotikus osztódásakor bekövetkező átkereszteződés (crossing-over) ezeket a haplotípus blokkokat feldarabolja a populációkban – pl. az összes kutyát és nem egyes fajtákat tekintve, a blokkok átlagos hossza kb. ua. mint bennünk, emberekben.)
Az egyéb érdekességek közül még két dolog melengeti meg egy fejlődésbiológus szívét: egyrészt, bár a kutyák genomjában kevesebb repetitív, nem kódoló szekvencia van, mint bennünk emberekben (emiatt genomjuk teljes hossza is lényegesen – kb 500 Mb-al – rövidebb), az egyik ugráló génjük (egy ragadozó specifikus Short INterspersed Element, vagy SINE) igen aktív és egyes betegségeket (például a már említett narkolepszia) az okozza, hogy egy-egy génnek a kódoló szekvenciájba ugrik. A másik pedig az, hogy a jelek szerint az emberi genom kb 5.3%-a igen erős konzerválódást mutat a kutyaéval összehasonlítva. Ez nem tűnik első hallásra soknak, de ha hozzá teszem, hogy az emberi genom csak mintegy 1.5-2%-a kódol fehérjéket, érdekesebb lesz. Ugyanis ez azt jelenti hogy számos olyan nem-kódoló DNS szakasz van, ami valójában nem nagyon változott, vagyis fontos funkciója lehet. (Ilyenekről már eddig is sokat tudtunk, de azért mindig jó egy kicsit újból meggyőződni – ráadásul ez súlyt ad annak az álláspontnak, hogy az evolúció nem elsősorban új gének létrehozásával “üzemel”, hanem a már meglévők szabályozásának változtatgatásával.) Sőt, ezen nem-kódoló, de konzervált DNS szakaszok fele a gének kb 1%-nak szabályozásáért felelős, pont olyanokért (láss csodát ;-)), amelyeknek az egyedfejlődésben van kulcsszerepük.


[1] Kirkness EF, Bafna V, Halpern AL, Levy S, Remington K, Rusch DB, Delcher AL, Pop M, Wang W, Fraser CM, Venter JC. (2003) The dog genome: survey sequencing and comparative analysis. Science 301: 1898-903.
[2] Kerstin Lindblad-Toh, Claire M Wade, Tarjei S. Mikkelsen, Elinor K. Karlsson, David B. Jaffe, Michael Kamal, Michele Clamp, Jean L. Chang, Edward J. Kulbokas, III, Michael C. Zody, Evan Mauceli, Xiaohui Xie, Matthew Breen, Robert K. Wayne, Elaine A. Ostrander, Chris P. Ponting, Francis Galibert, Douglas R. Smith, Pieter J. deJong, Ewen Kirkness, Pablo Alvarez, Tara Biagi, William Brockman, Jonathan Butler, Chee-Wye Chin, April Cook, James Cuff, Mark J. Daly, David DeCaprio, Sante Gnerre, Manfred Grabherr, Manolis Kellis, Michael Kleber, Carolyne Bardeleben, Leo Goodstadt, Andreas Heger, Christophe Hitte, Lisa Kim, Klaus-Peter Koepfli, Heidi G. Parker, John P. Pollinger, Stephen M. J. Searle, Nathan B. Sutter, Rachael Thomas and Caleb Webber, Broad Sequencing Platform members and Eric S. Lander (2005) Genome sequence, comparative analysis and haplotype structure of the domestic dog Nature 438: 803 – 819.

Mitől akkora az arcod?

Ha az emberiség leghosszabb ideje futó és leglátványosabb eredményeket produkáló genetikai kísérletét kellene megnevezni, akkor a kutyatenyésztés igen jó eséllyel pályázhatna a lista első helyére, mint arra az eddigi legteljesebb kutya törzsfát publikáló csapat is rámutat [1]. Az egyik elterjedt vélekedés szerint az első szelidített ebek valahol Ázsiában jelentek meg és innen vándoroltak különböző nomád csoportok oldalán a sarkkör felé, Afrikába illetve végül Európába. Mindenesetre ezt látszik alátámasztani a fent említett tanulmány eredménye is, hiszen a kutyák törzsfáján a farkashoz legközelebbi ebek ősi ázsiai és arktikus fajtákhoz tartoznak (1. Ábra).

1. Ábra: Nyocvanöt kutyafajta és a szürke farkas genetikai összehasonlításából készült törzsfa. Az ázsiai és arktikus fajokat tartalmazzák a legrégebbi elágazások, míg a legtöbb Európában nemesített faj a klasszikus statisztikai módszerekkel nehezen szétválasztható “All other breeds” csoportba került. (Ezen belül érzékenyebb módszerek három nagyobb csoportot különítettek el: az elsőbe elsősorban a pásztorkutyák pl. skótjuhász, komondor, kuvasz kerülnek, de ide tartozik a bernáthegyi és a szürke agár is (ez utóbbi meglepő lehet, hiszen az afgán agár az egyik ősi fajtaként jelenik meg: arról lehet szó, hogy a szürke agarat később nemesítették az afgán névrokonától függetlenül), a másodikba a masztif-félék (masztif, bulldog, boxer, bull-terrier) találhatók (itt külséejében “kakukktojás” a németjuhász) még minden más fajta a harmadik csoportban van.) [1]

Mindenestre a szorgalmas és céltudatos tenyésztgetésnek meglett az eredménye mind genetikailag (a fajták közötti genetikai különbség a különböző kutyák közti variáció közel harmadát teszi ki – összehasonlításként a nagyon elkülönült humán populációk között is max. 5-10% ez az arány), mind mint azt nyilván fölösleges ecsetelnem kinézetileg (fenotípusosan). Mi okozhatott ilyen – viszonylag – gyors fenotípusos változást? Az egyik lehetséges okról, a gének szabályozó szekvenciáiban bekövetkező változásról már írtam korábban, de van egy másik igen érdekes elképzelhető ok is.
A különböző genomokban viszonylag gyakoriak az ún. mikroszatelliták. Ezek általában két vagy három bázis ismétlődéséből állnak (pl. CACACACACACA… vagy CAGCAGCAGCAGCAG…), előbbi főként nem kódoló DNS-re jellemző, míg utóbbi a fehérjéket kódoló DNS-re . Mindmáig nem teljesen tisztázott okokból, de a legvallószínűbbnek a DNS polimeráz “megcsúszását” tartják, az ismétlődések száma gyakran változik különböző egyedek között (ez az oka annak, hogy kódoló szekvenciában triplet ismétlődések vannak, hiszen a genetikai kód is “hárombetűs”, így a csúszás erdeménye egy extra aminosav, míg dinukleotida ismétlődés esetén, az egész “leolvasó keret” eltolódna és a mikroszatellita után levő DNS teljesen mást kódolna). Ezt egyrészt remekül lehet hasznosítani rokonsági vizsgálatokban (ha közeli rokonokban vizsgálunk több mikroszatellitát, azok nagy valószínűséggel egyezni fognak), másrészt azonban a túl hosszúvá váló ismétlődések olyan súlyos betegségeket okozhatnak mint a spinocerebelláris ataxia vagy a Huntington-kór.
Egy texasi kutatócsoport azt kezdte el vizsgálni, hogy összefüggésbe hozhatók-e a mikroszatelliták hossza az egyes kutyák morfológiai tulajdonságaival [2].

2. Ábra: Kutyakoponyák morfológiájának gyors változása: az A panelben fajtiszta bernáthegyi koponyák láthatók ~1850-ből (felül), 1921-ből (középen) és 1967-ből (alul), a B panelen bull-terrier koponyák 1931-ből, 1950-ből és 1967-ből, végül a C panelen újfullandi koponyák 1926-ból, 1964-ből és 1971-ből. A középső terrier-koponya gazdájának runx-2 génjében az egyik mikroszatellita hosszabb mint a modern bull-terrierek azonos génjében. (Ez alátámasztja a kutatók modelljét, de azért egy egyfős minta nem igazi, szóval csak óvatosan lelkesedni… ;-)) [2]

A koponyamorfológiát befolyásoló transzkripciós faktorokat végignézve korellációra leltek a Runx-2 nevű fehérjében levő mikroszatelliták hossza és a koponya alakja között. A Runx-2-ben kétfajta mikroszatellita van egymás után: az egyik egy poli-glutamin (polyQ) szekvenciát kódol, a másik pedig egy poli-alanint (polyA). Általában más kísérleti rendszerekben a polyQ növekedés (bizonyos határok között) a transzkripció aktivációs képességet növelik, míg a polyA növekedés ugyanazt csökkenti. A kimutatott összefüggés szerint a polyQ/polyA arány összefügg a koponya hosszával és hajlásával (2. Ábra).
Hogy egy kis plusz zamata legyen a sztorinak a pireneusi juhászkutyákban jelen levő polidaktíliát (hat lábujjuk van az ebeknek) is hasonló okra tudták visszavezetni. Ezúttal az Alx4 transzkripciós faktorban leltek egy 51 bázispárnyi deléciót (amely semelyik más kutyafajtában nem volt jelen). Ennek okán valószínűleg az Alx4 működésképtelenné válik és nem tudja a célgénjeit aktiválni a fejlődő végtagbimbóban; az Alx4 mutáns allélját hordozó egerek is egy extra lábujj büszke tulajodnosai (3. Ábra).

alx4-dog_mouse.gif
3. Ábra: Az Alx-4 mutációja mind egerekben, min pireneusi juhászkutyákban többujjúságot (polidaktíliát) okoz. [2]


[1] Parker HG, Kim LV, Sutter NB, Carlson S, Lorentzen TD, Malek TB, Johnson GS, DeFrance HB, Ostrander EA, Kruglyak L. (2004) Genetic structure of the purebred domestic dog. Science 304:1160-1164.
[2] Fondon JW 3rd, Garner HR. (2004) Molecular origins of rapid and continuous morphological evolution. Proc Natl Acad Sci USA 101(52):18058-63. Epub 2004 Dec 13.