In der einzigartigen Evolutionsgeschichte der Haushunde (Canis lupus familiaris), die seit mehr als 14.000 Jahren domestiziert sind, treten künstliche Selektion, Populationsengpässe und Inzucht auf, was zu mehr als 400 genetisch unterschiedlichen Hunderassen geführt hat. Mit dem Haushund steht ein einzigartiger Modellorganismus mit einer breiten phänotypischen Auswahl an Formen, Größen und Wesensarten zur Verfügung, an dem grundlegende Fragen der Populationsgenetik, der Evolution und der Variabilität des genetischen Aufbaus untersucht werden können.
Dass die Variabilität struktureller Elemente der DNA-Sequenz einen wichtigen Teil der genetischen Vielfalt ausmacht, ist inzwischen bekannt; die daraus folgenden biologischen Konsequenzen sind jedoch noch nicht völlig geklärt. In zwei aktuellen Studien wurden die CGH-Microarrays von Roche NimbleGen verwendet (CGH = engl. comparative genomic hybridization, vergleichende genomische Hybridisierung), um eine systematische genomweite Analyse der DNA-Kopienzahlvariation (CNV = engl. copy number variation) bei verschiedenen Hunderassen durchzuführen (1,2). Ein Ergebnis dieser grundlegenden Studien ist, dass das Ausmaß der Kopienzahlvariation im Hundegenom und die mit den Kopienzahlvarianten (CNVs) assoziierten bekannten Krankheitsgene und Kandidatengene der Situation bei Mäusen und Menschen entsprechen.
In der ersten Studie untersuchten Chen et al. sieben reinrassige Hunderassen mit einem gewöhnlichen NimbleGen Dog CGH Whole-Genome Tiling Array, der aus 385.000 langen Oligonukleotidsonden in einem mittleren Abstand von 4675 bp besteht. In dieser Analyse wurden viele CNVs mit Kopplungsungleichgewicht zu benachbarten Sequenzen identifiziert. Durch Clusteranalyse wurde gezeigt, dass die CNV-Bereiche der Hunderassen sich tendenziell nach den Hunderassen gruppieren lassen und mit rassespezifischen Eigenschaften assoziiert sein könnten.
In der zweiten Studie verwendeten Nicholas et al. einen nach ihren Vorgaben hergestellten NimbleGen CGH-Array, der alle Bereiche enthielt, für die Segmentduplikationen vorhergesagt wurden, die inzwischen als "Hot Spots" für das Auftreten von Kopienzahlvarianten in Menschen und Modellorganismen angesehen werden. Eine Analyse der öffentlich zugänglichen Referenzsequenz des Hundegenoms ergab, dass geschätzte 4,21 % des Genoms aus Segmentduplikationen bestehen. In den Bereich dieser Segmentduplikationen fallen 841 Gene, wobei bestimmte biologische Funktionen und Transkriptionsfaktoren überrepräsentiert sind. Die Analyse von 17 genetisch und phänotypisch unterschiedlichen Hunderassen und einem Wolf fand eine große Anzahl an Kopienzahlvarianten (3583 CNVs in 678 verschiedenen Bereichen des Genoms), die 429 Gene enthalten. Diese Gene sind an verschiedensten biologischen Vorgängen beteiligt, von Genregulation über Sinneswahrnehmung bis zum Immunsystem. Insgesamt bildeten die CNVs polymorphe Sequenzen von 24 Mb Länge. 20 % der Bereiche, für die Segmentduplikationen vorhergesagt wurden, enthielten CNVs.
Bis jetzt wurden bei der Erforschung der genetischen Variabilität von Hunden vor allem Polymorphismen einzelner Nukleotide (Single-Nucleotide-Polymorphismen, SNPs) und Mikrosatelliten untersucht. Durch die oben beschriebenen grundlegenden Studien wurde jedoch gezeigt, dass die Kopienzahlvariation eine bedeutsame Quelle für genetische und phänotypische Variabilität bei Hunden sein könnte. Die nun zur Verfügung stehenden hochauflösenden CNV-Karten für verschiedene Hunderassen ermöglichen Forschern, die biologische Bedeutung rassespezifischer CNVs und assoziierter Kandidatengene für Krankheiten zu untersuchen. Nach Aussage der Autoren zeigen ihre Ergebnisse, wie die Identifizierung von CNVs bei Hunden den rapide wachsenden Einsatz von Hunden als Modelltiere beeinflussen kann, bei der Entdeckung und Aufklärung grundlegender genetischer Mechanismen helfen und bei der Erforschung von Krankheiten von sowohl Hunden als auch Menschen eingesetzt werden kann. Hunde haben über 350 Erbkrankheiten mit Menschen gemeinsam; weitere Untersuchungen der Variabilität des Hundegenoms und ihres Einflusses auf Krankheiten werden daher hoffentlich im Endeffekt zu klinischen Anwendungen und zu einer verbesserten Gesundheitsversorgung sowohl für den Menschen als auch für den "besten Freund des Menschen" führen.
Roche NimbleGen ist ein innovativer Hersteller und führender Anbieter einer firmeneigenen, aufeinander abgestimmten Produktreihe von DNA-Microarrays, Verbrauchsmittel, Geräten und Dienstleistungen. Roche NimbleGen produziert hochdichte Arrays mit langen Oligonukleotidsonden. Diese bieten einen höheren Informationsgehalt und eine bessere Datenqualität, wie sie für die Erforschung der gesamten genomischen und epigenomischen Variabilität erforderlich sind. Die verbesserte Leistung ist der Maskless-Array-Synthesis-Technologie (MAS) von Roche NimbleGen zu verdanken. Diese synthetisiert mittels Mikrospiegeltechnik und schneller, hocheffizienter Photochemie lange Oligonukleotide für die äußerst flexibel einsetzbaren, hochdichten DNA-Microarrays. Weitere Informationen über Roche NimbleGen finden Sie auf der Website des Unternehmens, unter www.nimblegen.com.
(1) Wei-Kang Chen, Joshua D. Swartz, Laura J. Rush, et al., Genome Res. Onlineveröffentlichung 17. November 2008; doi: 10.1101/gr.083741.108
(2) Thomas J. Nicholas, Ze Cheng, Mario Ventura, et al., Genome Res. Onlineveröffentlichung 7. Januar 2009; doi:10.1101/gr.084715.108
Dass die Variabilität struktureller Elemente der DNA-Sequenz einen wichtigen Teil der genetischen Vielfalt ausmacht, ist inzwischen bekannt; die daraus folgenden biologischen Konsequenzen sind jedoch noch nicht völlig geklärt. In zwei aktuellen Studien wurden die CGH-Microarrays von Roche NimbleGen verwendet (CGH = engl. comparative genomic hybridization, vergleichende genomische Hybridisierung), um eine systematische genomweite Analyse der DNA-Kopienzahlvariation (CNV = engl. copy number variation) bei verschiedenen Hunderassen durchzuführen (1,2). Ein Ergebnis dieser grundlegenden Studien ist, dass das Ausmaß der Kopienzahlvariation im Hundegenom und die mit den Kopienzahlvarianten (CNVs) assoziierten bekannten Krankheitsgene und Kandidatengene der Situation bei Mäusen und Menschen entsprechen.
In der ersten Studie untersuchten Chen et al. sieben reinrassige Hunderassen mit einem gewöhnlichen NimbleGen Dog CGH Whole-Genome Tiling Array, der aus 385.000 langen Oligonukleotidsonden in einem mittleren Abstand von 4675 bp besteht. In dieser Analyse wurden viele CNVs mit Kopplungsungleichgewicht zu benachbarten Sequenzen identifiziert. Durch Clusteranalyse wurde gezeigt, dass die CNV-Bereiche der Hunderassen sich tendenziell nach den Hunderassen gruppieren lassen und mit rassespezifischen Eigenschaften assoziiert sein könnten.
In der zweiten Studie verwendeten Nicholas et al. einen nach ihren Vorgaben hergestellten NimbleGen CGH-Array, der alle Bereiche enthielt, für die Segmentduplikationen vorhergesagt wurden, die inzwischen als "Hot Spots" für das Auftreten von Kopienzahlvarianten in Menschen und Modellorganismen angesehen werden. Eine Analyse der öffentlich zugänglichen Referenzsequenz des Hundegenoms ergab, dass geschätzte 4,21 % des Genoms aus Segmentduplikationen bestehen. In den Bereich dieser Segmentduplikationen fallen 841 Gene, wobei bestimmte biologische Funktionen und Transkriptionsfaktoren überrepräsentiert sind. Die Analyse von 17 genetisch und phänotypisch unterschiedlichen Hunderassen und einem Wolf fand eine große Anzahl an Kopienzahlvarianten (3583 CNVs in 678 verschiedenen Bereichen des Genoms), die 429 Gene enthalten. Diese Gene sind an verschiedensten biologischen Vorgängen beteiligt, von Genregulation über Sinneswahrnehmung bis zum Immunsystem. Insgesamt bildeten die CNVs polymorphe Sequenzen von 24 Mb Länge. 20 % der Bereiche, für die Segmentduplikationen vorhergesagt wurden, enthielten CNVs.
Bis jetzt wurden bei der Erforschung der genetischen Variabilität von Hunden vor allem Polymorphismen einzelner Nukleotide (Single-Nucleotide-Polymorphismen, SNPs) und Mikrosatelliten untersucht. Durch die oben beschriebenen grundlegenden Studien wurde jedoch gezeigt, dass die Kopienzahlvariation eine bedeutsame Quelle für genetische und phänotypische Variabilität bei Hunden sein könnte. Die nun zur Verfügung stehenden hochauflösenden CNV-Karten für verschiedene Hunderassen ermöglichen Forschern, die biologische Bedeutung rassespezifischer CNVs und assoziierter Kandidatengene für Krankheiten zu untersuchen. Nach Aussage der Autoren zeigen ihre Ergebnisse, wie die Identifizierung von CNVs bei Hunden den rapide wachsenden Einsatz von Hunden als Modelltiere beeinflussen kann, bei der Entdeckung und Aufklärung grundlegender genetischer Mechanismen helfen und bei der Erforschung von Krankheiten von sowohl Hunden als auch Menschen eingesetzt werden kann. Hunde haben über 350 Erbkrankheiten mit Menschen gemeinsam; weitere Untersuchungen der Variabilität des Hundegenoms und ihres Einflusses auf Krankheiten werden daher hoffentlich im Endeffekt zu klinischen Anwendungen und zu einer verbesserten Gesundheitsversorgung sowohl für den Menschen als auch für den "besten Freund des Menschen" führen.
Roche NimbleGen ist ein innovativer Hersteller und führender Anbieter einer firmeneigenen, aufeinander abgestimmten Produktreihe von DNA-Microarrays, Verbrauchsmittel, Geräten und Dienstleistungen. Roche NimbleGen produziert hochdichte Arrays mit langen Oligonukleotidsonden. Diese bieten einen höheren Informationsgehalt und eine bessere Datenqualität, wie sie für die Erforschung der gesamten genomischen und epigenomischen Variabilität erforderlich sind. Die verbesserte Leistung ist der Maskless-Array-Synthesis-Technologie (MAS) von Roche NimbleGen zu verdanken. Diese synthetisiert mittels Mikrospiegeltechnik und schneller, hocheffizienter Photochemie lange Oligonukleotide für die äußerst flexibel einsetzbaren, hochdichten DNA-Microarrays. Weitere Informationen über Roche NimbleGen finden Sie auf der Website des Unternehmens, unter www.nimblegen.com.
(1) Wei-Kang Chen, Joshua D. Swartz, Laura J. Rush, et al., Genome Res. Onlineveröffentlichung 17. November 2008; doi: 10.1101/gr.083741.108
(2) Thomas J. Nicholas, Ze Cheng, Mario Ventura, et al., Genome Res. Onlineveröffentlichung 7. Januar 2009; doi:10.1101/gr.084715.108
