Genetyczne podstawy umaszczenia

Transkrypt

1 Genetyczne podstawy umaszczenia Zuza Nowak Jądro pojedynczej komórki zawiera ponad 100cm nici DNA w postaci podwójnej helisy, tworzącej chromosomy Około 1/3 tej substancji jest matrycą, na postawie której odbywa się synteza wszystkich białek w organizmie Matrycę w postaci helisy DNA nazwano genem Na końcu tej strzałki, powinno znajdować się jądro komórkowe ale go nie widać bo ma średnicę ok 2x10-6 m! Ilościowo genów jest mniej niż białek produkowanych w organizmie Zatem należy pamiętać, że wyprodukowanie przez komórkę danego białka może być zależne od więcej niż jednego genu! 2 1

2 Allele to warianty jednego genu DNA Allel dziki Allel zmutowany Allel zmutowany (aktywny) (nieaktywny) (aktywny) GN-A GN-a GN-A* translacja translacja translacja 3 układ homozygotyczny układ heterozygotyczny Psy są organizmami diploidalnymi, czyli posiadają (prawie) wszystkie geny w dwóch kopiach(allelach): jedna pochodzi od ojca, druga od matki Obie kopie danego genu nie muszą być identyczne! Rodzaj posiadanych alleli-genotyp, będzie określał wygląd danego zwierzęcia-fenotyp Relacje między dwiema odmianami jednego genu nie są skomplikowane, jest to dziedziczenie proste (znając fenotyp rodziców, stosunkowo łatwo jest przewidzieć fenotyp u potomka) 4 2

3 kodominacja układ dominujący dominacja układ recesywny Kodominacja 5 dominacja układ dominujący dominacja układ recesywny 6 3

4 GN-A GN-A translacja translacja GN-B Relacje między dwoma różnymi genami są na ogół skomplikowane, jest to dziedziczenie złożone (znając fenotyp rodziców, nie zawsze można w pełni przewidzieć fenotyp u potomka) 7 Dendryty melanocytów wnikają pomiędzy keratynocyty, budujące łodygę włosa Pigment barwi korę włosa nadając mu odpowiedni kolor Melanocyt- to jądrzasta komórka, znajdująca się w warstwie podstawnej naskórka W melanocycie zachodzi synteza pigmentu w organellachmelanosomach Kształt melanocytu jest nieregularny, posiada wypustki, którymi odbywa się transport melanosomów 8 4

5 Czym jest pigment? Pigment jest polimerem z grupy melanin We włosie wyróżnia się dwa rodzaje pigmentu: brązowy do czarnegoeumelaninę oraz żółty do czerwonego feomelaninę umelanina- (z greckiego: prawdziwie ciemny) to pigment o dużych cząsteczkach, cykliczny polimer nierozpuszczalny, jego odcień może być brązowy, brunatny, aż do czarnego Feomelanina- (z greckiego: śniady; przydymiony) to pigment o znacznie mniejszych cząsteczkach, oligomer, jego odcień może być żółty, czerwony lub pomarańczowy 9 Jak powstaje pigment? Pigment powstaje na drodze przemian biochemicznych: A A L-TYROZYNA hydroksylaza tyrozynowa DOPA oksydaza fenyloalaninowa DOPAchinon glutation/ cysteina cysteinylodopa A nzym Aminokwas Składnik krytyczny feomelanina 10 5

6 TYRP1 Jak powstaje pigment? Pigment powstaje na drodze przemian biochemicznych: MC1R TYRP2 A L-TYROZYNA hydroksylaza tyrozynowa DOPA oksydaza fenyloalaninowa DOPAchinon receptor P melanokortyny leukodopachrom tautomeraza dopachromowa DOPAchrom oksydaza DHICA oksydaza DHI A P nzym Aminokwas Peptyd Składnik krytyczny eumelanina (gęsta) eumelanina (rzadsza) 11 Punkty zwrotne w syntezie melanin hydroksylaza tyrozynowa L-TYROZYNA DOPA Gen C? allel dziki (aktywny) jest dominujący i koduje enzym hydroksylazę tyrozynową allel zmutowany (nieaktywny) jest recesywny, w układzie homozygotycznym powoduje albinizm? Hydroksylaza tyrozynowa kodowana jest przez gen C jego zmutowany allel c jest nieaktywny? Genotyp homozygotyczny cc to brak enzymu= brak głównego składnika pigmentu= ALBINIZM?? 12 6

7 Punkty zwrotne w syntezie melanin TYRP1 oksydaza DHICA DOPAchrom oksydaza DHI eumelanina (gęsta) eumelanina (rzadsza) Tyrosinase-Relatet Protein 1 TYRP1 oksydaza DHCIA kodowana jest przez gen B jego zmutowane allele b d ; b c ; b s ; są aktywne ale powodują powstanie oksydazy DHI. Genotypy: BB; Bb d ;Bb c ; Bb s - to kolor czarny Genotypy: b d b d ; b c b c ; b s b s ; b d b c ; b d b s ; b c b s - to kolor czekoladowy Gen B allel dziki (aktywny) jest dominujący i koduje TYRP1- umaszczenie czarne allele zmutowane (aktywne) są recesywne powodują umaszczenie czekoladowe 13 Punkty zwrotne w syntezie melanin P receptor melanokortyny DOPAchinon glutation/ cysteina A leukodopachrom cysteinylodopa DOPAchrom eumelanina (gęsta) eumelanina (rzadsza) feomelanina 14 7

8 Punkty zwrotne w syntezie melanin receptor melanokortyny duże powinowactwo do MSH m małe powinowactwo do MSH ligandy Hormon stymulujący melanocyty Melanocite Stimulating Hormoneα-MSH Białko sygnałowe Agouti (blokuje syntezę eumelaniny) Agouti SIgnaling Peptide -ASIP e brak powinowactwa do MSH Receptor Melanokortyny MC1R kodowany jest przez gen jego allele dominujące oraz m pozwalają na przyłączenie dwóch rodzajów ligandów (małych cząsteczek wywołujących sygnał do dalszej syntezy lub jej braku) Allel recesywny e, upośledza receptor, sprawiając, że może on połączyć się tylko z jednym rodzajem ligandu Genotypy: ; e- to kolor czarny lub czarny agouti Genotypy: m; mm lub me- to kolor żółty lub czerwony ale z czarną maską Genotyp: ee- to kolor żółty lub czerwony 15 Punkty zwrotne w syntezie melanin receptor melanokortyny Obecność dwóch ligandów przyłączających się do receptora na zmianę sprawia, że do kory włosa w czasie jego wzrostu dochodzi raz eumelanina, raz feomelanina Hormon stymulujący melanocyty Melanocite Stimulating Hormone- α-msh Osobniki, u których receptor nie może wiązać się z MSH, nie wytworzą eumelaniny Białko sygnałowe Agouti (blokuje syntezę eumelaniny) Agouti SIgnaling Peptide -ASIP 16 8

9 Białko sygnałowe Agouti Geny A wykazują największą liczbę wariantów spośród dotychczas poznanych genów odpowiedzialnych za umaszczenie Ligandy łączą się z receptorami i oddziałują na POJDYNCZ włosy W zależności od wariantu genu, ligand wykazuje różne powinowactwo z receptorem Wśród wariantów istnieje hierarchia: a y > a w >a t >a a y - bardzo duże powinowactwo- maść żółta a w - allel, który reprezentowany jest u niewielu ras współczesnych (owczarki niemieckie)- umaszczenie wilczaste a t (a s )?- najbardziej rozprzestrzeniony w różnych rasach-odpowiada za podpalanie a-allel (nieaktywny) odpowiada za brak ligandu, czyli wyklucza umaszczenie feomelanistyczne (żółte-czerwone) 17 Czerń Geny K odpowiedzialne za kodowanie białka β-defensyny 103 (CBD 103), która upośledza łączenie ligandu ASIP z receptorem melanokortyny (MC1R). K B - dominujący powoduje powstanie jednolitej maści eumelanistycznej k br -blokuje ASIP tylko w wybranych komórkach- powstają pręgi k- allel nieaktywny, nie wpływa na przyłączenie ligandu ASIP 18 9

10 Rozjaśnienie Optycznie, rozjaśnienie pigmentu jest wywołane jego upośledzoną dystrybucją pigmentu we włosie a nie zmianą jego ilości! Gen D koduje białko- melanofilinę (MLPH), która bierze udział w transporcie ziaren pigmentu Allel recesywny d (niekatywny) upośledza transport pigmentu, w ten sposób pigment gromadzi się tylko w podstawie włosa i odbite światło zmienia właściwą barwę. 19 Podstawowe geny umaszczenia - włos ciemny (eumelanina), włos jasny (feomelanina) B- włos czarny, włos czekoladowy (eumelanina) A- włos agouti (eumelanina +feomelanina) K- włos czarny (eumelanina) D- włos rozjaśniony (eumelanina lub feomelanina) 20 10

11 Teraz trochę gimnastyki.b.aakkd.- włos czarny (eumelanina).b.a t.k B.D.- włos czarny (eumelanina)- bez podpalania eeb.a t.k B.D.- włos żółty (feomelanina).bbaakkdd- włos żółty (eumelanina rzadka w podstawie włosa rozjaśniona do żółtej/pomarańczowej). kropka oznacza, że drugi allel z pary może być reprezentowany przez dowolny wariant danego genu na czerwono zaznaczone są allele, które oddziałują na pozostałe geny zmieniając efekt fenotypowy! 21 Opis symboli tabeli Symbole służące do opisania czarnych psów o genotypach KKDD, KKeDD, KKeDd oraz KKDd. Symbole służące do opisania szarych psów o genotypach KKdd oraz KKedd. Symbole służące do opisania psów wybarwionych wyłącznie eumelaniną. Wszystkie osobniki są homozygotami recesywnymi pod względem e/e. Uproszczona tablica przedstawiająca kojarzenia psów o różnym umaszczeniu. Podano teoretyczny odsetek zwierząt rodzących się z danym umaszczeniem. 11

12 literatura Berryere T.G., Kerns J.A., Barsh G.S. i Schmutz S.M.; 2005; Association of agouti allele with fawn or sable coat color in domestic dogs, Mammalian Genome 16: Candille S.I., Kaelin C.B., Cattanach B.M., Yu B., Thompson D.A., Nix M.A., Kerns J.A., Schmutz S.M., Millhauser G.L. i Barsh G.S.; 2007; A β-defensin mutation causes black coat color in domestic dogs, Science 318: García-Borrón J.C., Sánchez-Laorden B.L. i Jiménez-Cervantes C.; 2005; Melanocortin-1 receptor structure and functional regulation, Pigment Cell Res. 18: Hédan B., Corre S., Hitte C., Dréano S., Vilboux T., Derrien T., Denis B., Galibert F., Galibert M.D. i André C.; 2006; Coat colour in dogs: identification of the merle locus in the Australian shepherd breed, BMC Veterinary Research 27, 2-9 Kerns J.A., Cargill.J., Clark L.A., Candille S.I., Berryere T.G., Olivier M., Lust G., Todhunter R.J., Schmutz S.M., Murphy K.. i Barsh G.S.; 2007; Linkage and segregation analysis of black and brindle coat color in domestic dogs, Genetics 176: Kerns J.A., Olivier M., Lust G. i Barsh G.S.; 2003; xclusion of Melanocortin-I Receptor (MCIR) and aguti as candidates for dominant black in dogs, Journal of Heredity 94: Klungland H. i Våge D.I.; 2000; Molecular genetics of pigmentation in domestic animals, Current Genomics 1: Makowska B., Genetyczne uwarunkowania umaszczenia psów, 2010, praca inżynierska Międzywydziałowego Studium Biotechnologii, SGGW Newton J.M., Wilkie A.L., He L., Jordan S.A., Metallinos D.L., Holmes N.G., Jackson I.J. i Barsh G.S.; 2000; Melanocortin 1 receptor variation in the domestic dog, Mammalian Genome 11: Schmutz S.M i Berryere T.G.; 2007; The genetics of cream coat color in dogs, Journal of Heredity 98(5): Schmutz S.M. i Berryere T.G., llinwood N.M., Kerns J.A i Barsh G.S; 2003; MC1R studies in dogs with melanistic mask or brindle patterns, Journal of Heredity 94: