NHGRI Division of Intramural Research

Was ist das Hundegenom?

Der Körper eines Hundes enthält Billionen von Zellen. Die meisten dieser Zellen enthalten einen Zellkern. Bei Hunden befinden sich in jedem Zellkern 38 Autosomenpaare (nicht geschlechtsspezifische Chromosomen), insgesamt also 76 Chromosomen, plus die beiden Geschlechtschromosomen (X und Y), insgesamt also 78. Bei der Befruchtung erhält der Hund von jedem Elternteil eine Kopie jedes Chromosoms. Chromosomen bestehen aus Desoxyribonukleinsäure (DNA), dem „Molekül des Lebens“.

DNA besteht aus kleinen chemischen Bausteinen, den so genannten „Nukleotiden“ oder „Basen“, von denen es vier Arten gibt: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Alle lebenden Organismen, einschließlich des Menschen, verwenden diesen Vier-Buchstaben-Code. Die Basen sind in festen Einheiten von Adenin-Thymin (A-T) und Guanin-Cytosin (G-C) gepaart. Hunde haben etwa drei Milliarden Basenpaare in jeder Zelle. Gene werden durch eine eindeutige Nukleotidsequenz definiert, die von wenigen hundert bis zu einer Million Basen reichen kann. Die Sequenz eines jeden Gens wird als sein „Code“ bezeichnet. Der Code eines Gens kann zum Beispiel zu Proteinen führen, die dem Haarschaft Farbe verleihen, der Code eines anderen Gens produziert Enzyme zur Verdauung von Nahrung, und ein drittes Gen steuert die Bildung von Antikörpern zur Bekämpfung von Krankheiten. Für ein bestimmtes Gen ist der Code sehr genau; ein einziger Fehler in der DNA-Sequenz könnte verheerende Folgen für die Gesundheit Ihres Hundes haben.

Jedes der 78 Chromosomen enthält die Codes für Hunderte von Genen. Gene kodieren die notwendige Maschinerie zur Herstellung von Proteinen, die wiederum die physische Struktur des Körpers ausmachen. Proteine werden für alle wichtigen Systeme des Körpers benötigt, z. B. für das Nervensystem oder das Verdauungssystem. Jedes Gen hat einen spezifischen Code, der von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben wird. Der Begriff „Hundegenom“ bezieht sich auf die gesamte Sequenz des Hundegenoms mit allen Genen und den Zwischenräumen. Gene können bestimmen, wie sich Ihr Hund entwickeln wird, von der Farbe seines Fells bis hin zu seinen Persönlichkeitsmerkmalen und, in einigen Fällen, den Krankheiten, für die Ihr Hund anfällig sein wird.

Angepasst von NHGRI Intramural Publication
Support Office DNA image, Hundebilder
mit freundlicher Genehmigung von © AKC/Mary Bloom

Abgeleitet von NHGRI Intramural Publication
Support Office blue DNA image

Die folgende Sequenz ist ein Beispiel für eine Nukleotidsequenz: GGAAACCTGGTATA…. Auf dieser Seite sind auch Nahaufnahmen von DNA zu sehen. Die Sequenz des Hundegenoms wurde 2005 veröffentlicht (Lindblad-Toh et al. 2005).

Gensuche durch „Gene Mapping“

Um die Nukleotidsequenzen zu finden, die für die interessierenden Merkmale verantwortlich sind, müssen die Forscher etwa 3 Milliarden Basenpaare durchkämmen, das ist die Länge des Hundegenoms. Nicht die gesamte DNA enthält Gene. Die meisten DNA-Sequenzen sind als nicht-kodierende DNA bekannt, die regulatorische Aufgaben erfüllen können, wie z. B. das An- oder Ausschalten von Genen, die Bestimmung der zu produzierenden Menge jedes Gens oder die Steuerung der kodierten Boten-RNA, wo sie in der Zelle hingehört. Um eine Mutation zu finden, die ein Merkmal steuert oder damit verbunden ist, vergleichen Wissenschaftler in der Regel die DNA von Hunden, die das Merkmal aufweisen, mit der von Hunden, die es nicht aufweisen. Bei der Untersuchung von Genen, die das Aussehen steuern, kann dies recht einfach sein, bei der Untersuchung von Hundekrankheiten oder Verhalten ist es jedoch viel schwieriger (Spady et al. 2008; Parker et al. 2006).

Für die meisten genomweiten Vergleiche verwenden wir einen „SNP-Chip“ für Hunde, eine Methode, mit der mehr als 100 000 Stellen im Genom auf einmal gelesen werden können. Der neueste SNP-Chip für Hunde enthält über 170.000 SNPs (beschrieben in Vaysse et al. 2011). SNPs, oder Einzelnukleotid-Polymorphismen, stellen einzelne Basen im Genom dar, die häufig mutiert sind. Die meisten haben nichts mit Krankheiten zu tun, aber sie dienen als Wegweiser („Marker“) für die Navigation im Hundegenom. Die Assoziation wird durch die Berechnung des Unterschieds in der Häufigkeit jedes Markers bei Hunden mit der Krankheit oder dem Merkmal im Vergleich zu Hunden, die die Krankheit oder das Merkmal nicht haben, ermittelt. Sobald ein signifikanter Zusammenhang zwischen einem SNP und einem Merkmal festgestellt wird, untersuchen die Wissenschaftler die benachbarten Gene und Sequenzen, um die Variante oder Kombination von Varianten zu finden, die zu dem Merkmal von Interesse beiträgt.

Sequenzierung des Genoms

Durch die Verbesserungen in der Technologie, die die Preise für die Sequenzierung gesenkt haben, können wir jetzt die Sequenzierung des gesamten Genoms nutzen, um Mutationen von Interesse zu finden. In den letzten 30 Jahren haben die Wissenschaftler bemerkenswerte Fortschritte in der Gensequenzierungstechnologie gemacht, so dass es heute möglich ist, die Sequenz des gesamten Genoms eines Organismus innerhalb weniger Tage zu bestimmen. Die Sequenzierungstechnologie enthüllt mehr Geheimnisse der Hundegene als je zuvor.

Die Technik dringt bis ins Herz des genetischen Codes vor; sie entschlüsselt die genaue Abfolge der Buchstabenbasen, aus denen jedes Gen besteht, sowie die Sequenzen um und zwischen den Genen, die bei der Regulation helfen.

Mit freundlicher Genehmigung des NHGRI Intramural Publication Support Office

Learning About Mutations

Sobald die Wissenschaftler ein Gen sequenziert haben, könnte man meinen, dass ihre Arbeit getan ist, aber so einfach ist es nicht. Jetzt müssen sie feststellen, ob die im genetischen Code entdeckten Veränderungen tatsächlich die Funktionsweise des Gens verändern. Nicht alle Hunde haben identische Versionen desselben Gens. Genetische Variationen treten auf, wenn bei den Verdopplungs- oder Reparaturmechanismen der Zelle „Fehler“ gemacht werden, die eine dauerhafte Veränderung in der Nukleotidsequenz des Gens verursachen. Diese Mutationen führen zu unterschiedlichen Formen eines Gens, den so genannten Allelen, die die Funktion des Gens verändern können. Wenn diese Mutationen in den Keimzellen vorhanden sind, können sie an künftige Nachkommen weitergegeben werden. Die meisten Gene steuern mehr als eine Funktion im Körper des Hundes. Oft hat die Art und Weise, wie ein Gen exprimiert oder zur Bildung von Proteinen „eingeschaltet“ wird, eine direkte Auswirkung auf die Funktion anderer Gene. Es ist verwirrend, dass einige Fehler im Code ein Gen inaktivieren und andere die Aktivität eines Gens erhöhen oder verstärken können, aber die meisten Veränderungen haben nur geringe oder gar keine Auswirkungen. Es ist oft ein komplexes Rätsel, das es zu lösen gilt. Wissenschaftler, die sich stets der Tatsache bewusst sind, dass unerwünschte Allele zusammen mit guten Allelen von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben werden, arbeiten oft jahrelang daran, die wahre Funktion eines Proteins zu verstehen, um die Gesundheit der von ihnen untersuchten Hunde zu verbessern. Mit Hilfe der Bioinformatik, dem statistischen Ansatz zum Verständnis umfangreicher biologischer Datensätze, haben wir jedoch Zugang zu vielen Werkzeugen, um die Geheimnisse des Hundegenoms zu entschlüsseln. Mit neuen und ausgefeilten Ansätzen können talentierte Bioinformatiker Genomsequenzen von einer großen Anzahl von Individuen vergleichen, um einzelne Mutationen zu finden. Im Rahmen des Hundegenomprojekts orientieren wir uns häufig an den Techniken, die wir im Rahmen des Humangenomprojekts erlernt haben.

Genetische Krankheiten und das Hundegenom

Forscher haben über 360 genetische Störungen identifiziert, die sowohl bei Menschen als auch bei Hunden auftreten, wobei etwa 46 % davon nur bei einer oder wenigen Rassen vorkommen. Bei den meisten von ihnen wurde die zugrunde liegende genetische Läsion nicht gefunden.

Krebs ist eine genetische Krankheit, aber nicht alle Mutationen, die zu Krebs führen, sind vererbbar. Im Laufe des Lebens kann die DNA in den Körperzellen eines Hundes spontane genetische Veränderungen erfahren. Im Laufe der Jahre können sich diese genetischen Mutationen anhäufen oder in wichtigen Genen auftreten. Wenn eine einzelne Zelle genügend Mutationen ansammelt oder eine Variation in einem kritischen Gen erhält, kann die Zelle beginnen, sich zu teilen und unkontrolliert zu wachsen. Die Zelle kann dann die ihr zugedachte Funktion nicht mehr erfüllen, und dies kann zu Krebs führen. Es wurden einige leistungsfähige Gene identifiziert, die den Prozess selbst in Gang setzen können, oft durch eine einfache Mutation. Vielleicht haben Sie schon einmal von den Genen BRCA1 und BRCA2 gehört, die für Brustkrebs anfällig sind. Sie fallen in die letztgenannte Kategorie. Schließlich tragen auch Umweltfaktoren zur Krebsentstehung bei, wie z. B. die Exposition gegenüber Sonnenlicht und die Entstehung von Hautkrebs beim Menschen.

Eine Krebsdiagnose wird in der Regel gestellt, wenn sich durch unkontrolliertes Wachstum Zellansammlungen, so genannte Tumore, bilden. Jede Zelle enthält eine Kopie des mutierten Gens, die mit derjenigen der ursprünglichen mutierten Zelle identisch ist. Die Tumorzellen können in andere Organe einwandern und dort zu wachsen beginnen. Dies wird als Metastasierung bezeichnet. Ziel der Krebstherapie ist es, alle Tumorzellen in einer betroffenen Person abzutöten, da eine einzige verbleibende Zelle das Wiederauftreten des Krebses verursachen kann. Die Strahlenbehandlung wird als „lokale Therapie“ eingesetzt, die darauf abzielt, die Zellen im Tumor selbst abzutöten. In ähnlicher Weise wird der Tumor häufig durch eine Operation entfernt. Die Chemotherapie ist eine „systemische Therapie“, die schnell wachsende Zellen im Tumor und hoffentlich auch in anderen Organen abtötet.

Bislang werden die meisten Krankheiten retrospektiv behandelt, d. h. sobald die Krankheit diagnostiziert ist. Bei Hunden ist dies oft erst in einem fortgeschrittenen Stadium der Fall, da sie nicht in der Lage sind, jemandem mitzuteilen, dass es ihnen nicht gut geht. Fortschritte in der Genforschung dürften diesen Ansatz verbessern. Eine der aufregendsten Möglichkeiten bei der Erforschung von Krebs liegt in der Fähigkeit, mit Hilfe der Genomik Mutationen zu erkennen und Krebs zu diagnostizieren, bevor er zu einem größeren Problem wird. Letztendlich hoffen wir, Gentests zu entwickeln, die schädliche Mutationen erkennen, bevor ein Hund erkrankt. Schließlich hofft die wissenschaftliche Gemeinschaft, mit der Hundezucht zusammenzuarbeiten, um krankheitsanfällige Allele aus den Populationen zu entfernen.

Letzte Änderung: Tuesday, 13-Feb-2018 13:07:00 EST