NHGRI Division of Intramural Research

Ce este genomul canin?

Corpul unui câine conține trilioane de celule. Cele mai multe dintre aceste celule conțin un nucleu. La câini, în fiecare nucleu se găsesc 38 de perechi de autosomi (cromozomi non-sexuali), pentru un total de 76 de cromozomi, la care se adaugă cei doi cromozomi sexuali (X și Y), pentru un total general de 78 de cromozomi. În timpul concepției, un câine primește câte o copie a fiecărui cromozom de la fiecare părinte. Cromozomii sunt făcuți din acid dezoxiribonucleic (ADN), „molecula vieții”.

ADN-ul este alcătuit din mici blocuri chimice de construcție numite „nucleotide” sau „baze”, care sunt de patru tipuri: adenină (A), guanină (G), citosină (C) și timină (T). Toate organismele vii, inclusiv oamenii, folosesc acest cod de patru litere. Bazele sunt împerecheate în unități fixe de adenină-timină (A-T) și guanină-citosină (G-C). Câinii au aproximativ trei miliarde de perechi de baze în fiecare celulă. Genele sunt definite de o secvență unică de nucleotide care poate fi de doar o sută de baze sau de un milion. Secvența fiecărei gene se numește „codul” acesteia. De exemplu, codul unei gene poate duce la proteine care adaugă culoare la firul de păr, codul unei alte gene produce enzime pentru a digera alimentele, iar o a treia genă va direcționa formarea anticorpilor care luptă împotriva bolilor. Pentru o anumită genă, codul este unul foarte precis; o singură greșeală în secvența de ADN ar putea avea consecințe dezastruoase pentru sănătatea câinelui dumneavoastră.

Care dintre cei 78 de cromozomi conține codurile pentru sute de gene. Genele codifică mașinăria necesară pentru fabricarea proteinelor, care, la rândul lor, alcătuiesc structura fizică a organismului. Proteinele sunt necesare pentru toate sistemele cheie din organism, cum ar fi sistemul nervos sau sistemul digestiv. Fiecare genă are un cod specific care este transmis de la părinți la urmași. Termenul „genom canin” se referă la întreaga secvență a genomului câinelui, inclusiv toate genele și spațiile dintre ele. Genele pot determina modul în care se va dezvolta câinele dumneavoastră, de la culoarea blănii până la trăsăturile de personalitate și, în unele cazuri, bolile la care va fi sensibil câinele dumneavoastră.

Adaptat din NHGRI Intramural Publication
Support Office DNA image, imagini de câine
curtate de © AKC/Mary Bloom

Adaptat de la NHGRI Intramural Publication
Support Office blue DNA image

Secvența următoare este un exemplu de secvență de nucleotide: GGAAACACCTGGTATA…. Pe această pagină sunt prezentate, de asemenea, imagini de aproape ale ADN-ului. Secvența genomului câinelui a fost publicată în 2005 (Lindblad-Toh et al. 2005).

Localizarea genelor prin „Gene Mapping”

Pentru a localiza secvențele de nucleotide responsabile pentru trăsăturile de interes, cercetătorii trebuie să parcurgă aproximativ 3 miliarde de perechi de baze, lungimea genomului canin. Nu tot ADN-ul conține gene. Cele mai multe secvențe de ADN sunt cunoscute sub numele de ADN necodificator, care pot juca roluri de reglementare, cum ar fi activarea sau dezactivarea genelor, determinarea cantității pe care trebuie să o producă fiecare genă sau direcționarea ARN-ului mesager codificat unde să meargă în celulă. Pentru a găsi o mutație care controlează sau este asociată cu o trăsătură, oamenii de știință compară, de obicei, ADN-ul câinilor care au trăsătura respectivă cu cel al câinilor care nu o au. Acest lucru poate fi destul de simplu atunci când se studiază genele care controlează aspectul, cu toate acestea, este mult mai dificil atunci când se studiază bolile sau comportamentul câinilor (Spady et al. 2008; Parker et al. 2006).

Pentru cele mai multe comparații la nivel de genom folosim un „cip SNP” canin, aceasta este o metodă de citire a peste 100 de mii de puncte de pe genom la un moment dat. Cel mai recent cip SNP canin are peste 170.000 de SNP (descris în Vaysse et al. 2011). SNP-urile, sau polimorfismele de un singur nucleotid, reprezintă baze unice din genom care sunt frecvent mutate. Cele mai multe dintre ele nu au nicio legătură cu boala, dar servesc ca semne de circulație („markeri”) pentru navigarea în genomul câinelui. Asocierea este determinată prin calcularea diferenței de frecvență a fiecărui marker la câinii cu boala sau trăsătura în cauză față de câinii care nu au boala sau trăsătura respectivă. Odată ce se găsește o asociere semnificativă între un SNP și o trăsătură, oamenii de știință investighează genele și secvențele adiacente pentru a încerca să găsească varianta sau combinația de variante care contribuie la trăsătura de interes.

Secvențierea genomului

Datorită îmbunătățirilor tehnologice care au redus prețul secvențierii, putem folosi acum secvențierea întregului genom pentru a găsi mutațiile de interes. În ultimii 30 de ani, oamenii de știință au făcut progrese remarcabile în tehnologia de secvențiere a genelor, astfel încât acum este posibil să se determine secvența întregului genom al unui organism în câteva zile. Tehnologia de secvențiere dezvăluie mai multe secrete ale genelor canine mult mai rapid ca niciodată.

Tehnica ajunge direct la inima codului genetic; descifrând secvența exactă de baze alfabetizate care alcătuiesc fiecare genă, precum și secvențele din jurul și dintre gene care ajută la reglare.

Curtesy of the NHGRI Intramural Publication Support Office

Învățând despre mutații

După ce oamenii de știință au secvențiat o genă, ați putea crede că munca lor s-a încheiat, dar nu este atât de simplu. Acum ei trebuie să determine dacă modificările care au fost detectate în codul genetic schimbă efectiv modul în care funcționează gena. Nu toți câinii au versiuni identice ale aceleiași gene. Variația genetică apare atunci când se fac „greșeli” în mecanismele de duplicare sau de reparare ale celulei care provoacă o schimbare permanentă în secvența de nucleotide a genei. Aceste mutații duc la forme variante ale unei gene, numite alele, care pot schimba funcția genei. Dacă aceste mutații există în celulele germinale, ele pot fi transmise la viitorii descendenți. Majoritatea genelor controlează mai mult de o funcție în cadrul câinelui. Adesea, modul în care o genă este exprimată, sau „pornită” pentru a produce proteine, poate avea un efect direct asupra modului în care funcționează alte gene. În mod confuz, în timp ce unele greșeli în cod pot inactiva o genă, iar altele pot crește sau adăuga activitate la o genă, majoritatea modificărilor au puține sau chiar nicio consecință. Este adesea un puzzle complex de rezolvat. Oamenii de știință, mereu conștienți de faptul că alelele nedorite împreună cu cele bune vor fi transmise de la părinți la urmași, lucrează adesea ani de zile pentru a înțelege adevărata funcție a unei proteine pentru a îmbunătăți sănătatea câinilor pe care îi studiază. Cu toate acestea, cu ajutorul bioinformaticii, abordarea statistică a înțelegerii unor seturi extinse de date biologice, avem acces la numeroase instrumente pentru a desluși secretele genomului câinelui. Folosind abordări noi și sofisticate, bioinformaticienii talentați pot compara secvențele genomului de la un număr mare de indivizi pentru a găsi mutații unice. În cadrul Proiectului Genomul Câinelui ne modelăm adesea abordările după tehnicile învățate în cadrul Proiectului Genomul Uman.

Boli genetice și genomul canin

Cercetătorii au identificat peste 360 de afecțiuni genetice care apar atât la oameni, cât și la câini, aproximativ 46% dintre acestea apărând doar la una sau la câteva rase. Pentru cele mai multe dintre acestea, leziunea genetică subiacentă nu a fost găsită.

Cancerul este o boală genetică, dar nu toate mutațiile care duc la cancer sunt ereditare. De-a lungul vieții, ADN-ul din celulele corpului unui câine este capabil să sufere modificări genetice spontane. De-a lungul anilor, aceste mutații genetice se pot acumula sau pot apărea în gene importante. Dacă o singură celulă acumulează suficiente mutații sau dobândește o variație într-o genă critică, celula poate începe să se dividă și să crească necontrolat. Celula va înceta apoi să își îndeplinească funcția desemnată și acest lucru poate duce la apariția cancerului. Au fost identificate unele gene puternice care pot declanșa singure acest proces, adesea printr-o simplă mutație. Este posibil să fi auzit de genele de predispoziție la cancerul de sân BRCA1 și BRCA2. Acestea se încadrează în această din urmă categorie. În cele din urmă, factorii de mediu contribuie și ei la apariția cancerului, cum ar fi expunerea la lumina soarelui și cancerul de piele la om.

Un diagnostic de cancer apare, de obicei, atunci când o creștere necontrolată formează mase de celule numite tumori. Fiecare celulă conține o copie a genei mutante identică cu cea din celula mutantă inițială. Celulele tumorale pot migra către alte organe și pot începe să crească acolo. Acest lucru se numește metastază. Scopul terapiei împotriva cancerului este de a distruge toate celulele tumorale din cadrul unui individ afectat, deoarece o singură celulă rămasă poate provoca reapariția cancerului. Tratamentul cu radiații este utilizat ca „terapie locală”, îndreptată spre uciderea celulelor din interiorul situsului tumoral propriu-zis. În mod similar, intervenția chirurgicală este adesea utilizată pentru a îndepărta tumora. Chimioterapia este o „terapie sistemică” care ucide celulele în creștere rapidă, atât cele din interiorul tumorii, cât și, se speră, pe cele care au călătorit către alte organe.

Până în prezent, tratamentul pentru majoritatea bolilor sunt întreprinse retrospectiv, odată ce boala este diagnosticată. La câini, acest lucru se întâmplă adesea într-un stadiu avansat, deoarece aceștia nu sunt capabili să spună cuiva că nu se simt bine. Progresele în cercetarea genetică ar trebui să sporească această abordare. Într-adevăr, una dintre cele mai interesante posibilități în studierea cancerului constă în capacitatea de a folosi genomica pentru a identifica mutațiile și a diagnostica cancerul înainte ca acesta să devină o problemă majoră. În cele din urmă, sperăm să producem teste genetice pentru a identifica mutațiile dăunătoare înainte ca un câine să se îmbolnăvească. În cele din urmă, comunitatea științifică speră să colaboreze cu comunitatea de creștere a caninilor pentru a epuiza alelele de susceptibilitate la boli din populații.

Ultima modificare: Marți, 13-Feb-2018 13:07:00 EST

>.