NHGRI Division of Intramural Research

Vad är hundgenomet?

En hundkropp innehåller trillioner av celler. De flesta av dessa celler innehåller en cellkärna. Hos hundar finns 38 par autosomer (kromosomer som inte är könskromosomer) i varje cellkärna, vilket ger totalt 76 kromosomer plus de två könskromosomerna (X och Y), vilket ger totalt 78 kromosomer. Vid befruktningen får hunden en kopia av varje kromosom från varje förälder. Kromosomerna består av desoxyribonukleinsyra (DNA), ”livets molekyl”.

DNA består av små kemiska byggstenar som kallas ”nukleotider” eller ”baser”, som finns i fyra olika typer: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T). Alla levande organismer, inklusive människor, använder denna fyrbokstavskod. Baserna är parade i fasta enheter av adenin-timin (A-T) och guanin-cytosin (G-C). Hundar har ungefär tre miljarder baspar i varje cell. Gener definieras av en unik sekvens av nukleotider som kan vara så få som hundra baser eller så många som en miljon. Sekvensen för varje gen kallas för dess ”kod”. Koden från en gen kan till exempel leda till proteiner som ger hårstrået färg, koden från en annan gen producerar enzymer för att smälta mat och en tredje gen styr bildandet av antikroppar som bekämpar sjukdomar. För en viss gen är koden mycket exakt; ett enda fel i DNA-sekvensen kan få katastrofala konsekvenser för din hunds hälsa.

Var och en av de 78 kromosomerna innehåller koderna för hundratals gener. Generna kodar för det nödvändiga maskineriet för att tillverka proteiner, som i sin tur utgör kroppens fysiska struktur. Proteiner behövs för alla viktiga system i kroppen, till exempel nervsystemet eller matsmältningssystemet. Varje gen har en specifik kod som förs vidare från förälder till avkomma. Termen ”hundgenom” avser hela sekvensen av hundens arvsmassa, inklusive alla gener och mellanrummen. Generna kan avgöra hur din hund kommer att utvecklas, från pälsens färg till personlighetsdrag och, i vissa fall, vilka sjukdomar din hund kommer att vara mottaglig för.

Adapterat från NHGRI Intramural Publication
Support Office DNA-bild, hundbilder
med tillstånd av © AKC/Mary Bloom

Adpterat från NHGRI Intramural Publication
Support Office blå DNA-bild

Följande sekvens är ett exempel på en nukleotidsekvens: GGAAACCTGGTATA…. På den här sidan visas också närbilder av DNA. Sekvensen av hundens genom publicerades 2005 (Lindblad-Toh et al. 2005).

Lokalisering av gener genom ”gene mapping”

För att lokalisera nukleotidsekvenser som är ansvariga för egenskaper av intresse måste forskarna kamma sig igenom cirka 3 miljarder baspar, vilket är längden på hundgenomet. Allt DNA innehåller inte gener. De flesta DNA-sekvenser är kända som icke-kodande DNA, som kan spela reglerande roller som att t.ex. slå på eller stänga av gener, bestämma mängden av varje gen som ska produceras eller styra det kodade budbärar-RNA:t vart det ska ta vägen i cellen. För att hitta en mutation som styr eller är förknippad med en egenskap brukar forskarna jämföra DNA från hundar som har egenskapen med hundar som inte har den. Detta kan vara ganska enkelt när man studerar gener som styr utseendet, men det är mycket svårare när man studerar sjukdom eller beteende hos hundar (Spady et al. 2008; Parker et al. 2006).

För de flesta genomövergripande jämförelser använder vi ett ”SNP-chip” för hundar, detta är en metod för att avläsa mer än 100 000 fläckar på genomet vid ett tillfälle. Det senaste SNP-chippet för hundar har över 170 000 SNP:er (beskrivs i Vaysse et al. 2011). SNP, eller single nucleotide polymorphisms, representerar enskilda baser i genomet som ofta muteras. De flesta har inget med sjukdomar att göra, men de fungerar som vägvisare (”markörer”) för att navigera i hundens genom. Associationen bestäms genom att beräkna skillnaden i frekvens för varje markör hos hundar med sjukdomen eller egenskapen jämfört med hundar som inte har sjukdomen eller egenskapen. När ett signifikant samband mellan en SNP och en egenskap har hittats undersöker forskarna de intilliggande generna och sekvenserna för att försöka hitta den variant eller kombination av varianter som bidrar till den aktuella egenskapen.

Sekvensering av genomet

På grund av förbättringar av tekniken som har sänkt priset på sekvensering, kan vi nu använda sekvensering av hela genomet för att hitta mutationer av intresse. Under de senaste 30 åren har forskarna gjort anmärkningsvärda framsteg inom tekniken för gensekvensering så att det nu är möjligt att bestämma sekvensen av en organisms hela genom på några dagar. Sekvenseringstekniken avslöjar fler hemligheter hos hundarnas gener mycket snabbare än någonsin tidigare.

Tekniken går rakt in i hjärtat av den genetiska koden; den avkodar den exakta sekvensen av bokstavsbaserade baser som varje gen består av, och sekvenserna runtom och mellan generna som hjälper till med regleringen.

Courtesy of the NHGRI Intramural Publication Support Office

Learning About Mutations

När forskarna väl har sekvenserat en gen kan man tro att deras arbete är klart, men så enkelt är det inte. Nu måste de avgöra om de förändringar som upptäcktes i den genetiska koden faktiskt förändrar hur genen fungerar. Alla hundar har inte identiska versioner av samma gen. Genetisk variation uppstår när ”misstag” görs i cellens duplicerings- eller reparationsmekanismer som orsakar en permanent förändring i genens nukleotidsekvens. Dessa mutationer leder till varianter av en gen, så kallade alleler, som kan ändra genens funktion. Om dessa mutationer finns i könscellerna kan de föras vidare till framtida avkommor. De flesta gener styr mer än en funktion inom hunden. Ofta kan hur en gen uttrycks, eller sätts ”på” för att göra proteiner, ha en direkt effekt på hur andra gener fungerar. Förvirrande nog kan vissa fel i koden inaktivera en gen och andra öka eller lägga till aktivitet i en gen, men majoriteten av förändringarna har små eller till och med inga konsekvenser. Det är ofta ett komplicerat pussel att lösa. Forskare, som alltid är medvetna om att oönskade alleler tillsammans med goda alleler kommer att föras vidare från förälder till avkomma, arbetar ofta i åratal för att förstå ett proteins verkliga funktion i syfte att förbättra hälsan hos de hundar som de studerar. Med hjälp av bioinformatik, den statistiska metoden för att förstå omfattande biologiska datamängder, har vi dock tillgång till många verktyg för att avslöja hundgenomets hemligheter. Med hjälp av nya och sofistikerade metoder kan begåvade bioinformatiker jämföra genomsekvenser från ett stort antal individer för att hitta enskilda mutationer. I hundgenomprojektet modellerar vi ofta våra tillvägagångssätt efter tekniker som vi lärt oss från humangenomprojektet.

Geniska sjukdomar och hundgenomet

Forskare har identifierat över 360 genetiska störningar som förekommer hos både människor och hundar, varav cirka 46 % av dessa förekommer hos endast en eller ett fåtal raser. För de flesta av dessa har den underliggande genetiska skadan inte hittats.

Cancer är en genetisk sjukdom, men inte alla mutationer som leder till cancer är ärftliga. Under hela livet kan DNA:t i hundkroppens celler genomgå spontana genetiska förändringar. Med åren kan dessa genetiska mutationer byggas upp eller uppstå i viktiga gener. Om en enskild cell ackumulerar tillräckligt många mutationer eller får variation i en viktig gen kan cellen börja dela sig och växa okontrollerat. Cellen slutar då att utföra sin avsedda funktion, vilket kan leda till cancer. Vissa kraftfulla gener har identifierats som kan starta processen själva, ofta med en enkel mutation. Du kanske har hört talas om generna för mottaglighet för bröstcancer BRCA1 och BRCA2. De hör till den sistnämnda kategorin. Slutligen bidrar även miljöfaktorer till cancer, till exempel exponering för solljus och hudcancer hos människor.

En cancerdiagnos uppstår vanligen när okontrollerad tillväxt bildar massor av celler som kallas tumörer. Varje cell innehåller en kopia av den muterade genen som är identisk med kopian från den ursprungliga muterade cellen. Tumörceller kan vandra till andra organ och börja växa där. Detta kallas metastasering. Målet med cancerbehandling är att döda alla tumörceller inom en drabbad individ, eftersom en enda kvarvarande cell kan leda till att cancern återkommer. Strålbehandling används som en ”lokal terapi”, som är inriktad på att döda celler inom själva tumörstället. På liknande sätt används ofta kirurgi för att avlägsna tumören. Kemoterapi är en ”systemisk behandling” som dödar snabbt växande celler, både från i tumören och, förhoppningsvis, de som har rest till andra organ.

Till dags dato genomförs behandling av de flesta sjukdomar i efterhand, när sjukdomen väl har diagnostiserats. Hos hundar är detta ofta i ett avancerat skede eftersom de inte kan berätta för någon att de inte mår bra. Framsteg inom genetisk forskning bör öka detta tillvägagångssätt. En av de mest spännande möjligheterna när det gäller cancerstudier ligger faktiskt i möjligheten att använda genomik för att identifiera mutationer och diagnostisera cancer innan den har blivit ett stort problem. I slutändan hoppas vi kunna ta fram gentester för att identifiera skadliga mutationer innan en hund blir sjuk. Slutligen hoppas forskarvärlden kunna samarbeta med hunduppfödningen för att tömma populationerna på alleler för sjukdomskänslighet.

Sist ändrad: Tisdag, 13-Feb-2018 13:07:00 EST