Akitan ainutlaatuinen DNA

Pitkästä aikaa genetiikkaa. Inspiksenä kesäkuun alussa julkaistu paperi, jossa on tutkittu eri koiraroduille ominaista DNA:ta. Vähän kuin olisi etsitty roduista rotumerkkejä, jotka erottaa ne muista roduista, mutta genomitasolla. Ja yritetty selvittää, että selittääkö ne havaitut DNA-jutut todella rotujen ulkoisia ominaispiirteitä. Japanilaisroduista akita on ollu edustettuna, ja niistähän löytyi vaikka mitä mielenkiintoista.

Kyseessä on mielestäni japaninakita. Jälleen kerran herää kysymys, että mitä japanilaiset oikein tekivät akitalleen sodan jälkeen. Niistä molossi-seefferi-mistälie-mixeistä näyttää geenitasollakin tulleen taas uniikkeja alkukantaisia koiria.

Välikevennyksinä lisää 60/70-taitteen kiehtovia välivaiheakitoja värikuvina kirjasta (c) 日本犬 / Naotaka Hirota.

Pari huomionarvoista juttua tutkimuksesta

• Itselleni uusi termi BSGS eli breed-specific genetic signatures. Suomeksi vaikka DNA-rotumerkit?
• Rummutan blogissa geenitestien yhteydessä yleensä sitä, että kaupallisissa testeissä etsitään pelkkiä mutaatioita eikä lueta koko geeniä. Tämä tulee muuttumaan tekniikan ekonomistuessa. Tässäkin tutkimuksessa on luettu kokonaiset genomit.
• Tutkimuksen julkaisualusta on BMC Genomics (IF 4.558). En osaa kommentoida, vaikuttaa ok:lta.
• Mä en ole genomiikan tai populaatiogenetiikan ammattilainen. Jos jokin asia vaikuttaa omituiselta, niin olen voinut tulkita sen väärin. Siinä tapauksessa kommenttiboksiin mars.

Lista akita-rodun ominaisista yhen kirjaimen geenimutaatioista (snipeistä), jotka saattavat vaikuttaa koko koiraan

Kaikilta tutkimuksen akitoilta (5 akitaa), mutta ei muun rotuisilta koirilta, löytyi tällainen setti yhden DNA-kirjaimen mutaatioita. Tai löytyi niitä enemmänkin, mutta nämä voi olla merkityksellisiä, koska ne 1) sijaitsevat jossain tunnetussa geenissä proteiinin valmistusohjeen kohdalla ja 2) saavat aikaan sen, että proteiinin valmistusohje muuttuu. Jolloin koko proteiinin toiminta saattaa muuttua, mikä taas voi näkyä jotenkin koirassa. Laitan proteiinien enkkunimet, helpottaa lisätietojen etsimistä.

LOC119870150: Karakterisoimaton geeni ja proteiini. Tasha-bokserin referenssigenomista havaittu proteiinioletettu. Kukaan ei vielä tiedä, mitä tämä tekee. Proteiinitietokannasta ei muuten löydy miltään muulta elukalta samankaltaista proteiinia, mikä on vähän erikoista.

ARHGEF12: Rho Guanine Nucleotide Exchange Factor 12. Tunnetaan ihmisellä. Liittyy siihen, miten solu reagoi ulkopuoleltaan tuleviin viesteihin. Liittyy myös tietynlaiseen leukemiaan.

NFX1: Nuclear Transcription Factor, X-Box Binding 1. Tunnetaan ihmisellä. Geeninsäätelyproteiini. Sitoutuu ihmisellä immuunijärjestelmän HLA-alueelle (sama kuin koirien DLA) ja estää geeniekspressiota. Saattaa siis hillitä tulehdusreaktiota. _{Tulee mieleen akitojen autoimmuunisairaudet… mutta silloin kaikki viisi tutkittua akitaa olisi tämän osalta mutantteja.}

AQP3: Aquaporin 3. Tunnetaan ihmisellä. Kanavaproteiini, joka sijaitsee solukalvolla ja jonka läpi virtaa vettä. Ihmisellä akvaporiinin kolmosversiota löytyy munuaisten soluista.

NOL6: Nucleolar Protein 6. Tunnetaan ihmisellä. Sijaitsee solun tumassa tumajyväsessä ja liittyy ribosomien valmistukseen. Proteiini on todella samanlainen joka lajilla, joten sen toiminta on jotain elämälle keskeistä.

LOC106559783: Karakterisoimaton geeni ja proteiini. Toinen Tasha-bokserin genomin proteiinioletettu. Tutkimuksessa nimetty noin, mutta koodilla löytyy tietokannasta tarkennus Translation initiation factor IF-2-like isoform X1, eli olisi proteiinisynteesin aloituksessa toimiva proteiini.

KLKB1: Kallikrein B1. Tunnetaan ihmisellä. Veriplasman proteiini, joka kulkee epäaktiivisessa muodossaan verenkierrossa. Aktivoituu, kun tarvitaan veren hyytymistä tai tulehdusreaktiota.

EIPR1: EARP Complex And GARP Complex Interacting Protein 1. Tunnetaan ihmisellä. Proteiinin toiminta yhdistetty tuumorisuppressioon eli olisi antisyöpägeeni. Mutatoituneena yhdistyy erilaisiin kasvainsairauksiin.

SLMAP: Sarcolemma Associated Protein. Tunnetaan ihmisellä. Sarcolemma = luustolihassolujen ja sydänlihassolujen solukalvo. Proteiini on interaktiossa striatiini-proteiinien kanssa, jotka osallistuvat solussa ”vähän kaikkeen”. Eräs tunnettu mutaatio ihmisellä johtaa rytmihäiriösairauteen.

NIBAN3: Niban Apoptosis Regulator 3. Tunnetaan ihmisellä mutta huonosti. Saattaa liittyä ohjatun solukuoleman (apoptoosi) säätelyyn. Käyttäytyy poikkeavasti syöpäsoluissa. Akitoilla havaittu kolme aminohappomuutosta tässä samassa proteiinissa verrattuna muihin rotuihin.

JSRP1: Junctional Sarcoplasmic Reticulum Protein 1. Tunnetaan ihmisellä. Vaikuttaa lihassolujen supistumiseen, mahdollisesti säätelemällä lihassoluun tulevaa kalsiumsignaalia.

LOC119863881: Karakterisoimaton geeni ja proteiini. Tietokannassa tarkennuksena on Odorant-binding protein-like, eli liittyisi hajuhermon toimintaan ja hajuaistiin. Akitoilla havaittu kaksi aminohappomuutosta samassa proteiinissa. Sijainti X-kromosomissa.

Muut lyhyet DNA-alueet, joihin rikastunut erityisen paljon akitalle uniikkeja snippimutaatioita ja jotka on rikastuneet rodussa

Akitat ja muut itäaasialaisrodut erottuivat näidenkin suuressa määrässä muista roduista. Erona edelliseen geenilistaan on käsittääkseni se, että nämä mutaatiot sijaitsevat geenien väleissä tai proteiiniohjeiden väleissä introneissa eli eivät suoraan muuta valmistuvaa proteiinia. Sen sijaan ne voivat vaikuttaa siihen, missä ja milloin ja miten paljon proteiinia tuotetaan. Näillä suht lyhyillä DNA-alueilla on akitoilla siis 10-17 kpl mutatoituneita DNA-kirjaimia. Laitan listan isommista alueista jatkokäyttöä varten, mutta katsotaan tarkemmin noita yksittäisiä lokuksia.

Tulkintana on se, että nämä geenialueet on olleet epäsuorasti jalostusvalinnan kohteena, koska ne saavat aikaan koirassa jotain ulkoisesti havaittavaa, mistä kasvattajat ovat pitäneet. Tutkimuksessa ei oteta kantaa siihen, onko näin voinut käydä akitoilla myös sattumalta pullonkaulailmiön takia.

Alue LOC119871302-LOC102154570 (17 mutaatiota!)

Alue LOC100685738-LOC111096528

Alue LOC102152863-LOC119874118

Alue ABRA-LOC102153821

Lokus MARCHF1. Akitoilla 11 mutaatiota MARCHF1-geenin introneissa, jotka saksitaan pois lopullisesta lähetti-RNA:sta ja proteiinista. Saattavat silti vaikuttaa geenin toimintaan. Tunnetaan myös ihmisellä. MARCHF1 liimailee proteiineihin osoitelappuja, jotka ohjaavat ne kalvorakkuloihin tuhottavaksi. Mikä kiinnostavaa, niin se tekee (ihmisellä) tätä immuunijärjestelmän HLA-kompleksin tuottamille molekyyleille, eli hillitsee immuunijärjestelmän toimintaa. Ihmisten HLA on koirilla nimeltään DLA.

Lokus LOC119863881 (10 mutaatiota geenin edessä sekä 17 mutaatiota intronissa sekä yksi proteiinia muuttava mutaatio (?)) Tämä on sama hajuhermon toimintaan liittyvä geeni/proteiini kuin aiemmassa taulukossa, mutta proteiiniosan lisäksi geenin säätelyalueella näyttää kertyneen hirmuiset määrät mutaatioita. Mitä sellaista akitat haistavat mitä muut koirat ei? : D

Mutanttirotujen neljän kärki

Ne rodut, joilta kaikkiaan löytyi eniten omalle rodulleen uniikkeja snippimutaatioita, joita muilla roduilla ei ollut, olivat chow chow, akita, alaskanmalamuutti ja sussexinspanieli (!!!). Ilmiön katsotaan kuvastavan näiden rotujen geneettistä erilläänoloa muista koiraroduista.

En tiedä mitä ajatella tuosta spanielista.

Akitalla ei havaittu dramaattisia deleetioita proteiinien rakennusohjeissa

Eikä ylimääräisten osien insertioita. Muualla kuin proteiinien rakennusohjeissa lyhyitä puuttuvia tai lisääntyneitä DNA-pätkiä löytyi reippaasti. Samat neljä mutanttirotua johtivat niidenkin määrässä. Neljältä rodulta (norwichinterrieri, airedalenterrieri, chowi, berni) havaittiin jossain geenissä proteiinin rakentumiseen vaikuttava deleetio. Joko aminohappo putosi pois tai lukuraami muuttui (jolloin koko loppuosa proteiinista on sekaisin). Chowi on lähimpänä akitaa, joten laitetaan sen deleetio, jossa yksi aminohappo putoaa melko loppuosasta proteiinia pois. Kyseinen proteiini on SIPA1L1 eli signal induced proliferation associated 1 like 1. Ihmisellä sen uskotaan vaikuttavan solun tukirangan ylläpitoon sekä tekevän jotain hermosolujen synapseissa. Ehkä joku keksii vielä chowispesifin tutkimuksen, jossa selviää, mitä tuollainen deleetio proteiinin toiminnalle tekee, jos mitään. Hiirikokeissa geenin puuttuminen vaikuttaa hiirien luonteeseen, mikä on kiinnostavaa chowin kaltaisen rodun historian valossa.

Akitoilla selkeitä poikkeamia toistojaksojen määrissä

DNA:ssa esiintyvät toistojaksot on perinteinen rotukohtainen markkeri, koska niitä ilmestyy niin helposti verrattuna muihin mutaatioihin. Yleensä niitä pidetään neutraaleina, eli eivät vaikuttaisi geenien toimintaan, mutta kuka näistä säätelyalueista oikeasti tietää. Toistojakson idea: samassa kohdassa genomia on yhellä rodulla AGAGAG, toisella rodulla pelkkä AG ja kolmannella rodulla AGAGAGAGAGAGAG. Akitojen rotukohtaiset toistojaksot, jotka poikkesivat muista roduista:

PDE10A-geenin (phosphodiesterase 10A) intronissa. Tämä proteiini on todella keskeinen solun perusmetaboliassa ja signaalinvälityksessä.

NDST1-geenin ( N-deacetylase and N-sulfotransferase 1) intronissa. Jälleen perusmetabolian proteiini, joka kiinnittää heparaanisulfaattiin sen sulfaatin.

RTN1-geenin (reticulon 1) intronissa. Retikuloni 1 vaikuttaa hormoneja tuottavien solujen solukalvostossa ja liittyy siihen, miten solut erittävät hormonirakkuloita.

ZCCHC10-geenin (zinc finger CCHC-type containing 10) edessä, intronissa ja vielä takana. Lisäksi tämän geenin alueelta löytyi proteiinin rakennusohjetta muuttamattomia snippejä niin paljon, että alue mainitaan akitan uniikeimmaksi geenialueeksi. Proteiini näyttäisi liittyvän RNA:n käsittelyyn ja sitä myöten proteiinisynteesiin.

ABRA-geenin (actin binding Rho activating protein) edessä. ABRA on solukalvon monitoimiproteiini, joka liittyy mm. solusignalointiin ja geeninsäätelyyn.

LOC102155842-lokuksen intronissa. Proteiini vielä tuntematon.

Akita jakaa eniten DNA-rotumerkkejä chowin kanssa

Niistä mutaatioista, jotka ei olleet uniikkeja akitoille, löytyi eniten vastaavuutta choweilta. Itse asiassa korkeimmat samankaltaisuuslukemat rotujen parittaisissa vertailuissa on sheltillä/colliella ja akitalla/chowilla.

Mikähän selittää? Itäaasialaisuus? Alkukantaisuus?

Vaiko ehkä vanha tuttu chowiin perustuva mikawankoira. NIPPO inhosi sitä aikoinaan niin tolkuttomasti, että on koominen ajatus, jos se yhä piileksiikin japaninakitan geeneissä.

Seuraavaksi eniten samankaltaisuutta akitalla oli shar pein ja alaskanmalamuutin kanssa, sekä jonkin verran tiibetinspanielin ja sussexinspanielin kanssa. Muiden rotujen suhteen akita näyttää aika uniikilta. Ei löytynyt enää geenitason samankaltaisuutta niiden jättirotujen tai saksanpaimenkoiran kanssa, joihin akita sekoittui sodan aikana.

Johtopäätökset

Tutkimuksen idis oli lukea eri rotujen edustajien (esim. 5 akitaa) koko genomit ja etsiä DNA:sta kohtia, jotka löytyvät saman rodun kaikilta edustajilta mutta eivät muiden rotujen edustajilta. Eli tavallaan DNA-rotumerkit. Sitten katsottiin tarkemmin ne DNA-rotumerkit, jotka osuivat tunnettujen geenien kohdalle ja muuttivat siitä valmistuvaa proteiinia. Ajatuksena oli, että rodun erilainen proteiini voisi vaikuttaa rodun fenotyyppiin eli ulkoisiin rotumerkkeihin.

Akitalla löytyi selkeitä genomista DNA-rotumerkkejä, joita ei muilla roduilla ollu. Eli kaikilla viidellä akitalla on molemmissa vastingeeneissä ollut kyseinen rotukohtainen mutaatio. Nyt voi miettiä, että onko kaikilla akitoilla sama tilanne (jolloin mutaatio on fiksoitunut rotuun) vai sattumalta näillä viidellä tutkitulla.

Mutta tekeekö nuo löytyneet DNA-rotumerkit akitasta akitan, niin että ne on olleet jalostusvalinnan kohteena? Akitathan on käyneet läpi hitonmoisen pullonkaulan, jossa käsittääkseni katosivat mm. kaikki muut A-lokuksen värit kuin punainen. Silloin jonkun säästyneen kantakoiran mutaatio on voinut levitä koko rotuun automaattisesti.

Useimmat noista ”kandidaattigeeneistä” on mun mielestä liikaa solun ja monisoluisen eliön perusmetaboliaan liittyviä. Suurin osa koirankin geeneistä liittyy siihen, että yksittäinen solu voi toimia. Tai siihen, että kyseessä on elinkelpoinen koira. Rotugeenejä on tosi vähän. Vaikea uskoa, että akitoilla olisi jokin rotukohtainen proteiinisynteesi, joka näkyisi ulkomuodossa.

Sitten se kiinnostava osuus. Kuitenkin aika lyhyt lista hittejä, ja silti tuli vastaan kahdesti jotain immuunijärjestelmän toimintaan linkittyvää. Sattumaa vai merkityksellistä rodussa, jossa ongelmana on immunologiset sairaudet? Voiko nuo akitojen versiot NFX1– ja MARCHF1-lokuksista altistaa autoimmuunisairauksille? Ja onko ne todella tollaset koko rodussa. Jos mulla olisi geenilabra, niin tutkisin näitä : D Jotain muutakin sairastumiseen silti tarvitaan, koska muuten kaikki nuo viisi olisivat olleet AI-sairaita. Tutkimuksessa ei mainita koirien taustatiedoista kovin selkeästi. Osa näytteistä on tullut eläinlääkärikäyntien yhteydessä otetuista verikokeista. Luulisi kyllä, että ovat kontrolloineet asian ja ottaneet mukaan sillä hetkellä perusterveitä koiria. Tutkimuksen akitat oli 1 x uros ja 4 x narttua.

Kaikista tutkimuksen roduista löytyi lopulta kolme painavampaa DNA-rotumerkkiä, joista uskaltaa spekuloida jotain. Näissä proteiini oli pahemmin ”pilalla” kuin yhen aminohappomuutoksen verran. Berninpaimenkoiralla se on jokin kylmään ilmanalaan sopeutumiseen linkittyvä proteiini. Chowilla jo mainittu proteiini, joka voi liittyä hermostoon ja luonteeseen. Ja samojedilla jokin niveltulehdusta hillitsevä proteiini, mikä sopii sen rekikoirataustaan. Kuulostaa ehkä vaatimattomalta tässä vaiheessa, mutta tutkimus on mielestäni oikein hyvä pioneeritutkimus –> ”This study will stimulate new thinking.”

Lähteitä ja luettavaa

Systematically identifying genetic signatures including novel SNP-clusters, nonsense variants, frame-shift INDELs, and long STR expansions that potentially link to unknown phenotypes existing in dog breeds (Li ym., 2023)

Geenin ja proteiinien ominaisuudet: NIH/National Library of Medicinen tietokannat