Hundar hjälper oss att förstå människans sjukdomar Kerstin Lindblad-Toh
Målsättning med min forskning Att hitta människors sjukdomsgener via: - djurmodeller - en bättre förståelse av arvsmassan - storskalig teknologi och nya strategier Att utveckla ny diagnostik och behandlingsmetoder som bygger på kunskap om sjukdomsgener.
Hundars historia hjälper oss hitta sjukdomsgener Stora skillnader i utseende och beteende mellan raser Vi har valt egenskaper och anlag med stor effekt Anrikning av sjukdom inom raser Lättare hitta generna!! x x x x x Egenskap Sjukdom
Hund och människan har samma sjukdomar 1. Cancer 2. Epilepsi 3. Thyroidea sjukdomar 4. Allergier 5. Hjärtsjukdomar 6. Autoimmuna sjukdomar 7. Prog. Retinal Atrofi 8. Katarakter 9. Tvångsyndrom Tillgängliga sjukjournaler och stamtavlor
Människans och hundens gener i par 99% av hundens genom har sekvenserats Lätt hitta motsvarande människogen Regler signaler också likadana
Hur letar vi sjukdomsgener? Markörer i genomet varierar mellan olika hundar C A C G A T T C G A T G G A C G T C A C G A T A C G A T G G A C G T SNP (Single Nucleotide Polymorphism)
2.5 miljoner SNPar identifierade = 1 SNP/kb
Sjukdomsmappning med markörer och haplotyper Chromosome A / G C / G C / G A / T T / C A / T
SNP antal beror på längden av haplotypblock Korta haplotyper: fler SNPs behövs Långa haplotyper: färre SNPs behövs
Hundars historia gynnsam p.10 Domesticering ( ~ 30,000 år sedan)) Rasbildning (< 200 år sedan) Stora kromosombitar nedärvs tillsammans Lätt att hitta rätt region Raser är nära släkt -> samma mutationer
Fas 1: Genmappning inom en ras Leta igenom hela genomet efter en region associerad med sjukdom Långa haplotyper: färre SNPar behövs 500 kb
Fas 2: Finmappning med FLERA raser Addera andra raser och hitta liten region med få gener
Sammanfattning av vit färg mappning 2,400,000,000 bases (hela hundgenomet) Genom-vid mappning i 20 boxer 1,000,000 bases Fin mappning i Boxer & Bullterrier 100,000 bases Del av gen är misstänkt
Studieupplägg -> signifikanta resultat Markörer: > 15,000 SNPs testar >95% av genomet Hundar: Mycker mera effektivt än hos människa - tiotusentals patienter behövs hos människa
Med nya verktyg har vi hittat gener Nature Genetics, 2007 Nature Genetics, 2007 Vit färg Hårkam & & dövhet neuraltubsdefekt boxer R. Ridgeback MITF FGF3, FGF4, FGF19 Science, 2007 Genome Research, 2008 Hårlös & Dagblindhet tandproblem Strävhårig Tax Kinesisk nakenhund NPHP4 FOXI2 PNAS, 2009 Nature Genetics, 2007 PLOS Genetics, 2011 Human Genetics, 2007 ALS SLE Familjär Feber Kardiomyopati P. W. Corgi N. S. D. T. Retrievers Shar-Peis Boxers SOD1 Flera gener HAS2 Flera gener
Olika mutationstyper i monogena egenskaper Vit färg Hårkam Hårlöshet Indel i promotor ändrat uttryck? Repetitiv sekvens adderad Duplikation - (CNV?) - överuttryck? kort indel: kodande - felaktigt protein Dagblindhet Deletion av exon - kortare protein Komplexa sjukdomar: många typer av reglerande mutationer?
Hur läser vi av arvsmassan? Cirka 3 miljarder bokstäver: acggtggtctatttvargaggctatgafinnstttcgcctgattaggtagctagc tagcgenernagcgttttacggtggtctatttgaggctatgatttcgcctgatta ggtagctahurgctagcgcgtgagsättsgctatgatttdecgcctgapåtta ggtagjämförctagctagcgcgagcgdjurencgttttacattctttgcaga gagcatgatggasåaattgttgttsynstatttaattgggctdetctgagattt gtcgttagtcgattviktigatagggattccgatcgcgatcgcgatcgatcgct Hur tyder vi arvsmassan?
Hur läser vi av arvsmassan? Cirka 3 miljarder bokstäver: acggtggtctatttvargaggctatgafinnstttcgcctgattaggtagctagc tagcgenernagcgttttacggtggtctatttgaggctatgatttcgcctgatta ggtagctahurgctagcgcgtgagsättsgctatgatttdecgcctgapåtta ggtagjämförctagctagcgcgagcgdjurencgttttacattctttgcaga gagcatgatggasåaattgttgttsynstatttaattgggctdetctgagattt gtcgttagtcgattviktigatagggattccgatcgcgatcgcgatcgatcgct human armadillo elefant kanin igelkott katt delfin Områden med få skillnader är de viktiga
Hur läser vi av arvsmassan? Cirka 3 miljarder bokstäver: acggtggtctatttvargaggctatgafinnstttcgcctgattaggtagctagc tagcgenernagcgttttacggtggtctatttgaggctatgatttcgcctgatta ggtagctahurgctagcgcgtgagsättsgctatgatttdecgcctgapåtta ggtagjämförctagctagcgcgagcgdjurencgttttacattctttgcaga gagcatgatggasåaattgttgttsynstatttaattgggctdetctgagattt gtcgttagtcgattviktigatagggattccgatcgcgatcgcgatcgatcgct human armadillo elefant kanin igelkott katt delfin Områden med få skillnader är de viktiga
Komparativ genomik ger förståelse av människans arvsmassa >5 % av däggdjursgenom har en funktion ~1.5 % ger upphov till proteiner >3.5 % reglersignaler (när, var, hur bilda proteiner) ~20,000 gener hos däggdjur Genfamiljer expanderar hos vissa djurarter De flesta och starkaste reglersignalerna sitter vid gener som styr bl a fosterutvecklingen ~20% av reglersignaler är nya hos däggdjur Skräp-DNA ger upphov till nya signaler.
29 däggdjur förklarar människans arvsmassa Lindblad-Toh, Nature 2011 > 3 miljoner signaler
Vi hittar både fler gener och många fler reglersignaler Bättre upplösning Nya signaler HÄRNÄST: 100-200 däggdjur för att förstå varje bokstav
Pågående projekt När sjukdomsgener hittats, undersöker vi samma gener hos människor.
Pågående projekt När sjukdomsgener hittats, undersöker vi samma gener hos människor.
Axelsson et al, Nature, 2013 Vilka förändringar i arvsmassan har lett till hundens domesticering? Letade hunden upp människan? Fångade människor vargungar?
Jämför arvsmassan hos hund och varg Regioner som skiljer mellan hund och varg Regioner där alla hundar är lika Ca 40 region leder till domesticerade hundar
Beteende och metabolism har selekterats Gener som påverkar hjärnans utveckling och funktion - Tidiga förändringar?????? Gener som påverkar stärkelse nedbrytning - Adaptation till jordbrukskulturer. - Samevolution med människan? Påverkar selektionen våra sjukdomar?
Carneiro etal Science 2014 Beteende viktigt i kaniners domesticering in collaboration with Leif Andersson, Miguel Carneiro, Carl-Johan Rubin, Nuno Ferrand and the rabbit genome consortium Domesticering startade i södra Frankrike på sexhundra talet. Tusentals förändringar reglerar hjärngener Beteende viktigt
Tvångsyndrom hos Dobermann Pinschers Slickar kudden (startar vid ~4.8 månader) Slickar flanken (startar vid ~8.5 månader) Sår och ärr av allt slickande Människor med liknande sjukdom tvättar händerna allt för ofta
Jämför 92 sjuka och 68 friska Doberman p raw = 8x10-7 p genome = 0.013 19,500 SNP with MAF > 0.05
Zoomar in (fin-mappar) på kromosom 7 Bara en gen:
Hur fungerar CDH2? Neuronal cadherin Binder ihop celler Under embryo utvecklingen: ger höger vänster symmetri I hjärnan: binder ihop celler vid synapserna så att de kan interagera Ger plasticitet (inlärning och minne)
Vad går fel i tvångsyndrom? 33
Leta fler mutationer i flera raser Resekvensera alla top regioner i arvsmassan Sjuka & friska i varje ras 4+4 2+2 1+1 1+1 2+2 1+1 1+1
Mutationer finns i vissa regioner av gener
Många genes påverkar synaptisk plasticitet Hur synapsen sitter ihop cadherin Hur synapser förändras dynamiskt Hur glutamat frisläpps
När vi hittat gener: dags att omsätta i praktiken! + Diagnostik Behandlingar Människan 37 Personalized medicine