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Genetic analysis of the hooded phenotype in the rat

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Please use this identifier to cite or link to this item:http://doi.org/10.14943/doctoral.k9954

Title: Genetic analysis of the hooded phenotype in the rat
Other Titles: ラット頭巾斑表現型の遺伝学的解析
Authors: Torigoe, Daisuke1 Browse this author
Authors(alt): 鳥越, 大輔1
Issue Date: 24-Mar-2011
Abstract: The hooded phenotype showing non-pigmented hairs in the abdominal skin is one of the coat color phenotypes seen peculiarly in the laboratory rat. The hooded locus showing autosomal recessive inheritance has been mapped on Chr 14 and that the hooded phenotype receives modification by hooded-modifier gene showing linkage to the hooded locus. Thus, I have conducted genetic studies to identify a gene responsible for the hooded locus and genes responsible for hooded-modifiers. In part 1 of this study, I narrowed critical region of the hooded locus and revealed that only Kit gene, known as a marker of melanocyte and one of coat color genes, exists in this region through genetic fine mapping using backcrosses from feral rat-derived inbred strain IS and hooded phenotype strain, LEA. Although a G to C transversion was observed in exon 2 of the Kit gene, it was synonymous substitution. Further, the expressions of Kit mRNA were not different in fetal neural tubes and neonatal and adult skins between IS and LEA rats. Furthermore, Kit-positive cells were observed in LEA rat abdominal skin in spite of the absence of melanin in this region. These results suggest that the synthesis of melanin is impaired possibly due to the malfunction of Kit-expressed melanocytes residing in the non-pigmented hair follicles of hooded phenotype rats. However, substantial mutation of the Kit gene and the mechanisms by which Kit impairs the function of melanocytes in non-pigmented hair follicle remain unknown. In part 2 of this study, I carried out genetic linkage studies using BN and LEA rats to clarify genetic control in the extent of the hooded phenotype. A genome-wide scan was conducted on 152 F2 rats for linkage with ratio of pigmented coat area for the dorsal, ventral, and total regions. The result indicated that a major QTL was mapped to D14Got40, which is the microsatellite marker closely present to the hooded locus. In addition, another QTL, D17Rat2 showing highly significant linkage was also detected on Chr 17 in dorsal region phenotype as well as a QTL showing suggestive linkage on Chr15 in ventral region phenotype. I further investigated a genome-wide scan for epistatic interactions and detected significant interactions between D14Got40 and D20Mit1, and between D14Got40 and D17Rat2 in dorsal region phenotype. These results suggest that the hooded locus regulates the extent of the hooded phenotype with some modifier genes. This study proposes that Kit is a strong candidate gene responsible for the hooded locus and some genetic loci modify the extent of the hooded phenotype, although the precise mechanisms of them are still unclear. Thus, further study is necessary to understand the mechanisms by which the hooded phenotype appears with various extent of pigmented ratio in the rat.
げっ歯類における被毛色研究は、その明らかな表現型故に古くから研究がなされており、現在までに約150個の遺伝子座と約1,000個の対立遺伝子の存在が明らかとなっている。一般的に被毛色は、発生初期段階において神経堤より派生する神経堤細胞から分化、誘導されるメラノサイトが産生するメラニンによって規定される。神経堤細胞はメラノサイト以外にも骨細胞や軟骨細胞、末梢神経細胞、内分泌細胞など様々な系列に分化できる多能性を持っており、ワーデンブルグ症候群に代表される神経堤細胞の分化異常の疾患では、被毛色異常と同時に難聴や腸管神経節欠損など、皮膚以外の臓器にも異常が見られることが報告されている。頭巾斑表現型はラット特有の被毛色表現型で、その遺伝子座は第14染色体に座位し常染色体劣性遺伝様式を示すことが明らかとなっている。頭巾斑遺伝子座には複数の対立遺伝子が存在することや、頭巾斑の表現型を修飾する遺伝子座が存在することが報告されているが、それらの責任遺伝子は未だに明らかとなっていない。また、頭巾斑表現型は被毛色のみに現れ、その他の神経堤細胞由来の細胞系列は正常であると考えられる。従って、頭巾斑遺伝子座の解析は被毛色異常のメカニズムを明らかにするだけでなく、神経堤細胞の分化、遊走のメカニズム解明にも有用であると考えら58れる。よって本研究では、頭巾斑表現型ならびに頭巾斑表現型修飾因子の遺伝学的解析を試みた。第一章では野生型のISラットと頭巾斑表現型のLEAラットの戻し交配個体795匹を用いて詳細マッピングを行った。その結果、頭巾斑遺伝子座はマイクロサテライトマーカーD14Hok1と強く連鎖し、D14Rat84からD14Got40までの約0.4 Mbpに存在することを明らかにした。この領域に含まれるタンパク質をコードする遺伝子はKitのみであり、ゼブラフィッシュからヒトに至るまで多くの脊椎動物においてKit遺伝子の変異により色素産生異常を呈することが報告されている。このことからKitが頭巾斑遺伝子座の有力な原因遺伝子であると考えられた。しかしながらKitのコーディング領域には野生型と頭巾斑表現型の間で1つの同義変異が存在するのみで、胎齢期から新生子期、成体までKitのmRNAの発現量に有意な差は見られなかった。さらに、免疫染色によるとメラニンが存在しないLEAラットの白色被毛部位においてもメラノサイトマーカーであるKit陽性の細胞が検出された。このことから頭巾斑表現型はKitの単純な発現量の変化ではなく、何らかのメカニズムによるメラノサイトの機能異常が原因であると推測された。次に、頭巾斑表現型の修飾遺伝子座を同定するために、野生型に類似した表現型を示す頭巾斑の対立遺伝子hiを保持するBNラットとLEAラットを用いて遺伝解析59を行った。F2個体において体表面積に占める有色被毛で覆われた面積を背側、腹側、全体についてそれぞれ調べたところ、その値は全て明らかな2群に分離せず連続的な値を示したことから複数の遺伝子座による制御が示唆された。そこでQTL解析を行ったところ、全ての場合においてD14Got40近傍に非常に強いQTLが検出された。また背側における第17染色体に強いQTLが、ならびに腹側における第15染色体に弱いQTLが検出された。次に遺伝子座間の相互作用、エピスタシス解析を行ったところ、背側の表現型に関してD14Got40とD20Mit1間、およびD14Got40とD17Rat2間において強い相互作用があることが明らかとなった。D14Got40は頭巾斑遺伝子座のまさに近傍であり、これらの結果から頭巾斑遺伝子座そのものがその他の遺伝子座と相互作用して頭巾斑表現型を調節している事、つまりKitと他の遺伝子座にコードされるタンパク質の相互作用が頭巾斑表現型の調節に重要である事が示唆された。
Conffering University: 北海道大学
Degree Report Number: 甲第9954号
Degree Level: 博士
Degree Discipline: 獣医学
Type: theses (doctoral)
URI: http://hdl.handle.net/2115/44981
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Submitter: 鳥越 大輔

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OAI-PMH ( junii2 , jpcoar )


 

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