Dokument: Identification of novel susceptibility genes for diabetes-related traits in a backcross of obese NZO with lean C3H mice

Titel:	Identification of novel susceptibility genes for diabetes-related traits in a backcross of obese NZO with lean C3H mice
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=47643
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20181025-130807-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. rer. nat. Schallschmidt, Tanja [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,97 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 24.10.2018 / geändert 24.10.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Al-Hasani, Hadi [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Feldbrügge, Michael [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Die genetische Prädisposition spielt eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Stoffwechselerkrankungen wie Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM). In genomweiten Assoziationsstudien (GWAS) und familiären Kopplungsstudien konnten bis heute bereits mehr als 100 Genvarianten identifiziert werden, die potenziell mit der Pathogenese des T2DM assoziiert sind. Dennoch schätzt man, dass diese Gene nur für maximal 20 % der genetischen Gesamtkomponente der Krankheit verantwortlich sind. Dies zeigt deutlich, dass zusätzliche Strategien für die Identifizierung neuer Risikogene erforderlich sind. Aufgrund der starken Übereinstimmung mit dem menschlichen Genom sind Mausmodelle zu einem wichtigen komplementären Werkzeug für die Identifizierung neuer Krankheitsgene und Signalwege geworden. Die verschiedenen Maus-Inzuchtstämme unterscheiden sich stark in ihrer genetischen Prädiposition für die Entwicklung von Adipositas und/ oder T2DM und eignen sich daher für die Entdeckung neuer Genotyp-Phänotyp Korrelationen. Mit dem Ziel der Identifizierung neuer Suszeptibilitätsloci für T2DM, wurde im Rahmen dieser Arbeit eine neue Kreuzung zwischen adipösen, T2DM-anfälligen New Zealand Obese (NZO)- und schlanken, T2DM-resistenten C3H Mäusen durchgeführt. In der anschließenden genomweiten Kopplungsanalyse der N2(NZOxC3H) Population wurde ein neuartiger QTL (Quantitative Trait Locus) für Blutglukose (12 cM; logarithm of the odds (LOD) 13,3) und Plasma-Insulin (17 cM; LOD 4,8) auf dem proximalen Bereich des Chromosoms 7 identifiziert. Dieser Genlocus wurde Cdp7-prox (C3H diabetes protector on proximal chromosome 7) benannt. Bereits im jungen Alter entwickelten die homozygoten Cdp7-proxNZO/NZO-Allel-Träger eine Hyperglykämie mit fortschreitendem Verlust der pankreatischen β-Zellen, was anhand des niedrigen Plasma-Insulin-Spiegels, sowie dem einsetzenden Gewichtsverlust im späteren Alter deutlich wurde. Im Gegensatz dazu waren die heterozygoten Cdp7-proxNZO/C3H-Allel-Träger weitgehend vor der Entwicklung eines T2DM geschützt. Die Entstehung der Hyperglykämie in den Risiko-Allel-Trägern war unabhängig vom Körpergewicht, was nahelegt, dass Cdp7-prox unmittelbar auf die Funktion der β-Zellen des Pankreas wirkt. Infolge der Introgression des kritschen C3H-Fragments auf einen genetischen NZO-Hintergrund, durch die Erzeugung und metabolische Charakterisierung rekombinant kongener Stämme (RCS), konnte der Phänotyp der N2-Population validiert werden. Im Gegensatz dazu bewirkte die Introgression desselben C3H-Fragments auf einen genetischen C57BL/6J-Hintergrund einen anderen Phänotyp, was vermutlich auf den Einfluss weiterer Hintergrund-spezifischer Modifikationsgene zurückzuführen ist. Mit Hilfe eines kombinierten Ansatzes aus Genexpressions- und Haplotypen-Analyse konnte der kritische QTL-Bereich zwischen 27 und 47 Mb mit 776 annotierten Genen auf eine begrenzte Anzahl von Kandidaten eingegrenzt werden. Für zwei der Kandidatengene (Pop4 und Atp4a) konnte eine Wirkung auf die Glukose-stimulierte Insulinsekretion in vitro, mit Hilfe von kultivierten murinen β-Zellen (MIN6), nachgewiesen werden. Für das Gen Nudt19 konnte ein inhibierender Effekt auf die Fettsäureoxidation in kultivierten Leberzellen (Hepa 1-6) gezeigt werden. Das Gen Klk1b22 stellt das einzige Kandidatengen dar, dessen Expression ausschließlich in einem Genotyp (C3H) nachgewiesen werden konnte. In zukünftigen Analysen soll ein potenzieller kausaler Zusammenhang der Kandidatengene mit dem Cdp7-prox-Locus ermittelt, und die zugrunde liegenden molekularen Signalwege funktionell untersucht werden. Genetic predisposition plays a key role in the development of metabolic diseases such as type 2 diabetes mellitus (T2DM). Until today, genome-wide association studies (GWAs) and familial linkage analyses in humans led to the identification of more than 100 gene variants potentially associated with the pathogenesis of T2DM. Nevertheless, it is estimated that these variants account only for a maximum of 20 % of the total heritable component of this disease, indicating that there is an obvious need for additional strategies aiming to detect causal genetic determinants. Mouse models share a large part of their genome with humans and thus have become an essential complementary tool for the identification of novel disease genes and signaling pathways. The genetic predisposition to develop obesity and/ or T2DM differs widely between the diverse mouse inbred strains; therefore they bear the potential to discover novel genotype-phenotype correlations. To identify new susceptibility loci for T2DM, a novel crossbreeding approach of obese and T2DM-susceptible New Zealand Obese (NZO) with lean and T2DM-resistant C3HeB/FeJ mice was conducted in this study. Subsequent whole-genome linkage scan of the N2(NZOxC3H) population revealed a novel quantitative trait locus (QTL) for blood glucose- (12 cM, logarithm of the odds (LOD) 13.3) and plasma insulin levels (17 cM, LOD 4.8) on proximal chromosome 7. This locus was designated as Cdp7-prox (C3H diabetes protector on proximal chromosome 7). Already at early stages of age, homozygous Cdp7-proxNZO/NZO allele carriers developed hyperglycaemia progressing into severe pancreatic β-cell failure as indicated by the loss of plasma insulin and body weight at later stages of age. By contrast, heterozygous Cdp7-proxNZO/C3H allele carriers were widely protected from T2DM. The onset of hyperglycaemia in the risk allele carriers was independent from the body weight, indicating that Cdp7-prox acts directly on pancreatic β-cell function. Introgression of the critical C3H fragment into the genetic NZO background by generating recombinant congenic strains (RCS) and metabolic phenotyping validated the phenotype observed in the N2 population. By contrast, introgression of the same C3H fragment into a C57BL/6J genetic background yielded a different phenotype, presumable due to the contribution of additional background-specific modifier genes. By a combined approach of gene expression- and haplotype analysis, the critical QTL region between 27 and 47 Mb including 776 annotated genes was narrowed down to a limited number of candidates. Two candidate genes (Pop4 and Atp4a) were shown to affect glucose-stimulated insulin secretion in vitro using cultivated murine β-cells (MIN6 cells). Another gene, Nudt19, was able to inhibit fatty acid β-oxidation in culivated liver (Hepa 1-6) cells. The gene Klk1b22 represents the only candidate gene whose expression was detectable exclusively in one genotype (C3H). In the future, a potential causal relationship of the candidate genes with the Cdp7-prox locus will to be determined and the underlying molecular pathways will be functionally analyzed.
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Fachbereich / Einrichtung:	Sonstige Einrichtungen/Externe » An-Institute » Deutsches Diabetes-Zentrum
Dokument erstellt am:	25.10.2018
Dateien geändert am:	25.10.2018
Promotionsantrag am:	05.06.2018
Datum der Promotion:	08.10.2018