Dokument: Positional cloning of type 2 diabetes genes derived from the polygenic New Zealand Obese (NZO) mouse model
| Titel: | Positional cloning of type 2 diabetes genes derived from the polygenic New Zealand Obese (NZO) mouse model | |||||||
| Weiterer Titel: | Positionsklonierung von Typ-2-Diabetes-Genen aus dem polygenen New Zealand Obese (NZO) Mausmodell | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=56081 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20210427-105326-1 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dr. Altenhofen, Delsi [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Hadi Al Hasani [Gutachter] Prof. Dr. Axel Gödecke [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Diabetes, linkage, Mouse genetics, positional cloning | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie | |||||||
| Beschreibungen: | Die Pathogenese des Typ-2-Diabetes (T2D) wird stark vom dem individuellen Lebensstil und den entsprechenden genetischen Anpassungen bestimmt. Obwohl bereits Hunderte von Gene mit der Entwicklung des T2Din Verbindung gebracht wurden, können diese bisher nur einen kleinen Prozentsatz der gesamten Erblichkeit, die schätzungsweise bis zu 80 % des Krankheitsrisikos ausmacht, erklären. In der Vergangenheit, haben sich Kopplungsstudien mit Hilfe von Maus-Inzuchtstämmen für die Identifizierung von Krankheits-assoziierten Genen als effizient erwiesen. Mittels dieser vorteilhaften Methode wurde ein neuer quantitatives Merkmals-Locus (Quantitative trait loci; QTL) auf Chromosom 15 identifiziert, welcher zu Nbg15 (NZO-Blutglukose auf Chromosom 15, LOD 6,6 13 cM) benannt wurde. Nbg15 wurde in einer Rückkreuzungs-Population (N2 (C3HxNZO)) identifiziert, welche aus den beiden Mausinzuchtstämmen New Zealand Obese (NZO), einem populären Mausmodell für T2D, und dem als T2D-resistenten C3HeB/FeJ (C3H) Stamm erzeugt wurde. C3H-Allelträger für Nbg15 wiesen ein geringeres T2D-Risiko im Vergleich zu NZO-Allelträgern auf. Das Ziel dieser Studie war es, die pathophysiologischen Mechanismen und Genvarianten zu identifizieren, die dem Nbg15-assoziierten Phänotyp zugrunde liegen. Zu diesem Zweck wurden drei experimentelle Strategien kombiniert. Um das Konfidenzintervall des QTL besser zu definieren, wurden zunächst neue zusätzliche genetische Marker für denNbg15-Locus verwendet. Die genetische Analyse ergab einen proximalen (Nbg15p, 6,9 LOD 18,5 cM), sowie einen distalen (Nbg15d, 5,6 LOD und 27 cM) Nbg15-Sublocus, welche jeweils mit einem niedrigeren Blutglukosespiegel in C3H Allelträgern assoziiert waren. Zweitens wurden rekombinante kongene Mausstämme (RCS) durch Introgression des gesamten (Nbg15c), des proximalen (Nbg15p) oder des distalen (Nbg15d) Nbg15-Locus vom C3H-Stamm in das NZO-Genom, erzeugt. Übereinstimmend mit den in der N2(C3HxNZO) Population beobachteten Ergebnissen, zeigten homozygote Allelträger des vollständigen Nbg15-Locus (Nbg15-cC3H/C3H) niedrigere Blutglukose Kombiniert mit erhöhten Plasmainsulin-Konzentrationen und demnach eine auffallend niedrigere T2D-Prävalenz im Vergleich zu den Kontrollmäusen (Nbg15NZO/NZO). Weitere histologische Analysen des Pankreas der jeweiligen Mauslinien zeigten, dass die die C3H-Allelträger für den konsomischen und distalen Locus (Nbg15-cC3H/C3H und Nbg15-dC3H/C3H), eine erhöhte Anzahl von pankreatischen Inseln im Vergleich zu NZO-Kontrollmäuse (Nbg15-cNZO/NZO) aufwiesen. Basierend auf diesen Ergebnissen, wirkt der dem Ngb15-assoziierte Phänotyp zugrundeliegende Mechanismus vermutlich in den pankreatischen Langerhans-Inseln und konnte in C3H-Allel-Trägern des distalen Sublokus von Nbg15 (Nbg15-dC3H/C3H) phänokopiert werden. Das Ziel der dritten Strategie war die Identifizierung von Kandidatengenen, welche dem Nbg15-assoziierten Phänotyp zugrunde liegen könnten. Dazu wurden Genexpressionsanalysen in den Parentalstämmen NZO und C3H und der Rückkreuzungspopulation (N2 (C3HxNZO)), sowie eine Haplotypen-Analyse mit in silico Gen / Proteinfunktionens-Vorhersagen kombiniert. Die Ergebnisse der Analysen führten zur Identifizierung des Gens Kdelr3 (Endoplasmic reticulum protein retention receptor 3) als Hauptkandidatengen, welches möglicherweise die Funktion und/oder Integrität der Langerhans-Inseln beeinflusst. Die Kdelr3-mRNA-Expressionsmenge in isolierten primären Langerhans-Inseln war höher im NZO-, als im C3H Stamm. Außerdem, konnte eine als „schädlich“ klassifizierte Mutation in der Kdelr3-Genvariante von NZO mit einer höheren T2D-assoziierten Mortalität, einem erhöhten Blutglukosespiegel, sowie einer niedrigeren Plasmainsulin-Konzentration in der N2(C3HxNZO) Rückkreuzungspopulation assoziiert werden. In zukünftige Studien soll ein möglicher Zusammenhang der Funktion von KDELR3 mit der Pathophysiologie des T2D im Menschen untersucht werden.The pathogenesis of type 2 diabetes (T2D) is strongly driven by individual lifestyle and its corresponding genetic adaptations. Despite the fact that hundreds of genes have already been linked to T2D development, they still account for only a small percentage of the total heritability, estimated to explain up to 80 % of the disease risk. Linkage studies in mouse inbred strains have been proven efficient in identifying novel disease-associated genes. Taking advantage of this method, a novel diabetes quantitative trait locus (QTL) was identified on chromosome 15, termed Nbg15 (NZO Blood glucose on chromosome 15, LOD 6.6 13 cM). Nbg15 was identified in an outcross population (N2(C3HxNZO)), generated from the two parental inbred strains New Zealand obese (NZO), a T2D mouse model, and the C3HeB/FeJ (C3H), a strain known to be lean and diabetes resistant. Nbg15 carriers of the C3H alleles were less susceptible to develop T2D in comparison to NZO carriers of Nbg15. The aim of this study was to investigate the pathophysiological mechanisms and the gene variants underlying the Nbg15-linked phenotype. For this purpose, three major experimental strategies were combined. First, to better define a QTL confidence interval, additional genetic markers were mapped to the Nbg15 locus and revealed a proximal (Nbg15p, 6.9 LOD 18.5 cM) and a distal (Nbg15d, 5.6 LOD and 27 cM) Nbg15 sub-locus, both associated with lower blood glucose levels in the C3H allele carriers. Secondly, recombinant congenic mouse strains (RCS) were generated by introgression of the entire (Nbg15c), the proximal (Nbg15p) or the distal (Nbg15d) Nbg15 locus from the C3H strain into the NZO genome. In accordance with the results observed in the N2(C3HxNZO) population, homozygous allele carries of the full Nbg15 locus (Nbg15-cC3H/C3H) displayed lower blood glucose levels in combination with elevated plasma insulin levels and thus a strikingly lower diabetes prevalence in comparison to the control mice (Nbg15NZO/NZO). Moreover, histological analysis of the pancreata of these mice revealed that the consomic and the distal C3H allele carriers (Nbg15-cC3H/C3H and Nbg15-dC3H/C3H) of the Nbg15 locus had an increased number of pancreatic islets compared to Nbg15-cNZO/NZO control mice. Hence, the pathophysiological mechanism underlying the diabetes-protective Nbg15 phenotype targets the pancreatic islets of Langerhans and was exclusively phenocopied in mice carrying the C3H alleles at the distal sublocus of Nbg15 (Nbg15-dC3H/C3H). Furthermore, a third strategy consisted of a gene candidacy scanning to unravel the most likely Nbg15 associated genes. The combination of gene expression profiling in the parental NZO and C3H strains and the backcross (N2(C3HxNZO)) population, haplotype analysis and in silico predictions of gene/protein functional impact were applied. The results led to the identification of the gene Kdelr3 (Endoplasmic reticulum protein retention receptor 3) as a major candidate gene affecting pancreatic islet function and/ or integrity. Kdelr3 mRNA expression levels were higher in isolated primary NZO islets compared to islets of Langerhans from the C3H strain. Moreover, the identification of a potentially disruptive mutation in the Kdelr3 gene variant from NZO was associated with higher T2D-associated mortality, increased blood glucose levels and lower plasmatic levels of insulin in the N2(C3HxNZO) backcross population. Future studies aim for the investigation of KDELR3 potential function in the pathophysiology of T2D in humans. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 27.04.2021 | |||||||
| Dateien geändert am: | 27.04.2021 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 07.05.0020 | |||||||
| Datum der Promotion: | 28.08.2020 |
