einführung internationale nomenklatur · pdf filegene • ein gen ist eine...
TRANSCRIPT
Einführung in die Internationale Nomenklatur
Jutta Davidson
Charles River Deutschland
Technical Manager
Historischer Überblick
• Regeln für Nomenklatur der Mausgenetik wurden
bereits in 1940 durch Dunn, Gruneberg, und Snell
publiziert
– Updates erfolgten durch „the International Committee
for Standardized Genetic Nomenclature in Mice“for Standardized Genetic Nomenclature in Mice“
• Regeln für Nomenklatur der Rattengenetik
wurden zuerst 1995 durch Levan et. al. publiziert
– Updates durch „the Rat Genome and Nomenclature
Committee“
Gegenwärtige Situation
• In 2003 beschlossen beide Committes, die Regeln und Richtlinien zu vereinheitlichen
Rules for Nomenclature of Mouse and Rat StrainsRat Strains
Rules for Nomenclature of Genes, Genetic Markers, Alleles, and Mutations in
Mouse and Rat
• Jüngster Update Januar 2009
Warum Standardisierte Nomenklatur ?
• Große Vielfalt an Laborratten und - Mäusen
• Notwendigkeit zu kategorisieren
• Eindeutige Identifizierung eines bestimmten Stammes
• Eindeutige Identifizierung eines bestimmten • Eindeutige Identifizierung eines bestimmten Gens, Genorts oder Symbols– und damit assoziierter Allele, Varianten und Mutationen
• Reproduzierbare Ergebnisse
• Gemeinsames Merkmal:
Labor Codes
Registrierte Labor Codes
• Identifizieren Züchter, Institut, Labor oder
Wissenschaftler, der Ratten- oder
Mäusestamm züchtet oder hält, oder DNA
Marker oder Mutationen entwickelt hat.
• Werden durch MGD oder durch das • Werden durch MGD oder durch das
„Institute for Laboratory Animal Research“
(ILAR) vergeben.
• Beispiele:– J The Jackson Laboratory
– Crl Charles River Laboratories
– Unc University of North Carolina
– Mpin Max Planck Institute for Neurobiology
Rules for Nomenclature of Mouse and Rat Strains
Stamm Kategorien
• Outbreds
• Inbreds
• Hybrids
• Coisogenics
• Consomics (Chromosome
Substitution)
• Hybrids
• Spontaneous Mutants
• Genetically Engineered
Mutants
• Congenics
• Recombinant Inbreds (RI)
• Recombinant Congenics
(RC)
• Conplastis
Auszuchtstämme
• Die internationale, standardisierte Nomenklatur
für Auszuchtstämme von Labortieren wurde durch
ein ICLAS Committee festgelegt.
• Festing et. al. (1972) Z. Versuchstierkunde 15, • Festing et. al. (1972) Z. Versuchstierkunde 15,
297-331
• <<Labor Code>> : <<Stammname>>
Crl:CD1(ICR)
Inzuchtstämme
• Ein Stamm gilt dann als Inzucht, wenn er
mindestens für 20 oder mehr aufeinander
folgende Generationen durch Bruder x Schwester
Verpaarungen gehalten wurde, und auf ein
einziges Ahnenzuchtpaar zurückgeführt werden einziges Ahnenzuchtpaar zurückgeführt werden
kann.
• Zu diesem Zeitpunkt hat das Genom des
einzelnen Individuums nur noch eine Rest-
Heterozygotie von durchschnittlich 0.01 %.
Nomenklatur der Inzuchtstämme
• Begründet auf Fellfarbe
C57BL: a/a nonagouti (black)
• Begründet auf Herkunft
SJL: Swiss, Jim LambertSJL: Swiss, Jim Lambert
• Begründet auf Phänotyp
NOD: Non-Obese Diabetic
Mutationen Passieren
• Etablierte Inzuchtstämme können sich im Laufe
der Zeit zu genetisch unterschiedlichen
Unterstämmen (Substrains) entwickeln
– Geschlossene Zucht für mehr als 20 Generationen
– Genetische Unterschiede sind nachgewiesen und publiziert
Nomenklatur der Inzuchtstämme
• Die Entstehung von Unterstämmen durch genetische Drift erfordert, dass diese durch einen Zusatz des Laborcodes zum Inzuchtnamen unterschieden werden können, da durch die genetische Drift Mutationen entstanden sein können, die den Phänotyp wesentlich beeinflussen können.
Beispiel
C57BL/6J
C57BL/6JOlaHsd mit Deletion in Synuclein alpha
Hybrid NomenklaturFür die Bezeichnung von Hybriden werden anerkannte Abkürzungen der
Elternstämme verwendet. Für Eindeutigkeit sollten die vollständigen
Stammbezeichnungen der verwendeten Elternstämme jedoch in jeder
Veröffentlichung bei der ersten Verwendung der Abkürzungen genannt
werden.
Beispiele anerkannter Abkürzungen:
AKR AKAKR AK
BALB/c C
C57BL/6 B6
C57BL/10 B10
C57L L
C3H C3
CBA CB
DBA D
SJL J
Hybride
• F1 Hybride– Nachkommen zweier Inzuchtstämme
D2B6F1 DBA/2 Weibchen x C57BL/6 Männchen
B6D2F1 C57BL/6 Weibchen x DBA/2 Männchen
• F2 Hybride– Nachkommen der F1 Hybride
D2B6F2 D2B6F1 Weibchen x D2B6F1 Männchen
B6D2F2 B6D2F1 Weibchen x B6D2F1 Männchen
C57BL/6J X 129P3/JEmsnonagouti (black) white-bellied agouti chinchilla
a/a Aw/Aw p Tyrc-ch/p Tyrc-ch
B6129PF1 X B6129PF1Aw/a p Tyrc-ch/+ + Aw/a p Tyrc-ch/+ +
white-bellied agouti white-bellied agoutiwhite-bellied agouti white-bellied agouti
B6129PF2segregieren für Aw, a,
p und Tyrc-ch
multiple Fell Farben (28)
Rules for Nomenclature of Genes, Genetic Markers, Alleles, and Mutations in Markers, Alleles, and Mutations in
Mouse and Rat
Gene
• Ein Gen ist eine funktionelle Einheit, die typischerweise für
ein Protein oder eine RNA codiert, deren Vererbung
experimentell verfolgt werden kann.
• Ein Gensymbol soll
– Aus 3-5 Zeichen bestehen
– Nur römische Buchstaben und arabische Zahlen beinhalten
– Mit einem Großbuchstaben beginnen, gefolgt von Kleinbuchstaben
– Keine Gewebespezifizierung oder Molekulargewichte beinhalten
– Kursiv geschrieben werden
Genetische Marker
• Ein genetischer Marker ist ein Mittel, durch das
ein Gen identifiziert werden kann und ist abhängig
von einem Test, z. B. auf Protein- oder DNA-
Basis. Er ist auch abhängig vom Vorhandensein
genetischer Variation.genetischer Variation.
• Typische DNA Marker
– Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP)
– Microsatellite Polymorphism (STR oder MIT)
– Single Nucleotide Polymorphism (SNP)
Allele
• Die zwei homologen Gene der männlichen und weiblichen Autosomen werden jeweils als Allel bezeichnet. Ein einzelnes Chromosom kann nur jeweils ein Allel tragen. (Ausnahmen: Deletionen, Duplikationen) Von autosomalen Genen existieren 2 Allele (Ausnahme: Trisomien).
• Beide Allele identisch = homozygot• Beide Allele identisch = homozygot
• Beide Allele verschieden = heterozygot
• Nur ein Allel vorhanden = hemizygot
– Allele auf Sexchromosomen, Transgene
Allel Nomenklatur
• Allele
– Beginnen mit Buchstaben
– Bestehen aus alphanumerischen Zeichen– Bestehen aus alphanumerischen Zeichen
– Stehen hochgestellt hinter Genbezeichnung
– Werden kursiv geschrieben
– Groß-Klein-Schreibung reflektiert Vererbungsmodus Dominant-Rezessiv
Allele
Genotyp Phänotyp
• Dominant D / D betroffen
D / + betroffen
+ / + nicht betroffen
• SemiDominant D / D betroffenD / D betroffen
D / + weniger betroffen
+ / + nicht betroffen
• Rezessivr / r betroffen
r / + nicht betroffen
+ / + nicht betroffen
Mutationen – mutierte Allele
• Führen zu vom Wildtyp verschiedenen
Allelen
• Spontane, induzierte, oder gezielt
gentechnisch erzeugte Mutationen werden
daher auch wie Allele des betreffenden
Gens benannt.
Nomenklatur für Spontane Mutationen
129P3-Leprdb-3J/J
• 129P3: genetischer Hintergrundstamm
• Lepr : Genort, Symbolname
• db-3J : mutiertes Allel,
Alte Nomenklatur: 129/J-db3J
• db-3J : mutiertes Allel,
3. Remutation, aufgetreten
bei The Jackson Laboratory
• J: Labor Code
The Jackson Laboratory
Congene Stämme
• Allele werden durch Rückkreuzung auf einen
anderen Inzuchtstamm übertragen
Intensität der Phänotyps ist abhängig Intensität der Phänotyps ist abhängig
Vom genetischen Hintergrund !
Congene Stämme
• Erzeugt durch wiederholte Rückkreuzungen mit einem Inzuchtstamm unter Selektion für einen bestimmten Marker des Donor Stammesbestimmten Marker des Donor Stammes
• Vollständig congen = Minimum von 10 Rückkreuzungsgenerationen (N10)
• Incipient congenic = N5-N9
8 0
9 0
1 0 0
Zygotiegra
d
99.2%98.4%93.8%
87.5%
99.8%99.6%
Rückkreuzung
Gemischter
Hintergrund (N1-N4)
96.9%
Incipient Congenic
(N5-N9)
Congen
(N10+)
99.95%
99.98%
99.99%
99.91%
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
20
3 4 5 6 7 8 91
Rückkreuzungsgeneration
10
75%
50%
Heterozygotie
Homozygotie
11
96.9%
1312
Linked DNA Carryover
N5±20 cM
Mutant Allele
N10±10 cM
N12±8.3 cM
N20±2.5 cM
Nomenklatur für Congene Stämme mit Spontanen Mutationen
Alte Nomenklatur : C57BL/6J-Lepob
Neue Nomenklatur B6.V-Lepob /J
• B6 : genetischer Hintergrund C57BL/6J• B6 : genetischer Hintergrund C57BL/6J
• V: Donor Stamm V/Le
• Lep : Gensymbol
• ob: mutiertes Allel
• J: Labor CodeThe Jackson Laboratory
Congene Nomenklatur
Neue Nomenklatur alte Nomenklatur
B6.Cg-Igha Thy1a Gpi1a /J C57BL/6-Igha Thy1a Gpi1a
• B6 = C57BL/6 : genetischer Hintergrund
• Cg : Congen
• Igha Thy1a Gpi1a : variante Allele
• J: Labor CodeThe Jackson Laboratory
Dieser Stamm wurde nicht durch Rückkreuzungen, sondern durch Verpaaren von drei individuellen congenen Stämmen erzeugt, die die varianten Allele bereits auf einem C57BL/6J genetischen Hintergrund trugen:
B6.C-Igha immunoglobulin heavy chain complex
B6.PL- Thy1a thymus cell antigen 1, theta
B6.CAST- Gpi1a glucose phosphate isomerase 1
Gentechnisch Erzeugte Mutationen
• Transgene
- Hinzufügen neuen genetischen Materials
• Gezielte (Targeted) Mutationen
- Gezielte Veränderung eines Gens durch - Gezielte Veränderung eines Gens durch
Homologe Rekombination mittels ES
Zelllinien
• Chemisch Induzierte Mutationen
- Zufällige Veränderungen des genetischen
Materials via Chemikalien (oder Bestrahlung)
A -> G
Nomenklatur für Transgene Mäuse
C57BL/6-Tg(ACTB-EGFP)1Osb/J
• C57BL/6: genetischer Hintergrund Stamm
• Tg: Transgen
• (ACTB-EGFP): offizielles Gensymbol der inserierten DNA– Anmerkung: die Bezeichnungen der Promotoren (ACTB) werden bei Linien
hinzugefügt, die sich durch gewebespezifische Expression unterscheiden.
• 1: Founder Linien Nummer
• Osb: Labor Code des Ursprungslabors– Dr. Masaru Okabe, Osaka University
• J: Labor Code des Tierzüchters– The Jackson Laboratory
Knock-out Modell
Funktionale GenanalyseZielgen ValidierungScreening auf Substanz Spezifität
Nomenklatur für „Targeted Mutations“
* *
Gefloxtes Modell
*
Knock-in Modell
Markierung des Zielgens für weitere ManipulationenKreuzung mit cre-trangenen Mäusen
SNP in vivo ValidierungTiermodel humaner ErkrankungenFunktionale Analyse von Isoformen
Nomenklatur für „Targeted Mutations“
B6.129P2-Apoa1tm1Unc/J
• B6 : genetischer Hintergrundstamm
• 129P2: Donor Stamm (der ES Zelllinie E14TG2a)
• Apoa1: Genort
• tm1: „targeted mutation“, Konstrukt # 2
• Unc: Labor Code des Ursprungslabors
• J: Labor Code Züchter/Halter
Humanized Mouse Models
• Weitere Form des „Knock-ins“
• Maus Gen ersetzt
durch humanes Gen
• Humanes Gen unter
Humanized mousemodel
• Humanes Gen unter
der Kontrolle des Maus
Promoters
• Expressionsmuster ist
physiologisch relevant
Gemischter vs Congener Hintergrund
B6;129P2-Apoa1tm1Unc/J
B6.129P2-Apoa1tm1Unc/J
Alte Nomenklatur: C57BL/6-Apoa1tm1Unc
• B6: genetischer Hintergrund Stamm• B6: genetischer Hintergrund Stamm
• . : insipient congenic (N=5) oder
vollständig congen (N=10)
• ; : genetischer Mischhintergrund
• 129P2: Donor Stamm (der ES Zelllinie
E14TG2a)
Transgene von “Targeted Mutations” unterscheiden
• C57BL/6-Tg(APOA1)1Rub/J
• B6.129P2-Apoa1tm1Unc/J
• B6.Cg-Tg(GFAP-APOE4)1Hol Apoetm1Unc/J
Cre x Lox Mäuse
XloxP loxP
Exon 1 1 2 3 4 5 6
Cre
III II IVI
IV
loxP
II III
Nomenklatur "Cre" x "floxed"
• Das knock-in der loxP Signalstellen folgt den Regeln für Targeted Mutations (tm).
• Falls durch Verpaarung mit einer Cre exprimierenden, transgenen Maus ein zweites vererbbares Allel generiert wurde, wird die tm – Nomenklatur beibehalten, und eine wurde, wird die tm – Nomenklatur beibehalten, und eine Seriennummer angehängt.
• Falls die Verpaarung mit einer Cre exprimierenden, transgenen Maus zu somatischen Veränderungen in den Nachkommen führt, die nicht keimbahngängig sind, wird keine neue Nomenklatur vergeben.
Nomenklatur "Cre" x "floxed"
• Beispiel: Tfamtm1Lrsn and Tfamtm1.1Lrsn.
• In diesem Bespiel bezeichnet Tfamtm1Lrsn die
gezielte Mutation bei der loxP in das Tfam Gen
inseriert wurde. inseriert wurde.
• Tfamtm1.1Lrsn bezeichnet ein neues
keimbahngängiges, also auf Nachkommen
übertragbares Allel, das durch Verpaarung mit
einer cre-exprimierenden Maus erzeugt wurde.
Quellen für Nomenklatur Regeln und Empfehlungen
• Institute for Laboratory Animal Research (ILAR) http://dels.nas.edu/ilar_n/ilarhome/register_lc.shtml.
• Nomenklatur Tutorial jaxmice.jax.org/subscribe/nomenclature
• MGI Homepage http://www.informatics.jax.org/
• MGI Maus Nomenklatur Homepage www.informatics.jax.org/nomen/http://www.informatics.jax.org/mgihome//nomen/index.shtmlhttp://www.informatics.jax.org/mgihome//nomen/index.shtml
• Checklist for Proposing a Locus Symbol http://www.informatics.jax.org/mgihome//nomen/checklist.shtml#check
• Hilfestellung unter e-mail [email protected]
• RGD rgd.mcw.edu/nomen/rules-for-nomen.shtml
• RATMAP www.ratmap.gen.gu.se
• Gesellschaft für Versuchstierkunde – Ausschuss für Genetik und Labortierzucht
www.gv-solas.de/auss/gen-korr.html