犬の健康問題とIP3受容体の遺伝的関連
研究によると、犬の遺伝子の変化が神経や歯にどう影響するかがわかったよ。
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目次
イノシトール1,4,5-トリスリン酸受容体(IP3R)は、細胞内のカルシウムレベルを調整する重要な役割を果たしてるんだ。この受容体は小胞体にあって、いろんな大事な仕事に関わってる。信号に反応してカルシウムを放出するよう細胞に指示することで機能してる。このカルシウム放出は、細胞の成長、代謝、プログラムされた細胞死など、体のいろんな機能にとって重要。
IP3Rには、IP3R1、IP3R2、IP3R3の3種類があって、各タイプは異なる組織で違った機能を持ってる。研究者たちは、特定の遺伝子を除去した動物を調べたり、IP3R遺伝子に変化のある患者を見たりして、これらの受容体についてたくさんのことを学んできた。それでも、科学者たちはまだこれらの受容体がカルシウムシグナルをどのように制御しているのか、またそれが細胞機能にどう影響するのかを完全には理解してないんだ。
IP3受容体に関連する人間の疾患
IP3R遺伝子の変化は、いくつかの遺伝性疾患と関連してる。例えば、ITPR1遺伝子の変異は、特定の形態の脊髄小脳失調症やジルスピー症候群に関連してる。さらに、ITPR2遺伝子の変異は発汗の問題を引き起こす可能性がある。一部の動物実験では、ITPR1遺伝子を削除すると、失調症やてんかんのような深刻な健康問題が生じることが示されている。
私たちの研究では、ITPR3遺伝子に変化のある個体を特定したんだけど、これは筋力低下や神経の問題を引き起こす状態に関連しているみたい。この発見は、シャルコー・マリー・トゥース病1Jという新しいタイプの遺伝性神経障害を定義するのに役立った。この病気は末梢神経に影響を及ぼし、さまざまな感覚や運動の問題を引き起こす。
ランカシャー・ヒーラー犬のケース
私たちの研究では、ランカシャー・ヒーラー犬においてITPR3遺伝子の変化を発見した。この変化は、歯や神経に影響を与える状態につながる。影響を受けた犬は、変色や弱いエナメル質を含む深刻な歯の問題を抱えてた。神経の問題の兆候も見られたけど、動きはほぼ正常だった。
これらの犬は、カルシウムシグナルに重要なIP3R3タンパク質が完全に失われていたことがわかった。驚くべきことに、他の二つのIP3Rタンパク質であるIP3R1とIP3R2のレベルも非常に低かった。この状況は、3つの受容体が正しく機能するためにお互いに依存していることを示唆してる。
影響を受けた犬の兆候と症状
ITPR3遺伝子に変化のあるランカシャー・ヒーラー犬は、明らかな歯の問題を示した。彼らの歯は黄色や茶色で薄く、一部は露出した層を持っていた。これらの問題は成犬の歯が生え始めるとすぐに現れた。
犬たちは普通に動いていて、特異な行動を示さなかったけど、9歳の犬の1匹にわずかな問題があった。健康診断中、何匹かは前肢に構造的な問題があったけど、他に大きな健康問題は見つからなかった。筋電図検査では神経の問題と一致する変化が見られ、特定の神経の伝達が悪いことが示されて、これは神経を囲むミエリン鞘に問題があることを示してる。
犬の遺伝的発見
私たちは、これらの犬に見られた特定のITPR3の変化を調べた。慎重な遺伝子分析を通じて、遺伝子内でストップ信号を引き起こす特定の変異を特定し、IP3R3タンパク質の非常に短くて機能しないバージョンをもたらしたことがわかった。特に、影響を受けた犬では他の二つの受容体のレベルも減少していて、彼らの間のより深い関連を示唆している。
私たちは、影響を受けた犬や症状のない犬からDNAを調べることで、この遺伝子変化の存在を確認した。テストの結果、同じ遺伝子変化を持つ10匹の影響を受けた犬が特定された。
カルシウムシグナルの役割を理解する
カルシウムは、筋肉の収縮、神経信号、ホルモン放出など、さまざまな細胞プロセスで重要な役割を果たす。IP3Rは細胞内のカルシウムレベルを制御する主要なプレーヤー。特定の信号に応じてカルシウムを放出するために開くけど、これらの受容体に欠陥があると、細胞の反応に問題が生じる可能性がある。
影響を受けた犬では、減少したIP3R3がカルシウム信号に対する反応を低下させた。刺激を受けたときのカルシウム放出能力が低下していて、カルシウムの取り扱いに深刻な問題があることを示してる。
IP3R機能の研究
ITPR3の変化が犬にどのように影響したかを理解するために、影響を受けた犬から採取した細胞でテストを行った。カルシウムレベルを可視化する特別な染料を使用したところ、影響を受けた細胞は刺激物に対してカルシウム放出が大幅に減少した。
これは、故障した受容体が実際にカルシウムシグナルを損なっていることを示している。細胞内に蓄えられたカルシウムの量も測定したけど、影響を受けた細胞と対照細胞の間に総カルシウムレベルに違いはなかった。それでも、必要なときにそのカルシウムを放出する能力は著しく妨げられていた。
治療オプションの調査
他の受容体のレベルを改善できるかを確認するため、影響を受けた細胞にタンパク質の分解を阻害する薬を治療した。この治療により、IP3R1とIP3R2のレベルが回復し、IP3R3が存在しないと他の二つのタンパク質が加速的に破壊されていることが示唆された。
分解を抑制することでいくつかのタンパク質レベルは回復したけど、根本的な問題であるIP3R3の完全な喪失は解決されていない。タンパク質レベルの回復は一時的には役立つかもしれないけど、根本的な問題には対処してないんだ。
私たちの発見の重要性
私たちの研究の発見は、ITPR3の変化が歯と神経機能の両方にどのように影響するかを明らかにしてる。影響を受けた犬とCMT1Jのような人間の疾患との類似点は、これらの受容体が種を超えてどのように機能するかに共通の経路があることを示唆してる。
この研究は、IP3R3が神経機能だけでなくエナメル質形成などのプロセスにも関与していることを強調してる。カルシウムシグナルが歯の健康と神経機能の維持にどれだけ重要かを示しているんだ。
研究の広範な影響
IP3Rの働きを理解することで、その機能不全に関連する状態を認識し、潜在的に治療する手助けができる。病気に関連する特定の遺伝的変化について学ぶことで、動物や人間の診断や治療法の改善に繋がる可能性がある。
自然に発生する動物モデルを用いることで、これらの遺伝子変化が生きたシステムでどのような影響を及ぼすかを研究する機会が得られ、人間の研究だけでは得られない洞察を提供できるんだ。
結論
要するに、ランカシャー・ヒーラー犬のITPR3遺伝子に重要な遺伝子変化を特定し、それが顕著な歯と神経の問題を引き起こすことがわかった。この研究は、IP3Rが歯の健康と神経機能にどのように関与しているかを理解する手助けをし、獣医学と人間の健康の関連をつなげてる。根本的なメカニズムを認識することで、影響を受けた個体の治療法を特定し、結果を改善するのに役立つかもしれない。
タイトル: IP3 receptor depletion in a spontaneous canine model of Charcot-Marie-Tooth disease 1J with amelogenesis imperfecta
概要: Inositol 1,4,5-trisphosphate receptors (IP3R) mediate Ca2+ release from intracellular stores, contributing to complex regulation of numerous physiological responses. The involvement of the three IP3R genes (ITPR1, ITPR2 and ITPR3) in inherited human diseases has started to shed light on the essential roles of each receptor in different human tissues and cell types. Variants in the ITPR3 gene, which encodes IP3R3, have recently been found to cause demyelinating sensorimotor Charcot-Marie-Tooth neuropathy type 1J (CMT1J). In addition to peripheral neuropathy, immunodeficiency and tooth abnormalities are occasionally present. Here, we report the identification of a homozygous nonsense variant in the ITPR3 gene in Lancashire Heeler dogs, presenting with a severe developmental enamel defect and reduced nerve conduction velocity. We studied the primary skin fibroblasts of the affected dogs and observed that the nonsense variant in ITPR3 led to a complete absence of full-length IP3R3 protein. Unexpectedly, the protein levels of IP3R1 and IP3R2 were also markedly decreased, suggesting co-regulation. Functional Ca2+ measurements revealed reduced IP3R-mediated Ca2+ flux upon stimulation of G-protein-coupled-receptors in the affected dog fibroblasts. We were able to rescue the IP3R1 and IP3R2 depletion by proteasome inhibition but not the IP3R3 loss, which was facilitated by nonsense-mediated mRNA decay. These findings highlight the first spontaneous mammalian phenotype caused by a nonsense variant in ITPR3, leading to the loss of IP3R3. The human and canine IP3R3 proteins are highly similar, and our study suggests that the tissue involvement resulting from the receptors dysfunction is also conserved. In summary, IP3R3 is critical for enamel formation and peripheral nerve maintenance. Author summaryWe investigated pet dogs, Lancashire Heelers, with impairments in tooth development and in the nerves that regulate limb muscles. Through genetic studies of the dog pedigree, we found that the phenotypes were caused by a recessively inherited mutation in the ITPR3 gene, which encodes one of three IP3 receptors (IP3R) isoforms (IP3R3 isoform) that are needed for intracellular Ca2+ signaling. Mutated IP3R3 has been recently linked to a human inherited neuropathy called Charcot-Marie-Tooth disease type 1J, which impairs peripheral nerve function and is accompanied by immunodeficiency and abnormal teeth in some individuals. We showed that in the skin cells of the affected dogs, the full-length IP3R3 protein was completely absent, and also the protein levels of the other two IP3R isoforms (IP3R1 and IP3R2) were severely lowered. This led to impaired agonist-induced Ca2+ release and signaling. Our results demonstrate the high conservation between human and canine IP3 receptors and their significance for different tissue systems. The genetic studies now highlight that IP3R3 is vital for peripheral nerve function and enamel development.
著者: Marjo K Hytönen, M. K. Hytönen, J. Rönkkö, S. Hundi, T. S. Jokinen, E. Suonto, E. Teräväinen, J. Donner, R. La Rovere, G. Bultynck, E. Ylikallio, H. Tyynismaa, H. Lohi
最終更新: 2024-06-03 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.03.597092
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.03.597092.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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