vavilovВавиловский журнал генетики и селекцииVavilov Journal of Genetics and Breeding2500-3259Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS10.18699/VJ16.212vavilov-872Research ArticleАктуальные технологии генетики и клеточной биологииMainstream technologies in genetics and cell biologyМорфофизиологические эффекты инсерционного мутагенеза гена контактин 5 (Cntn5) у трансгенных мышейMorphophysiological alterations caused by insertional mutagenesis of contactin 5 (Cntn5) gene in transgenic miceСмирновА. В.SmirnovA. V.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

ФеофановаН. А.FeofanovaN. A.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

КонцеваяГ. В.KontsevayaG. V.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

АнисимоваМ. В.AnisimovaM. V.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

КовригинИ. И.KovriginI. I.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

СероваИ. А.SerovaI. A.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

МошкинМ. П.MoshkinM. P.

Новосибирск, Россия

Томск, Россия

 

Novosibirsk, Russia

Tomsk, Russia

ГерлинскаяЛ. А.GerlinskayaL. A.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

БаттулинН. Р.BattulinN. R.

Новосибирск, Россия

Novosibirsk, Russia

battulin@gmail.comФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук»РоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RASRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук» Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт фундаментальной и клинической иммунологии»РоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS Institute of Fundamental and Clinical ImmunologyRussian FederationФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»РоссияNovosibirsk State UniversityRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук» Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет»РоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS Tomsk State UniversityRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук» Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»РоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS Novosibirsk State UniversityRussian Federation201603022017206918924Copyright © Смирнов А.В., Феофанова Н.А., Концевая Г.В., Анисимова М.В., Ковригин И.И., Серова И.А., Мошкин М.П., Герлинская Л.А., Баттулин Н.Р., 20172017Смирнов А.В., Феофанова Н.А., Концевая Г.В., Анисимова М.В., Ковригин И.И., Серова И.А., Мошкин М.П., Герлинская Л.А., Баттулин Н.Р.Smirnov A.V., Feofanova N.A., Kontsevaya G.V., Anisimova M.V., Kovrigin I.I., Serova I.A., Moshkin M.P., Gerlinskaya L.A., Battulin N.R.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/872

Технологии трансгенеза активно применяется в самых разных областях биологических исследований. Наиболее активно используемая методика получения трансгенных животных с помощью инъекции ДНК в пронуклеус зиготы может сопровождаться нарушением функции генов в месте интеграции трансгенной конструкции. В данной работе описаны морфофизиологические эффекты интеграции трансгенной конструкции, обеспечивающей наработку гранулоцит-макрофаг колониестимулирующего фактора человека в молоко в линии мышей (GM9), встройка конструкции у которых произошла в интрон гена контактин 5 (Cntn5). Было показано, что инсерция конструкции не привела к нокауту Cntn5. Однако у трансгенных животных изменяется транскрипция гена в сердце и почках по сравнению с животными дикого типа, а также меняется спектр транскриптов, что может свидетельствовать о нарушении регуляции сплайсинга гена Cntn5. Из литературных данных известно, что полиморфизмы Cntn5 ассоциированы со склонностью к ожирению и с предрасположенностью к артериальной гипертензии. Мы исследовали основные параметры жирового обмена и сердечно сосудистой деятельности у мышей, гомозиготных по инсерции трансгена в ген Cntn5, гетерозиготных животных и животных дикого типа. Проведенное фенотипирование показывает, что гомозиготные мыши имеют меньшую, чем особи дикого типа, массу тела. Причем весовая разница между генотипами определяется не столько отставанием мутантов в развитии скелета и мышц, образующих в сумме тощую массу, сколько существенно меньшим накоплением жира. У исследуемых линий были обнаружены статистически значимые различия по параметрам, характеризующим интенсивность кровообращения. Гомозиготные мыши превосходят особей дикого типа по значениям артериального давления, частоте сердечных сокращений и скорости кровотока в сосудах хвоста. Следует отметить, что гетерозиготные особи имеют промежуточные значения между мутантами и диким типом по всем измеренным морфофункциональным параметрам.

Transgenesis has become a routine for modern biological studies. The most popular method for producing transgenic animals–pronuclear microinjection–frequently leads to host gene disruption due to a random transgene integration. In this paper, we report our analysis of morphophysiological parameters of the transgenic mouse line GM9, in which a transgene designed for milk-specific expression of the human granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) gene was integrated into the intron of the Contactin 5 gene (Cntn5). We studied Cntn5 expression with RT-PCR and discovered that its expression in the brain, the primary organ of Cntn5 activity, was unperturbed. However, transgenic animals had less Cntn5 transcripts in other tissues such as the kidney and heart. In addition, we observed a decreased amount of splice variants of Cntn5 exons that flank the transgene integration site. These data suggest that the transgene integration event might affect proper Cntn5 splicing in some tissues. Publications exist that imply that some polymorphisms in the Cntn5 gene are associated with obesity and arterial hypertension in humans. We evaluated core parameters of lipid metabolism and heart activity in mice homozygous and heterozygous for Cntn5 mutation using wild- type animals as control. Our results uncovered that homozygous mutant mice have lower body weight than controls and that it is caused by slower accumulation of fat tissue. Cntn5 mutants also exhibit abnormalities in blood circulation: homozygous Cntn5 mutants are characterized by a higher blood pressure and heart beat rate, as well as faster blood flow in the tail vessels. Heterozygous animals showed intermediate results for all of these parameters.

контактин 5трансгенезжировой обменинсерционный мутагенезContactin 5transgenesislipid metabolisminsertional mutagenesisReferencesAshrafi S., Betley J.N., Comer J.D., Brenner-Morton S., Bar V., Shimoda Y., Watanabe K., Peles E., Jessell T.M., Kaltschmidt J.A. Neuronal Ig/Caspr recognition promotes the formation of axoaxonic synapses in mouse spinal cord. Neuron. 2014;81(1):120-129.Ashrafi S., Betley J.N., Comer J.D., Brenner-Morton S., Bar V., Shimoda Y., Watanabe K., Peles E., Jessell T.M., Kaltschmidt J.A. Neuronal Ig/Caspr recognition promotes the formation of axoaxonic synapses in mouse spinal cord. Neuron. 2014;81(1):120-129.Burbach J.P.H., van der Zwaag B. Contact in the genetics of autism and schizophrenia. Trends Neurosci. 2009;32:69-72.Burbach J.P.H., van der Zwaag B. Contact in the genetics of autism and schizophrenia. Trends Neurosci. 2009;32:69-72.Burkov I., Serova I., Battulin N., Smirnov A., Babkin I., Andreeva L., Dvoryanchikov G., Serov O. Expression of the human granulocytemacrophage colony stimulating factor (hGM-CSF) gene under control of the 5′-regulatory sequence of the goat alpha-S1-casein gene with and without a MAR element in transgenic mice. Transgenic Res. 2013;22(5):949-964.Burkov I., Serova I., Battulin N., Smirnov A., Babkin I., Andreeva L., Dvoryanchikov G., Serov O. Expression of the human granulocytemacrophage colony stimulating factor (hGM-CSF) gene under control of the 5′-regulatory sequence of the goat alpha-S1-casein gene with and without a MAR element in transgenic mice. Transgenic Res. 2013;22(5):949-964.Gogliotti R.G., Lutz C., Jorgensen M., Huebsch K., Koh S., Didonato C.J. Characterization of a commonly used mouse model of SMA reveals increased seizure susceptibility and heightened fear response in FVB/N mice. Neurobiol. Dis. 2011;43(1):142-151. DOI 10.1016/j.nbd.2011.03.002.Gogliotti R.G., Lutz C., Jorgensen M., Huebsch K., Koh S., Didonato C.J. Characterization of a commonly used mouse model of SMA reveals increased seizure susceptibility and heightened fear response in FVB/N mice. Neurobiol. Dis. 2011;43(1):142-151. DOI 10.1016/j.nbd.2011.03.002.Fernandez T., Morgan T., Davis N., Klin A., Morris A., Farhi A., Lifton R.P., State M.W. Disruption of Contactin 4 (CNTN4) results in developmental delay and other features of 3p deletion syndrome. Am. J. Hum. Genet. 2008;82:1385.Fernandez T., Morgan T., Davis N., Klin A., Morris A., Farhi A., Lifton R.P., State M.W. Disruption of Contactin 4 (CNTN4) results in developmental delay and other features of 3p deletion syndrome. Am. J. Hum. Genet. 2008;82:1385.Fu C., Begum K., Overbeek P.A. Primary ovarian insufficiency induced by Fanconi anemia E mutation in a mouse model. PLoS ONE. 2016;11(3):e0144285. DOI 10.1371/journal.pone.0144285.Fu C., Begum K., Overbeek P.A. Primary ovarian insufficiency induced by Fanconi anemia E mutation in a mouse model. PLoS ONE. 2016;11(3):e0144285. DOI 10.1371/journal.pone.0144285.Kleijer K.T., Zuko A., Shimoda Y., Watanabe K., Burbach J.P. Contactin-5 expression during development and wiring of the thalamocortical system. Neuroscience. 2015;310:106-113.Kleijer K.T., Zuko A., Shimoda Y., Watanabe K., Burbach J.P. Contactin-5 expression during development and wiring of the thalamocortical system. Neuroscience. 2015;310:106-113.Li H., Takeda Y., Niki H., Ogawa J., Kobayashi S., Kai N., Akasaka K., Asano M., Sudo K., Iwakura Y., Watanabe K. Aberrant responses to acoustic stimuli in mice deficient for neural recognition molecule NB-2. Eur. J. Neurosci. 2003;17(5):929-936.Li H., Takeda Y., Niki H., Ogawa J., Kobayashi S., Kai N., Akasaka K., Asano M., Sudo K., Iwakura Y., Watanabe K. Aberrant responses to acoustic stimuli in mice deficient for neural recognition molecule NB-2. Eur. J. Neurosci. 2003;17(5):929-936.Lionel A.C., Crosbie J., Barbosa N., Goodale T., Thiruvahindrapuram B., Rickaby J., Gazzellone M., Carson A.R., Howe J.L., Wang Z., Wei J., Stewart A.F., Roberts R., McPherson R., Fiebig A., Franke A., Schreiber S., Zwaigenbaum L., Fernandez B.A., Roberts W., Arnold P.D., Szatmari P., Marshall C.R., Schachar R., Scherer S.W. Rare copy number variation discovery and cross- disorder comparisons identify risk genes for ADHD. Sci. Transl. Med. 2011;3(95):95ra75. DOI 10.1126/scitranslmed.3002464.Lionel A.C., Crosbie J., Barbosa N., Goodale T., Thiruvahindrapuram B., Rickaby J., Gazzellone M., Carson A.R., Howe J.L., Wang Z., Wei J., Stewart A.F., Roberts R., McPherson R., Fiebig A., Franke A., Schreiber S., Zwaigenbaum L., Fernandez B.A., Roberts W., Arnold P.D., Szatmari P., Marshall C.R., Schachar R., Scherer S.W. Rare copy number variation discovery and cross- disorder comparisons identify risk genes for ADHD. Sci. Transl. Med. 2011;3(95):95ra75. DOI 10.1126/scitranslmed.3002464.Mattson D.L. Comparison of arterial blood pressure in different strains of mice. Am. J. Hypertens. 2001;14:405-408.Mattson D.L. Comparison of arterial blood pressure in different strains of mice. Am. J. Hypertens. 2001;14:405-408.Morrow E.M., Yoo S.Y., Flavell S.W., Kim T.K., Lin Y., Hill R.S., Mukaddes N.M., Balkhy S., Gascon G., Hashmi A., Al-Saad S., Ware J., Joseph R.M., Greenblatt R., Gleason D., Ertelt J.A., Apse K.A., Bodell A., Partlow J.N., Barry B., Yao H., Markianos K., Ferland R.J., Greenberg M.E., Walsh C.A. Identifying autism loci and genes by tracing recent shared ancestry. Science. 2008;321: 218-223.Morrow E.M., Yoo S.Y., Flavell S.W., Kim T.K., Lin Y., Hill R.S., Mukaddes N.M., Balkhy S., Gascon G., Hashmi A., Al-Saad S., Ware J., Joseph R.M., Greenblatt R., Gleason D., Ertelt J.A., Apse K.A., Bodell A., Partlow J.N., Barry B., Yao H., Markianos K., Ferland R.J., Greenberg M.E., Walsh C.A. Identifying autism loci and genes by tracing recent shared ancestry. Science. 2008;321: 218-223.Nakabayashi K., Komaki G., Tajima A., Ando T., Ishikawa M., Nomoto J., Hata K., Oka A., Inoko H., Sasazuki T., Shirasawa S. Identification of novel candidate loci for anorexia nervosa at 1q41 and 11q22 in Japanese by a genome-wide association analysis with microsatellite markers. J. Hum. Genet. 2009;54:531-537.Nakabayashi K., Komaki G., Tajima A., Ando T., Ishikawa M., Nomoto J., Hata K., Oka A., Inoko H., Sasazuki T., Shirasawa S. Identification of novel candidate loci for anorexia nervosa at 1q41 and 11q22 in Japanese by a genome-wide association analysis with microsatellite markers. J. Hum. Genet. 2009;54:531-537.Nava C., Keren B., Mignot C., Rastetter A., Chantot-Bastaraud S., Faudet A., Fonteneau E., Amiet C., Laurent C., Jacquette A., Whalen S., Afenjar A., Périsse D., Doummar D., Dorison N., Leboyer M., Siffroi J.P., Cohen D., Brice A., Héron D., Depienne C. Prospective diagnostic analysis of copy number variants using SNP microarrays in individuals with autism spectrum disorders. Eur. J. Hum. Genet. 2013;975:1-8.Nava C., Keren B., Mignot C., Rastetter A., Chantot-Bastaraud S., Faudet A., Fonteneau E., Amiet C., Laurent C., Jacquette A., Whalen S., Afenjar A., Périsse D., Doummar D., Dorison N., Leboyer M., Siffroi J.P., Cohen D., Brice A., Héron D., Depienne C. Prospective diagnostic analysis of copy number variants using SNP microarrays in individuals with autism spectrum disorders. Eur. J. Hum. Genet. 2013;975:1-8.Nikpay M., Seda O., Tremblay J., Petrovich M., Gaudet D., Kotchen T.A., Cowley A.W., Hamet P. Genetic mapping of habitual substance use, obesity-related traits, responses to mental and physical stress, and heart rate and blood pressure measurements reveals shared genes that are overrepresented in the neural synapse. Hypertens. Res. 2012;35:585-591.Nikpay M., Seda O., Tremblay J., Petrovich M., Gaudet D., Kotchen T.A., Cowley A.W., Hamet P. Genetic mapping of habitual substance use, obesity-related traits, responses to mental and physical stress, and heart rate and blood pressure measurements reveals shared genes that are overrepresented in the neural synapse. Hypertens. Res. 2012;35:585-591.Ogawa J., Kaneko H., Masuda T., Nagata S., Hosoya H., Watanabe K. Novel neural adhesion molecules in the Contactin/F3 subgroup of the immunoglobulin superfamily: isolation and characterization of cDNAs from rat brain. Neurosci. Lett. 1996;218(3):173-176.Ogawa J., Kaneko H., Masuda T., Nagata S., Hosoya H., Watanabe K. Novel neural adhesion molecules in the Contactin/F3 subgroup of the immunoglobulin superfamily: isolation and characterization of cDNAs from rat brain. Neurosci. Lett. 1996;218(3):173-176.Roohi J., Montagna C., Tegay D.H., Palmer L.E., DeVincent C., Pomeroy J.C., Christian S.L., Nowak N., Hatchwell E. Disruption of contactin 4 in three subjects with autism spectrum disorder. J. Med. Genet. 2009;46:176-182.Roohi J., Montagna C., Tegay D.H., Palmer L.E., DeVincent C., Pomeroy J.C., Christian S.L., Nowak N., Hatchwell E. Disruption of contactin 4 in three subjects with autism spectrum disorder. J. Med. Genet. 2009;46:176-182.Van Daalen E., Kemner C., Verbeek N.E., van der Zwaag B., Dijkhuizen T., Rump P., Houben R., van’t Slot R., de Jonge M.V., Staal W.G., Beemer F.A., Vorstman J.A.S., Burbach J.P.H., van Amstel H.K.P., Hochstenbach R., Brilstra E.H., Poot M. Social responsiveness scale-aided analysis of the clinical impact of copy number variations in autism. Neurogenetics. 2011;12:315-323.Van Daalen E., Kemner C., Verbeek N.E., van der Zwaag B., Dijkhuizen T., Rump P., Houben R., van’t Slot R., de Jonge M.V., Staal W.G., Beemer F.A., Vorstman J.A.S., Burbach J.P.H., van Amstel H.K.P., Hochstenbach R., Brilstra E.H., Poot M. Social responsiveness scale-aided analysis of the clinical impact of copy number variations in autism. Neurogenetics. 2011;12:315-323.Zuko A., Bouyain S., van der Zwaag B., Burbach J.P.H. Contactins: structural aspects in relation to developmental functions in brain disease. Adv. Protein Chem. Struct. Biol. 2011;84:143-180.Zuko A., Bouyain S., van der Zwaag B., Burbach J.P.H. Contactins: structural aspects in relation to developmental functions in brain disease. Adv. Protein Chem. Struct. Biol. 2011;84:143-180.Zuko A., Kleijer K.T., Oguro-Ando A., Kas M.J., van Daalen E., van der Zwaag B., Burbach J.P. Contactins in the neurobiology of autism. Eur. J. Pharmacol. 2013;719(1-3):63-74.Zuko A., Kleijer K.T., Oguro-Ando A., Kas M.J., van Daalen E., van der Zwaag B., Burbach J.P. Contactins in the neurobiology of autism. Eur. J. Pharmacol. 2013;719(1-3):63-74.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.