Морфофизиологические эффекты инсерционного мутагенеза гена контактин 5 (Cntn5) у трансгенных мышей

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.

1. 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.

2. Burbach J.P.H., van der Zwaag B. Contact in the genetics of autism and schizophrenia. Trends Neurosci. 2009;32:69-72.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Mattson D.L. Comparison of arterial blood pressure in different strains of mice. Am. J. Hypertens. 2001;14:405-408.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.