Retrogen FGF4 na psím chromozomu CFA12 je zodpovědný za chondrodystrofii a onemocnění meziobratlových plotének u psů.
Chondrodystrofie u psů je definována dysplastickými, zkrácenými dlouhými kostmi a předčasnou degenerací a kalcifikací meziobratlových plotének. Je běžným fenotypem u mnoha nejpopulárnějších plemen psů, včetně jezevčíka, pekingského palácového psíka, bígla a francouzského buldočka.
Histopatologická analýza kostí štěňat těchto plemen prokázala, že jejich malý vzrůst je způsoben defektem endochondrální osifikace, což je proces, při kterém se nahrazuje chrupavka kostí ve vyvíjející se končetině. Růstové ploténky dlouhých kostí vykazují dezorganizaci proliferační zóny a snížení hloubky zóny zrání. Kromě dlouhých kostí existují podobné, ale jemnější změny v endochondrální osifikaci těl obratlů. Nedávné studie ukázaly, že v pokročilých stadiích degenerace u nechondrodystrofických psů dochází také k nahrazování notochordálních buněk chondrocytům podobnými buňkami, podobně jako u chondrodystrofických psů, ačkoli k tomu dochází až ve vyšším věku.
Meziobratlová ploténka (IVD), která se nachází mezi obratlovými těly, se skládá z vnějšího vláknitého kruhu, tzv. annulus fibrosus, tvořeného ze 70 % kolagenem, a z vnitřního gelového polštářku, který je pozůstatkem embryonálního notochordu, tzv. nucleus pulposus. Tyto struktury a chrupavčité koncové destičky obratlů společně umožňují pružnost páteře. U chondrodystrofických jedinců je nucleus pulposus postupně nahrazován buňkami podobnými chondrocytům v rámci chondroidní metaplazie (neboli metamorfózy), ke které dochází mezi narozením a 1 rokem věku.
Hansen popsal dva různé typy prolapsu meziobratlové ploténky u psů jako typ I a typ II. Typ I se vyskytuje výhradně u chondrodystrofických plemen a je charakterizován předčasnou degenerací všech disků u mladých psů. Naproti tomu typ II se vyskytuje u starších psů a obvykle se omezuje pouze na jednu ploténku s částečnou protruzí. U onemocnění disku typu I může kalcifikované jádro explozivně vyhřeznout přes anulus do páteřního kanálu, což vede k zánětu a krvácení a způsobuje silnou bolest a neurologickou dysfunkci. V populačních studiích ve veterinárních nemocnicích byla zjištěna plemena s významně zvýšeným rizikem onemocnění intervertebrálního disku patří bígl, kokršpaněl, jezevčík, francouzský buldoček, lhasa apso, pekinéz, Pembroke Welsh corgi a shih tzu. Údaje o pojištění domácích zvířat naznačují konzervativní „celoživotní prevalenci“ onemocnění meziobratlové ploténky u psů ve výši 3,5 % v celkové populaci, nicméně u chondrodystrofických plemen s nejvyšším rizikem, jezevčík má celoživotní prevalenci tohoto onemocnění mezi 20-62 % s 24% úmrtností.
V roce 2009 zkoumali Parker a spol. genetický základ extrémních rozdílů v délce končetin u psů pomocí metody asociací napříč plemeny. Zjistili, že retrogenní inzerce FGF4 na psím chromozomu CFA18 z rodičovské kopie lokusu FGF4 je zodpovědná za fenotyp „chondrodysplazie“ u řady plemen, jako je baset, pembroke welsh corgi a jezevčík. Vložení retrogenu FGF4 na psí chromozom CFA18 však nedokázalo vysvětlit plemena, jako je americký kokršpaněl, bígl a francouzský buldoček, která byla kromě jezevčíků původně klasifikována jako chondrodystrofická na základě histopatologické a morfologické analýzy Hansena a Braunda. Rodina genů FGF byla podobně zapojena do skeletální dysplasie u lidí, přičemž bylo zjištěno, že mutace v genu FGFR3 jsou zodpovědné za achondrodysplazii, nejčastější formu dwarfismu, charakterizovanou zkrácenými končetinami a abnormálními obratli. Geny FGF se podílejí na řadě embryologických vývojových procesů a pro správný růst a vývoj jsou klíčové specifické hladiny ligandu a receptoru.
V této studii na základě celogenomové asociační analýzy u kohorty Nova Scotia duck tolling retrieverů (NSDTR) s těžkou skeletální dysplasií a bez ní byla zjištěna významná asociace na psím chromozomem CFA12, na němž bylo zjištěno, že 1,9 Mbází je společných pro chondrodystrofická plemena. Následná celogenomová asociační analýza onemocnění intervertebrálního disku Hansen typ I napříč plemeny lokalizovala stejnou oblast o velikosti 1,9 Mb na psím chromozomu CFA12, což naznačuje, že lokus zodpovědný za skeletální dysplazii u NSDTR je zodpovědný také za onemocnění intervertebrálního disku typu I a chondrodystrofický fenotyp napříč plemeny psů. Předchozí genetické zkoumání onemocnění intervertebrálního disku u jezevčíků a morfologie délky končetin u portugalských vodních psů identifikovalo stejný lokus psího chromozomu CFA12; nicméně, žádná ze studií nezaznamenala příčinnou mutaci. Zde jsme pomocí párového sekvenování genomu odhalili druhou retrogenní inzerci FGF4 v genomu psů a ukázali, že je zodpovědná nejen za skeletální dysplasii v NSDTR, ale také za chondrodystrofii, včetně predispozice k onemocnění intervertebrálního disku Hansenova typu I, u všech plemen psů.
Nezávislé celogenomové asociační analýzy pro dysplazii skeletu (krátké končetiny) v rámci jednoho plemene a onemocnění meziobratlových plotének napříč plemeny identifikovaly významnou asociaci se stejnou oblastí na psím chromozomu CFA12. Sekvenování celého genomu identifikovalo vysoce exprimovaný retrogen FGF4 v této společné oblasti. Retrogen FGF4 segregoval s délkou končetin a měl pravděpodobnost 51,23 (95% CI =46,69, 56,20) pro onemocnění meziobratlového disku. (Pozn. Překladatele: genetická segregace spočívá v distribuci genů od rodičů k dětem). Délka dlouhých kostí u psů je jedinečným příkladem onemocnění s více retrokopiemi stejného rodičovského genu způsobujícího toto onemocnění. Abnormality FGF byly spojeny s dysplazií skeletu u lidí a naše nálezy představují příležitosti pro selektivní eliminaci lékařsky i finančně významného onemocnění u psů, tak i dalšímu pochopení stále rostoucí složitosti biologie retrogenu.
Brown EA, Dickinson PJ, Mansour T, Sturges BK, Aguilar M, Young AE, Korff C, Lind J, Ettinger CL, Varon S, Pollard R, Brown CT, Raudsepp T, Bannasch DL. FGF4 retrogene on CFA12 is responsible for chondrodystrophy and intervertebral disc disease in dogs. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Oct 24;114(43):11476-11481. doi: 10.1073/pnas.1709082114. Epub 2017 Oct 11. PMID: 29073074; PMCID: PMC5664524.
