Untersuchungen zur Ausprägung von MXRA5 im Meerschweinchen

Abstract

Die Gene des Menschen benötigen zur genaueren Erforschung ein geeignetes Modell, mit welchem dies reproduzierbar gelingt. Da die meisten humanen Gene auch in den übrigen Säugetieren exprimiert werden, hat sich hierfür in den letzten Jahrzehnten vor allem die Maus als Modelltier manifestiert (Wilson et al., 2005). Partiell wird auch noch die Ratte als enger Verwandter der Maus herangezogen. Allerdings hat sich gezeigt, dass gewisse Regionen im humanen Genom existieren, die so in Maus und Ratte bisher nicht identifiziert wurden (Maxeiner et al., 2020). In der phylogenetischen Entwicklung der einzelnen Säugetiere sind folglich manche Gene verändert worden oder sogar verloren gegangen. Da diese im Menschen dennoch eine Funktion ausüben und somit auch von klinischer Relevanz sein können, muss in diesem Fall ein adäquater Ersatz gefunden werden. Eines dieser Gene ist MXRA5. Dieses befindet sich auf einem Chromosomenabschnitt nahe der pseudoautosomalen Region (Maxeiner et al., 2021). Es kodiert für ein Protein, welches in der bisherigen Literatur als Extrazellulärmatrix-Protein eingestuft wird. In einem anderen Zweig der Nagetiere konnte dieser Genombereich allerdings in ähnlicher Art und Weise wie im humanen Genom identifiziert werden, und zwar in der Gattung der Meerschweinchen (Maxeiner et al., 2021). Im gewöhnlichen Hausmeerschweinchen, Cavia porcellus, war dieses Gen in Bezug auf die Gensequenz jedoch noch nicht beschrieben. Mithilfe geeigneter Primer, welche von der Nachbarspezies Cavia tschudii abgeleitet wurden, ist es gelungen, aus genomischer DNA die Gensequenz zu bestimmen, und somit die Vergleichbarkeit mit dem humanen Gen herzustellen. Außerdem konnten durch quantitative RT-PCR die Transkriptlevel dieses Gens in verschiedenen Organen von Cavia porcellus bestimmt werden, um erste Einblicke zu erhalten, in welchen Geweben es von Bedeutung sein könnte. Besonders prominent war die Transkription in der Niere. Des Weiteren war es möglich einen Antikörper, welcher sich eigentlich gegen das humane Protein MXRA5 richtet, als wirksamen Antikörper in der Forschung mit Geweben von Cavia porcellus zu etablieren, und auch seine Wirksamkeit zu überprüfen. Hiermit bestand die Möglichkeit, erste Eindrücke bezüglich der Lokalisation und der daraus vermuteten Funktion zu gewinnen, welche bisher unbekannt waren. Es hat sich gezeigt, dass es sich um ein epithelassoziiertes Protein handelt, welches in druckbelasteten Geweben im Bindegewebe und den oberen Epithelschichten zu finden ist. Dies lässt die mögliche Schlussfolgerung zu, dass MXRA5 an der Dehnung und Stabilität der Gewebe und gegebenenfalls zusätzlich an der Signalweiterleitung über Dehnungszustände beteiligt sein könnte. In dieser Arbeit konnte durch Untersuchung von MXRA5 auf DNA-, RNA- und Protein-Ebene erstmals am Beispiel des Meerschweinchens ein Tiermodell identifiziert werden, das somit für zukünftige Forschungen hinsichtlich der Bedeutung dieses Proteins zur Verfügung steht.

Human genes require for a more precise research a suitable animal test object which can reliably deliver right and accurate results. As most human genes are expressed in other mammalian species, mice have manifested themselves over the past centuries as an ideal test object (Wilson et al., 2005). In some case, rats are also used in testing as both are related species. However, research has shown that certain regions in the human genome don’t exist in mice and rats (Maxeiner et al, 2020). Due to the phylogeny of individual mammals over time, some of the genes in humans have been altered or even lost in other species. Nevertheless, since these genes exist and have a function in humans they could be of clinical relevance, and therefore, require an alternative adequate test/research object to be tested on. One of these human genes is MXRA5. It is located on a chromosomal segment near the pseudoautosomal region (Maxeiner et al., 2021). It codes for a protein that is classified as an extracellular matrix protein, based on current scientific literature. This specific genomic region was identified in another species category of rodents as well, namely the commonly known domestic guinea pig, Cavia porcellus (Maxeiner et al., 2021). The sequence in this species, however, wasn’t fully annotated and demanded further sequencing. With the help of suitable primers, which were derived from the Cavia porcellus related species Cavia tschudii, it was possible to determine the gene sequence from genomic DNA of Cavia porcellus, and, thus, it was possible to compare it with the human gene. In addition, quantitative RT-PCR was used to determine the transcript levels of the gene in different organs of Cavia porcellus in order to gain first insights into the tissues in which it could be of relevance, prominent transcript levels were determined, for instance, in the kidney. Furthermore, it was possible to determine the specificity of a commercially available antibody directed against human MXRA5, in guinea pig tissues, and also to test for its effectiveness. This presented the opportunity to gain first insights into the gene’s localization and its presumed function, which remained previously unconvincing. MXRA5 protein emerges as an epithelial-associated protein that can be found in pressure/tension-exposed tissues in the connective tissue and the upper epithelial layers. This leads to the possible assumption that MXRA5 may be playing a role in tissue elongation and stability, and possibly in signal transduction via elongation states as well. In this dissertation, by investigating MXRA5 at DNA, RNA and protein level in Cavia porcellus, this specific animal could be identified as a new research model for further studies on the relevance and significance of MXRA5 protein.