Einführung in die Internationale Nomenklatur. Jutta Davidson Charles River Deutschland Technical Manager

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1 Einführung in die Internationale Nomenklatur Jutta Davidson Charles River Deutschland Technical Manager

2 Historischer Überblick Regeln für Nomenklatur der Mausgenetik wurden bereits in 1940 durch Dunn, Gruneberg, und Snell publiziert Updates erfolgten durch the International Committee for Standardized Genetic Nomenclature in Mice Regeln für Nomenklatur der Rattengenetik wurden zuerst 1995 durch Levan et. al. publiziert Updates durch the Rat Genome and Nomenclature Committee

3 Gegenwärtige Situation In 2003 beschlossen beide Committes, die Regeln und Richtlinien zu vereinheitlichen Rules for Nomenclature of Mouse and Rat Strains Rules for Nomenclature of Genes, Genetic Markers, Alleles, and Mutations in Mouse and Rat Jüngster Update Januar 2009

4 Warum Standardisierte Nomenklatur? Große Vielfalt an Laborratten und - Mäusen Notwendigkeit zu kategorisieren Eindeutige Identifizierung eines bestimmten Stammes Eindeutige Identifizierung eines bestimmten Gens, Genorts oder Symbols und damit assoziierter Allele, Varianten und Mutationen Reproduzierbare Ergebnisse Gemeinsames Merkmal: Labor Codes

5 Registrierte Labor Codes Identifizieren Züchter, Institut, Labor oder Wissenschaftler, der Ratten- oder Mäusestamm züchtet oder hält, oder DNA Marker oder Mutationen entwickelt hat. Werden durch MGD oder durch das Institute for Laboratory Animal Research (ILAR) vergeben. Beispiele: J The Jackson Laboratory Crl Charles River Laboratories Unc University of North Carolina Mpin Max Planck Institute for Neurobiology

6 Rules for Nomenclature of Mouse and Rat Strains

7 Stamm Kategorien Outbreds Coisogenics Inbreds Hybrids Spontaneous Mutants Genetically Engineered Mutants Congenics Consomics (Chromosome Substitution) Recombinant Inbreds (RI) Recombinant Congenics (RC) Conplastis

8 Auszuchtstämme Die internationale, standardisierte Nomenklatur für Auszuchtstämme von Labortieren wurde durch ein ICLAS Committee festgelegt. Festing et. al. (1972) Z. Versuchstierkunde 15, <<Labor Code>> : <<Stammname>> Crl:CD1(ICR)

9 Inzuchtstämme Ein Stamm gilt dann als Inzucht, wenn er mindestens für 20 oder mehr aufeinander folgende Generationen durch Bruder x Schwester Verpaarungen gehalten wurde, und auf ein einziges Ahnenzuchtpaar zurückgeführt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt hat das Genom des einzelnen Individuums nur noch eine Rest- Heterozygotie von durchschnittlich 0.01 %.

10 Nomenklatur der Inzuchtstämme Begründet auf Fellfarbe C57BL: a/a nonagouti (black) Begründet auf Herkunft SJL: Swiss, Jim Lambert Begründet auf Phänotyp NOD: Non-Obese Diabetic

11 Mutationen Passieren Etablierte Inzuchtstämme können sich im Laufe der Zeit zu genetisch unterschiedlichen Unterstämmen (Substrains) entwickeln Geschlossene Zucht für mehr als 20 Generationen Genetische Unterschiede sind nachgewiesen und publiziert

12 Nomenklatur der Inzuchtstämme Die Entstehung von Unterstämmen durch genetische Drift erfordert, dass diese durch einen Zusatz des Laborcodes zum Inzuchtnamen unterschieden werden können, da durch die genetische Drift Mutationen entstanden sein können, die den Phänotyp wesentlich beeinflussen können. Beispiel C57BL/6J C57BL/6JOlaHsd mit Deletion in Synuclein alpha

13 Hybrid Nomenklatur Für die Bezeichnung von Hybriden werden anerkannte Abkürzungen der Elternstämme verwendet. Für Eindeutigkeit sollten die vollständigen Stammbezeichnungen der verwendeten Elternstämme jedoch in jeder Veröffentlichung bei der ersten Verwendung der Abkürzungen genannt werden. Beispiele anerkannter Abkürzungen: AKR BALB/c C57BL/6 C57BL/10 C57L C3H CBA DBA SJL AK C B6 B10 L C3 CB D J

14 Hybride F1 Hybride Nachkommen zweier Inzuchtstämme D2B6F1 DBA/2 Weibchen x C57BL/6 Männchen B6D2F1 C57BL/6 Weibchen x DBA/2 Männchen F2 Hybride Nachkommen der F1 Hybride D2B6F2 D2B6F1 Weibchen x D2B6F1 Männchen B6D2F2 B6D2F1 Weibchen x B6D2F1 Männchen

15 C57BL/6J X 129P3/JEms nonagouti (black) white-bellied agouti chinchilla a/a A w /A w p Tyr c-ch /p Tyr c-ch B6129PF1 X B6129PF1 A w /a p Tyr c-ch /+ + A w /a p Tyr c-ch /+ + white-bellied agouti white-bellied agouti B6129PF2 segregieren für A w, a, p und Tyr c-ch multiple Fell Farben (28)

16 Rules for Nomenclature of Genes, Genetic Markers, Alleles, and Mutations in Mouse and Rat

17 Gene Ein Gen ist eine funktionelle Einheit, die typischerweise für ein Protein oder eine RNA codiert, deren Vererbung experimentell verfolgt werden kann. Ein Gensymbol soll Aus 3-5 Zeichen bestehen Nur römische Buchstaben und arabische Zahlen beinhalten Mit einem Großbuchstaben beginnen, gefolgt von Kleinbuchstaben Keine Gewebespezifizierung oder Molekulargewichte beinhalten Kursiv geschrieben werden

18 Genetische Marker Ein genetischer Marker ist ein Mittel, durch das ein Gen identifiziert werden kann und ist abhängig von einem Test, z. B. auf Protein- oder DNA- Basis. Er ist auch abhängig vom Vorhandensein genetischer Variation. Typische DNA Marker Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP) Microsatellite Polymorphism (STR oder MIT) Single Nucleotide Polymorphism (SNP)

19 Allele Die zwei homologen Gene der männlichen und weiblichen Autosomen werden jeweils als Allel bezeichnet. Ein einzelnes Chromosom kann nur jeweils ein Allel tragen. (Ausnahmen: Deletionen, Duplikationen) Von autosomalen Genen existieren 2 Allele (Ausnahme: Trisomien). Beide Allele identisch = homozygot Beide Allele verschieden = heterozygot Nur ein Allel vorhanden = hemizygot Allele auf Sexchromosomen, Transgene

20 Allel Nomenklatur Allele Beginnen mit Buchstaben Bestehen aus alphanumerischen Zeichen Stehen hochgestellt hinter Genbezeichnung Werden kursiv geschrieben Groß-Klein-Schreibung reflektiert Vererbungsmodus Dominant-Rezessiv

21 Allele Genotyp Phänotyp Dominant D / D betroffen SemiDominant Rezessiv D / + betroffen + / + nicht betroffen D / D betroffen D / + weniger betroffen + / + nicht betroffen r / r betroffen r / + nicht betroffen + / + nicht betroffen

22 Mutationen mutierte Allele Führen zu vom Wildtyp verschiedenen Allelen Spontane, induzierte, oder gezielt gentechnisch erzeugte Mutationen werden daher auch wie Allele des betreffenden Gens benannt.

23 Nomenklatur für Spontane Mutationen 129P3-Lepr db-3j /J Alte Nomenklatur: 129/J-db 3J 129P3: genetischer Hintergrundstamm Lepr : Genort, Symbolname db-3j : mutiertes Allel, 3. Remutation, aufgetreten bei The Jackson Laboratory J: Labor Code The Jackson Laboratory

24 Congene Stämme Allele werden durch Rückkreuzung auf einen anderen Inzuchtstamm übertragen Intensität der Phänotyps ist abhängig Vom genetischen Hintergrund!

25 Congene Stämme Erzeugt durch wiederholte Rückkreuzungen mit einem Inzuchtstamm unter Selektion für einen bestimmten Marker des Donor Stammes Vollständig congen = Minimum von 10 Rückkreuzungsgenerationen (N10) Incipient congenic = N5-N9

26 Rückkreuzung Zygotiegrad Gemischter Hintergrund (N1-N4) Incipient Congenic (N5-N9) Congen (N10+) % 75% 87.5% 93.8% 96.9% 98.4% 99.2% 99.6% 99.8% 99.95% 99.99% 99.91% 99.98% Homozygotie Heterozygotie Rückkreuzungsgeneration

27 Linked DNA Carryover Mutant Allele N5 ±20 cm N10 ±10 cm N12 ±8.3 cm N20 ±2.5 cm

28 Nomenklatur für Congene Stämme mit Spontanen Mutationen Alte Nomenklatur : C57BL/6J-Lep ob Neue Nomenklatur B6.V-Lep ob /J B6 : genetischer Hintergrund C57BL/6J V: Donor Stamm V/Le Lep : Gensymbol ob : mutiertes Allel J: Labor Code The Jackson Laboratory

29 Congene Nomenklatur Neue Nomenklatur B6.Cg-Igh a Thy1 a Gpi1 a /J alte Nomenklatur C57BL/6-Igh a Thy1 a Gpi1 a B6 = C57BL/6 : genetischer Hintergrund Cg : Congen Igh a Thy1 a Gpi1 a : variante Allele J: Labor Code The Jackson Laboratory Dieser Stamm wurde nicht durch Rückkreuzungen, sondern durch Verpaaren von drei individuellen congenen Stämmen erzeugt, die die varianten Allele bereits auf einem C57BL/6J genetischen Hintergrund trugen: B6.C-Igh a B6.PL - Thy1 a immunoglobulin heavy chain complex thymus cell antigen 1, theta B6.CAST- Gpi1 a glucose phosphate isomerase 1

30 Gentechnisch Erzeugte Mutationen Transgene - Hinzufügen neuen genetischen Materials Gezielte (Targeted) Mutationen - Gezielte Veränderung eines Gens durch Homologe Rekombination mittels ES Zelllinien Chemisch Induzierte Mutationen A -> G - Zufällige Veränderungen des genetischen Materials via Chemikalien (oder Bestrahlung)

31 Nomenklatur für Transgene Mäuse C57BL/6-Tg(ACTB-EGFP)1Osb/J C57BL/6: genetischer Hintergrund Stamm Tg: Transgen (ACTB-EGFP): offizielles Gensymbol der inserierten DNA Anmerkung: die Bezeichnungen der Promotoren (ACTB) werden bei Linien hinzugefügt, die sich durch gewebespezifische Expression unterscheiden. 1: Founder Linien Nummer Osb: Labor Code des Ursprungslabors Dr. Masaru Okabe, Osaka University J: Labor Code des Tierzüchters The Jackson Laboratory

32 Nomenklatur für Targeted Mutations Knock-out Modell Funktionale Genanalyse Zielgen Validierung Screening auf Substanz Spezifität * Knock-in Modell SNP in vivo Validierung Tiermodel humaner Erkrankungen Funktionale Analyse von Isoformen * * Markierung des Zielgens für weitere Manipulationen Kreuzung mit cre-trangenen Mäusen Gefloxtes Modell

33 Nomenklatur für Targeted Mutations B6.129P2-Apoa1 tm1unc /J B6 : genetischer Hintergrundstamm 129P2: Donor Stamm (der ES Zelllinie E14TG2a) Apoa1: Genort tm1: targeted mutation, Konstrukt # 2 Unc : Labor Code des Ursprungslabors J: Labor Code Züchter/Halter

34 Humanized Mouse Models Weitere Form des Knock-ins Humanized mouse model Maus Gen ersetzt durch humanes Gen Humanes Gen unter der Kontrolle des Maus Promoters Expressionsmuster ist physiologisch relevant

35 Gemischter vs Congener Hintergrund B6;129P2-Apoa1 tm1unc /J B6.129P2-Apoa1 tm1unc /J Alte Nomenklatur: C57BL/6-Apoa1 tm1unc B6: genetischer Hintergrund Stamm. : insipient congenic (N=5) oder vollständig congen (N=10) ; : genetischer Mischhintergrund 129P2: Donor Stamm (der ES Zelllinie E14TG2a)

36 Transgene von Targeted Mutations unterscheiden C57BL/6-Tg(APOA1)1Rub/J B6.129P2-Apoa1 tm1unc /J B6.Cg-Tg(GFAP-APOE4)1Hol Apoe tm1unc /J

37 Cre x Lox Mäuse Cre X loxp loxp Exon I II III IV loxp II III IV

38 Nomenklatur "Cre" x "floxed" Das knock-in der loxp Signalstellen folgt den Regeln für Targeted Mutations (tm). Falls durch Verpaarung mit einer Cre exprimierenden, transgenen Maus ein zweites vererbbares Allel generiert wurde, wird die tm Nomenklatur beibehalten, und eine Seriennummer angehängt. Falls die Verpaarung mit einer Cre exprimierenden, transgenen Maus zu somatischen Veränderungen in den Nachkommen führt, die nicht keimbahngängig sind, wird keine neue Nomenklatur vergeben.

39 Nomenklatur "Cre" x "floxed" Beispiel: Tfam tm1lrsn and Tfam tm1.1lrsn. In diesem Bespiel bezeichnet Tfam tm1lrsn die gezielte Mutation bei der loxp in das Tfam Gen inseriert wurde. Tfam tm1.1lrsn bezeichnet ein neues keimbahngängiges, also auf Nachkommen übertragbares Allel, das durch Verpaarung mit einer cre-exprimierenden Maus erzeugt wurde.

40 Quellen für Nomenklatur Regeln und Empfehlungen Institute for Laboratory Animal Research (ILAR) Nomenklatur Tutorial jaxmice.jax.org/subscribe/nomenclature MGI Homepage MGI Maus Nomenklatur Homepage Checklist for Proposing a Locus Symbol Hilfestellung unter nomen@informatics.jax.org RGD rgd.mcw.edu/nomen/rules-for-nomen.shtml RATMAP Gesellschaft für Versuchstierkunde Ausschuss für Genetik und Labortierzucht

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