Charakterisierung von Immungenen in Haus- und Wildkatzen

CEUS Central European Science Partnership Project: Österreich -Tschechien Pamela Burger (Veterinärmedizinische Universität Wien, Forschungsinstitut für Wildtierkunde) Petr Horin (University of Veterinary & Pharmaceutical Sciences Brno, Central Institute of Technology) Zusammenfassung Jedes Genom ist großem Selektionsdruck ausgesetzt durch eine Menge an Umwelteinflüssen, allen voran Pathogene, die eine große Herausforderung für das Immunsystem des infizierten Wirts darstellen. Für eine rasche Immunantwort stehen vielfältige Multi-Genfamilien zur Verfügung. Beispielsweise kodiert der Major Histokompatibilitätskomplex (MHC) als Teil des adaptiven Immunsystems Rezeptoren, welche "fremde" Moleküle erkennen und speziellen Immunzellen zur Bekämpfung präsentieren. Was geschieht jedoch, wenn die Variabilität in diesen Immungenen verringert oder nur teilweise vorhanden ist - sowie das bei wilden Großkatzen beschrieben wurde. Aus einem evolutionär-ökologischen Blickwinkel betrachtet, sollten andere Komponenten des Immunsystems aktiviert werden, um dies zu kompensieren und eine adäquate Immunantwort zu bilden. Solche Mechanismen wurden zum Beispiel in Geparden beschrieben, welche eine stärkere konstitutive (angeborene) aber eine geringer adaptive (erworbene) Immunität aufweisen als Leoparden. In diesem Projekt verfolgen wir einen vergleichenden Ansatz, um die Evolution der angeborenen Immunität von domestizierten und wilden Katzenartigen zu untersuchen. Dafür charakterisieren wir spezifische Regionen im Genom, die Teil des angeborenen Immunsystems sind, jedoch eng mit der spezifischen (adaptiven) Immunabwehr in Verbindung stehen und die Kommunikation zwischen den beiden Systemen gewährleisten. Die neuen Erkenntnisse über genetische Vielfalt und Immunabwehr in Haus- und Wildkatzen ermöglichen die Entwicklung von effektivem genetischen Monitoring und gezielten Zuchtprogrammen. Das Projekt "Charakterisierung der angeborenen Immunantwort in domestizierten und wilden Feliden" wird im Rahmen des internationalen CEUS (Central European Science) Partnership Programms Österreich - Tschechien durchgeführt.

Einer der stärksten natürlichen Selektionsdrücke auf das Genom sind Krankheitserreger, die das Immunsystem vehement herausfordern. Als Antwort darauf kodieren in der Regel hochpolymorphe Multigenfamilien wichtige Rezeptormoleküle, die fremde Peptide erkennen und phagozytischen Immunzellen präsentieren, als Teil der adaptiven Immunität. Wenn die Variabilität der adaptiven Immungene reduziert ist, wie bei einigen wildlebenden Katzenartigen, sollten andere Komponenten des Immunsystems aktiviert werden, um eine angemessene Immunantwort zu gewährleisten. Als Teil der angeborenen Immunität sind natürliche Killerzellen (NK-Zellen) aufgrund der unterschiedlichen Expression von NK-Rezeptoren (NKRs) eine sehr heterogene Population. Diese stehen in funktioneller Beziehung zu adaptiven Immungenen. Trotz ihrer funktionellen Bedeutung sind die Fähigkeiten und die genetische Heterogenität von NK-Zellen bei Feliden weitgehend unbekannt. Ziel dieses Projekts war es, die Evolution von Genen der angeborenen Immunität bei domestizierten und wildlebenden Katzenartigen zu untersuchen, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf natürlichen Killerzellrezeptoren (NKRs) lag. Wir verfolgten einen ökologischen Vergleichsansatz, um die Evolution der angeborenen Immunantwort bei Feliden zu untersuchen, indem wir Gene charakterisierten, die Teil der angeborenen Immunität sind, aber eng mit adaptiven Immungenen kommunizieren. Im Rahmen der Charakterisierung und Diversität von Immunantwortgenen ist es wichtig, erstens über ein Referenzgenom auf Chromosomenebene und zweitens über fundierte Kenntnisse von der Populationsstruktur der untersuchten wildlebenden Population zu verfügen. Daher haben wir ein De-novo-Referenzgenom für Geparden erstellt und die Populationsstruktur und Unterartengrenzen bei afrikanischen und asiatischen Geparden anhand von Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) und mitochondrialen DNA-Markern untersucht. Weitere Genomressourcen wurden für die Pallaskatze und den Schneeleoparden entwickelt. Die Toll-like-Rezeptor-Gene (TLR 2, 4, 6) bei Geparden aus Südafrika, Namibia und Botswana wiesen eine geringere Vielfalt auf Nukleotid Ebene auf, aber eine ähnliche Aminosäure-Haplotyp-Vielfalt wie bei afrikanischen Leoparden. Screening-Ergebnisse für Blutparasiten in namibischen Geparden- und Leopardenproben mit Babesia-spezifischen Primern und Sanger-Sequenzierung ergab eine zusätzliche Infektion mit Hepatozoon felis. Das Projekt wurde mit der Analyse von Gesamtgenomdaten und Immunantwortgenen bei Jaguaren fortgesetzt. Unsere genomweiten Analysen ergaben drei unterschiedliche geografische Populationen, die Mittelamerika, dem südamerikanischen Tiefland und den südamerikanischen Hochlandregionen entsprechen. Während die Hochlandpopulation insgesamt eine geringere Variabilität des Immunsystems aufwies, zeigten bestimmte angeborene (natürliche Killerzellenkomplex, TLRs) und adaptive (Major Histocompatibility Complex-Klasse-II) Immungene, die für eine adaptive Immunantwort entscheidend sind, eine vielversprechende Vielfalt. In Zusammenarbeit mit dem Senckenberg Forschungsinstitut (Frankfurt, Deutschland) ergab die Analyse der Diversität angeborener und adaptiver Immungene bei der Europäischen Wildkatze eine geringere Diversität als bei Hauskatzen. An der Partneruniversität für Veterinärmedizin in Brünn wurde die vergleichende Genomanalyse des natürlichen Killerzellkomplexes bei Fleischfressern sowie die Charakterisierung des Leukozyten-Rezeptorkomplexes (LRC) und der zytotoxischen T-Lymphozyten abgeschlossen.