Tímamótauppgvötun

Rannsóknin varpar meðal annars ljósi á erfðir að baki ganghæfileikum íslenskra hesta, sem hingað til hafa verið óþekktar. Tveir Íslendingar búsettir í Svíþjóð hafa komið að rannsókninni, þau Þorvaldur Árnason, doktor í húsdýraerfðafræði, og Freyja Imsland, doktorsnemi í húsdýraerfðafræði.

 

“Þetta prótein er til staðar í öllum hryggdýrum sem upplýsingar liggja fyrir um, og það er líklegt að DMRT3 taugafrumurnar hafi einnig miðlægt hlutverk í samhæfingu hreyfinga hjá mannfólki,” segir m.a. í fréttatilkynningu frá rannsóknarhópnum sem starfar við Uppsalaháskóla í Svíþjóð en tilkynninguna má lesa í fullri lengd hér að neðan:

 

 

Rannsakendur við Uppsalaháskóla og Sænska Landbúnaðarháskólanum ásamt samstarfsfélögum þeirra um víða veröld, hafa uppgvötað breytileika í einum erfðaþætti (geni) í hrossum sem hefur úrslitaáhrif á getu þeirra til góðgangs, sem er jafnframt veigamikill þáttur í árangri hrossa í kerrukappakstri á brokki og skeiði. Tilraunir með þennan erfðaþátt í músum hafa leitt í ljós nýja grunnþekkingu á taugaboðleiðum þeim er stýra hreyfingum útlima. Rannsóknin markar tímamót í skilningi á taugaboðleiðum í mænu, og hvernig þær stýra hreyfimynstrum hryggdýra. Rannsóknin kemur út í dag í hinu virta vísindariti Nature.

 

Geta okkar til að ganga og hlaupa byggist á flókinni samhæfingu vöðvasamdrátta sem stýrt er frá mænunni. Hvernig fer sú stjórn fram þegar litið er til einstakra taugafrumna og sameinda? Rannsakendur nýttu sér þann fjölbreytileika sem finna má í gangtegundum hrossa til að grafast fyrir um svörin við þeirri spurningu. Hross hafa frá náttúrunnar hendi getuna til a bregða fyrir sig þremur mishraðskreiðum gangtegundum, feti, brokki og valhoppi/stökki. Sum hross geta að auki brugðið fyrir sig öðrum gangtegundum, svonefndum góðgangi. Til að mynda geta íslensk hross brugðið fyrir sig fjórtakta gangtegundinni tölti og tvítakta gangtegundinni skeiði. Rannsakendurnir ákváðu að kanna erfðafræðilegan grundvöll þess að sum íslensk hross geta skeiðað (eru vökur), en önnur ekki.

 

– Okkur grunaði að arfgengið væri sterkt, en það var nokkuð óvænt að sjá að nærri allur erfðafræðilegur munur milli vakurra hrossa og þeirra sem ekki skeiða veltur á einum erfðaþætti, DMRT3, segir Lisa Andersson, einn doktorsnemanna sem komu að verkefninu.

 

Samtímis og óháð höfðu Klas Kullander og rannsóknahópur hans komist að því að þessi tiltekni erfðaþáttur, DMRT3, væri tjáður í áður óþekktri gerð taugafrumna í mænu músa. Eiginleikar þessarra taugafrumna, þar með talin staðsetning þeirra innan mænunnar, gáfu til kynna að þær ættu þátt í taugaboðum sem stýra hreyfingu útlima. Þegar rannsóknahóparnir tveir, sem báðir tengjast Science for Life Laboratory í Uppsölum, báru saman rannsóknarniðurstöður sínar var þeim ljóst að mikilvæg líffræðileg uppgötvun var í sjónmáli.

 

– Á þeirri stundu sáum við að uppgötvun okkar náði ekki einungis til taugaboðleiða í mænu músa, heldur höfum við uppgvötað nýjan flokk taugafrumna sem einnig líta út fyrir hafa veigamikil áhrif á stjórn gangtegunda í hrossum. Þessi nýuppgötvaði flokkur taugafrumna er háður DMRT3, og er því til bráðabirðga nefndur eftir þeim erfðaþætti, greinir Klas Kullander frá.

 

Rannsakendurnir sýndu fram á að eins basapars breytileiki í DMRT3 lá að baki skeiðgetu íslenskra hrossa. Þessi breyting veldur því að hluta af þeim amínósýrum sem eiga a vera í fullvirku DMRT3 próteini vantar, próteinið er stytt. Þeir hönnuðu erfðapróf sem kannar breytileikann, og skoðuðu hann í hrossum um víða veröld. Greiningin leiddi í ljós að breytileikann má finna meðal ýmissa hrossakynja sem sýna góðgang líkan tölti og skeiði íslenskra hrossa. Til að mynda má nefna hið bandaríska kyn Tenessee Walking Horse, og suður-ameríska kyn Paso fino. Auk þess kom það á óvart að breytileikinn er mjög algengur í hrossakynjum sem hafa verið ræktuð til kerrukappaksturs, þar sem hestum er beitt fyrir kerrur og þeir látnir brokka í kapp hver við annan.

 

– Breytingin í DMRT3 er ákaflega sterkt tengd góðum árangri í kerrukappakstri, segir Leif Andersson sem er í forsvari fyrir rannsóknahópnum sem leitaði a DMRT3 breytileikanum í hrossum.

 

Eftir því sem hross herðir hraðann er því eðlislægt að fara af brokki upp á stökk, sem er sú gangtegund sem hrossum er náttúrulegt að beita fyrir sig á mikilli ferð. En hestur sem stekkur upp af brokki í kappakstri er dæmdur úr leik.

 

– Túlkun okkar á þessu er sú að breytileikinn hefti skilaboðin um að skipta af brokki upp á stökk, sem þar með gerir hrossinu kleift a brokka á mjög mikilli ferð, útskýrir Leif Andersson.

 

Til að kanna virkni DMRT3 frekar nýttu rannsakendur sér vel þróaðar rannsóknaaferðir í taugalíffræði músa. Í ljós kom a DMRT3-taugarfrumurnar liggja yfir miðlínu mænunnar, og tengja því hægri og vinstri hliðar líkamans. Þá eru þær einnig beintengdar taugafrumum sem stýra beygi- og réttivöðvum útlima. Rannsakendur sáu einnig að erfðþáttarskertar mýs, sem ekki hafa til að bera virkan DMRT3 erfðaþátt, sýna breytt hreyfimynstur.

 

– Án DMRT3 verður taugaboðleiðin sem leggur grundvöll að samhæfingu hreyfinga ekki til, segir doktorsneminn Martin Larhammar, sem átti þátt í því að kanna eiginleika DMRT3 í bæði hrossum og músum.

 

– Við got eru þessar taugaboðleiðir í óreiðu, og músarunginn getur ekki samhæft hreyfingar útlimanna. En fyrir rest kemur að því að aðrar taugaboðleiðir bæta upp skortinn á DMRT3, svo að þegar músin er fullvaxin þá getur hún hreyft sig svo að segja eðlilega. Þessi sveigjanleiki er áhugaverður, því hann sýnir fram á að taugakerfi getur aðlagað sig þrátt fyrir a lykilerfaðaþáttur sé ekki til staðar, bætir Klas Kullander við.

 

Breytileikinn í DMRT3 hefur haft gífurleg áhrif á þróun hins tamda hests, og hefur hann sennilegast komið fram fyrir árþúsundum. Gera má því skóna að menn þá hafi veitt því athygli að sum hross hreyfðu sig ólíkt öðrum, þau hross sem gátu fari á góðgangi voru þýðari og fóru betur með reiðmanninn en þau sem einvörðungu gátu brokkað.

 

– Uppgvötun þessa breytileika í DMRT3 er afar gott dæmi þess hvernig rannsóknir á þróun svipgerða og eiginleika hjá húsdýrum geta leitt til þess að fram komi ný grundvallarvitneskja um virkni erfðaþátta og einnig mikilvæga lífræna ferla, segir Leif Anderson.

 

– Það er hreint út sagt frábært þegar þverfagleg samvinna af þessu tagi leiðir í ljós tímamótaniðurstöður sem þessar. Það er ekkert að finna í vísindaritum um virkni DMRT3 fyrr en við gefum þessa grein út. Þetta prótein er til staðar í öllum hryggdýrum sem upplýsingar liggja fyrir um, og það er líklegt að DMRT3 taugafrumurnar hafi einnig miðlægt hlutverk í samhæfingu hreyfinga hjá mannfólki, bætir Klas Kullander við að lokum.