Einführung in die Internationale Nomenklatur

Jutta Davidson

Charles River Deutschland

Technical Manager

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“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“

Gegenwärtige Situation

• In 2003 beschlossen beide Committes, die Regeln und Richtlinien zu vereinheitlichen

Rules for Nomenclature of Mouse and Rat StrainsRat Strains

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

Mouse and Rat

• Jüngster Update Januar 2009

Warum Standardisierte Nomenklatur ?

• Große Vielfalt an Laborratten und - Mäusen

• Notwendigkeit zu kategorisieren

• Eindeutige Identifizierung eines bestimmten Stammes

• Eindeutige Identifizierung eines bestimmten • Eindeutige Identifizierung eines bestimmten Gens, Genorts oder Symbols– und damit assoziierter Allele, Varianten und Mutationen

• Reproduzierbare Ergebnisse

• Gemeinsames Merkmal:

Labor Codes

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 • 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

Rules for Nomenclature of Mouse and Rat Strains

Stamm Kategorien

• Outbreds

• Inbreds

• Hybrids

• Coisogenics

• Consomics (Chromosome

Substitution)

• Hybrids

• Spontaneous Mutants

• Genetically Engineered

Mutants

• Congenics

• Recombinant Inbreds (RI)

• Recombinant Congenics

(RC)

• Conplastis

Auszuchtstämme

• Die internationale, standardisierte Nomenklatur

für Auszuchtstämme von Labortieren wurde durch

ein ICLAS Committee festgelegt.

• Festing et. al. (1972) Z. Versuchstierkunde 15, • Festing et. al. (1972) Z. Versuchstierkunde 15,

297-331

• <<Labor Code>> : <<Stammname>>

Crl:CD1(ICR)

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 einziges Ahnenzuchtpaar zurückgeführt werden

kann.

• Zu diesem Zeitpunkt hat das Genom des

einzelnen Individuums nur noch eine Rest-

Heterozygotie von durchschnittlich 0.01 %.

Nomenklatur der Inzuchtstämme

• Begründet auf Fellfarbe

C57BL: a/a nonagouti (black)

• Begründet auf Herkunft

SJL: Swiss, Jim LambertSJL: Swiss, Jim Lambert

• Begründet auf Phänotyp

NOD: Non-Obese Diabetic

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

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

Hybrid NomenklaturFür 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 AKAKR AK

BALB/c C

C57BL/6 B6

C57BL/10 B10

C57L L

C3H C3

CBA CB

DBA D

SJL J

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

C57BL/6J X 129P3/JEmsnonagouti (black) white-bellied agouti chinchilla

a/a Aw/Aw p Tyrc-ch/p Tyrc-ch

B6129PF1 X B6129PF1Aw/a p Tyrc-ch/+ + Aw/a p Tyrc-ch/+ +

white-bellied agouti white-bellied agoutiwhite-bellied agouti white-bellied agouti

B6129PF2segregieren für Aw, a,

p und Tyrc-ch

multiple Fell Farben (28)

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

Mouse and Rat

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

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.genetischer Variation.

• Typische DNA Marker

– Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP)

– Microsatellite Polymorphism (STR oder MIT)

– Single Nucleotide Polymorphism (SNP)

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 identisch = homozygot

• Beide Allele verschieden = heterozygot

• Nur ein Allel vorhanden = hemizygot

– Allele auf Sexchromosomen, Transgene

Allel Nomenklatur

• Allele

– Beginnen mit Buchstaben

– Bestehen aus alphanumerischen Zeichen– Bestehen aus alphanumerischen Zeichen

– Stehen hochgestellt hinter Genbezeichnung

– Werden kursiv geschrieben

– Groß-Klein-Schreibung reflektiert Vererbungsmodus Dominant-Rezessiv

Allele

Genotyp Phänotyp

• Dominant D / D betroffen

D / + betroffen

+ / + nicht betroffen

• SemiDominant D / D betroffenD / D betroffen

D / + weniger betroffen

+ / + nicht betroffen

• Rezessivr / r betroffen

r / + nicht betroffen

+ / + nicht betroffen

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.

Nomenklatur für Spontane Mutationen

129P3-Leprdb-3J/J

• 129P3: genetischer Hintergrundstamm

• Lepr : Genort, Symbolname

• db-3J : mutiertes Allel,

Alte Nomenklatur: 129/J-db3J

• db-3J : mutiertes Allel,

3. Remutation, aufgetreten

bei The Jackson Laboratory

• J: Labor Code

The Jackson Laboratory

Congene Stämme

• Allele werden durch Rückkreuzung auf einen

anderen Inzuchtstamm übertragen

Intensität der Phänotyps ist abhängig Intensität der Phänotyps ist abhängig

Vom genetischen Hintergrund !

Congene Stämme

• Erzeugt durch wiederholte Rückkreuzungen mit einem Inzuchtstamm unter Selektion für einen bestimmten Marker des Donor Stammesbestimmten Marker des Donor Stammes

• Vollständig congen = Minimum von 10 Rückkreuzungsgenerationen (N10)

• Incipient congenic = N5-N9

8 0

9 0

1 0 0

Zygotiegra

d

99.2%98.4%93.8%

87.5%

99.8%99.6%

Rückkreuzung

Gemischter

Hintergrund (N1-N4)

96.9%

Incipient Congenic

(N5-N9)

Congen

(N10+)

99.95%

99.98%

99.99%

99.91%

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

20

3 4 5 6 7 8 91

Rückkreuzungsgeneration

10

75%

50%

Heterozygotie

Homozygotie

11

96.9%

1312

Linked DNA Carryover

N5±20 cM

Mutant Allele

N10±10 cM

N12±8.3 cM

N20±2.5 cM

Nomenklatur für Congene Stämme mit Spontanen Mutationen

Alte Nomenklatur : C57BL/6J-Lepob

Neue Nomenklatur B6.V-Lepob /J

• B6 : genetischer Hintergrund C57BL/6J• B6 : genetischer Hintergrund C57BL/6J

• V: Donor Stamm V/Le

• Lep : Gensymbol

• ob: mutiertes Allel

• J: Labor CodeThe Jackson Laboratory

Congene Nomenklatur

Neue Nomenklatur alte Nomenklatur

B6.Cg-Igha Thy1a Gpi1a /J C57BL/6-Igha Thy1a Gpi1a

• B6 = C57BL/6 : genetischer Hintergrund

• Cg : Congen

• Igha Thy1a Gpi1a : variante Allele

• J: Labor CodeThe 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-Igha immunoglobulin heavy chain complex

B6.PL- Thy1a thymus cell antigen 1, theta

B6.CAST- Gpi1a glucose phosphate isomerase 1

Gentechnisch Erzeugte Mutationen

• Transgene

- Hinzufügen neuen genetischen Materials

• Gezielte (Targeted) Mutationen

- Gezielte Veränderung eines Gens durch - Gezielte Veränderung eines Gens durch

Homologe Rekombination mittels ES

Zelllinien

• Chemisch Induzierte Mutationen

- Zufällige Veränderungen des genetischen

Materials via Chemikalien (oder Bestrahlung)

A -> G

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

Knock-out Modell

Funktionale GenanalyseZielgen ValidierungScreening auf Substanz Spezifität

Nomenklatur für „Targeted Mutations“

* *

Gefloxtes Modell

*

Knock-in Modell

Markierung des Zielgens für weitere ManipulationenKreuzung mit cre-trangenen Mäusen

SNP in vivo ValidierungTiermodel humaner ErkrankungenFunktionale Analyse von Isoformen

Nomenklatur für „Targeted Mutations“

B6.129P2-Apoa1tm1Unc/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

Humanized Mouse Models

• Weitere Form des „Knock-ins“

• Maus Gen ersetzt

durch humanes Gen

• Humanes Gen unter

Humanized mousemodel

• Humanes Gen unter

der Kontrolle des Maus

Promoters

• Expressionsmuster ist

physiologisch relevant

Gemischter vs Congener Hintergrund

B6;129P2-Apoa1tm1Unc/J

B6.129P2-Apoa1tm1Unc/J

Alte Nomenklatur: C57BL/6-Apoa1tm1Unc

• B6: genetischer Hintergrund Stamm• B6: genetischer Hintergrund Stamm

• . : insipient congenic (N=5) oder

vollständig congen (N=10)

• ; : genetischer Mischhintergrund

• 129P2: Donor Stamm (der ES Zelllinie

E14TG2a)

Transgene von “Targeted Mutations” unterscheiden

• C57BL/6-Tg(APOA1)1Rub/J

• B6.129P2-Apoa1tm1Unc/J

• B6.Cg-Tg(GFAP-APOE4)1Hol Apoetm1Unc/J

Cre x Lox Mäuse

XloxP loxP

Exon 1 1 2 3 4 5 6

Cre

III II IVI

IV

loxP

II III

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 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.

Nomenklatur "Cre" x "floxed"

• Beispiel: Tfamtm1Lrsn and Tfamtm1.1Lrsn.

• In diesem Bespiel bezeichnet Tfamtm1Lrsn die

gezielte Mutation bei der loxP in das Tfam Gen

inseriert wurde. inseriert wurde.

• Tfamtm1.1Lrsn bezeichnet ein neues

keimbahngängiges, also auf Nachkommen

übertragbares Allel, das durch Verpaarung mit

einer cre-exprimierenden Maus erzeugt wurde.

Quellen für Nomenklatur Regeln und Empfehlungen

• Institute for Laboratory Animal Research (ILAR) http://dels.nas.edu/ilar_n/ilarhome/register_lc.shtml.

• Nomenklatur Tutorial jaxmice.jax.org/subscribe/nomenclature

• MGI Homepage http://www.informatics.jax.org/

• MGI Maus Nomenklatur Homepage www.informatics.jax.org/nomen/http://www.informatics.jax.org/mgihome//nomen/index.shtmlhttp://www.informatics.jax.org/mgihome//nomen/index.shtml

• Checklist for Proposing a Locus Symbol http://www.informatics.jax.org/mgihome//nomen/checklist.shtml#check

• Hilfestellung unter e-mail nomen@informatics.jax.org

• RGD rgd.mcw.edu/nomen/rules-for-nomen.shtml

• RATMAP www.ratmap.gen.gu.se

• Gesellschaft für Versuchstierkunde – Ausschuss für Genetik und Labortierzucht

www.gv-solas.de/auss/gen-korr.html