Analyzing gene function in the mouse: gene trap mutations in Arp3, Lsm16, and a novel KRAB-ZF gene

Prochnow, Blair Raymond

Das Genfallen-Verfahren ist eine wichtige Methode zur Mutagenese des Mausgenoms. Mit dieser Methode können sowohl bekannte als auch unbekannte Gene mutiert werden. Anschließend können Mutanten für die Genfunktionsanalyse generiert werden. Diese Doktorarbeit beschreibt die Ergebnisse der phänotypischen Analyse von drei neuen Mauslinien. In der ersten Genfallenmutante ist das Arp3 („actin related protein 3“) Gen mutiert. Homozygote Mutanten sterben im Blastozystenstadium E3.5. Die Mutation ist rezessiv letal. Heterozygote adulte Tiere zeigen keinen Gendosis-Effekt, die Menge von Arp3-Transkripten und -Protein ist um ca. 50% reduziert, jedoch ohne offensichtlichen Phänotyp. In der zweiten Mauslinie ist ein unbekanntes Krüppel-assoziiertes Box- Zinkfingerprotein (KRAB-ZF) mutiert. Das mutierte Gen exprimiert zwei Splicevarianten in einer Vielzahl von Geweben. In dieser Mausmutante wurde kein offensichtlicher Phänotyp gefunden. Dies deutet darauf hin, dass die Rolle des Gens, wahrscheinlich aufgrund redundanter Gene, von eingeschränkter Bedeutung ist. In der dritten Linie ist der Genfallen-Vektor in ein unbekanntes Gen integriert. Mutanten zeigen eine geringere Körpergröße und ein reduziertes Körpergewicht in allen Altersstufen. Der Gewichtsunterschied beruht wesentlich auf einer Reduktion des Anteils an Fettgewebe. Markergene für Adipozyten und Energiestoffwechsel zeigen in Geweben von Mutanten eine unterschiedliche Expression zum Wildtyp. Das unbekannte Gen konnte als das Mausortholog des humanen Lsm16-Genes und Edc3-Genes der Hefe identifiziert werden. In der Maus wurde dieses Gen deshalb Lsm16 genannt. Es ist seit kurzem bekannt, dass diese Gene in Mensch und Hefe am mRNA „Decapping“ beteiligt sind. Weil das Maus-Lsm16-Protein über 95% Identität zu seinem humanen Homolog aufweist, wird hier impliziert, dass das Protein in der Maus beim „Decapping“ von mRNA eine Rolle spielt.

One of the most informative means for studying gene function in the mouse is by analyzing mutants. A well established large-scale approach which allows for the mutation and analysis of novel, as well as known genes is the gene trap approach. The work in this thesis involves the analysis of three gene trap mouse lines. The first line represents a gene trap mutation in the Arp3 gene. It has been found that the mutation is lethal in homozygous mutant embryos around stage E3.5, demonstrating an essential role of Arp3 in early embryogenesis. In heterozygous mice, the levels of Arp3 transcripts and protein are reduced by approximately 50%, but no apparent phenotype was detected. Hence, the mutation is recessive lethal, with no gene dosage effect in heterozygotes. In the second mutant mouse line, a novel krüppel-associated box zinc-finger gene (KRAB-ZF) has been trapped. The trapped gene is expressed in two splice variants throughout the mouse at all stages of life, though expression is not found in every cell. No obvious phenotype could be detected in mutant mice. This indicates that the role of the gene is of only limited importance, probably due to redundant genes. The third line analyzed contains a gene trap vector integration in a novel gene. Mice homozygous for the trapped gene display a general reduction in body size and weight, which persists from juvenility through adulthood. This reduction is found in all tissues analyzed, but most notably in adipose tissues. In organs from adult mutants, altered expression of several adipocyte and energy metabolism marker genes was found. The novel gene could be identified as the mouse ortholog to the human Lsm16 and yeast Edc3 genes. In mouse, this gene has therefore been named Lsm16. In human and yeast, these genes are only recently known to be involved in mRNA decapping. Since the mouse Lsm16 protein shares over 95% identity to its human homolog, it is implied here that the mouse protein is also involved in mRNA decapping.

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Prochnow, Blair Raymond: Analyzing gene function in the mouse: gene trap mutations in Arp3, Lsm16, and a novel KRAB-ZF gene. 2006.

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