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为解决狗狗遗传性视网膜疾病（IRD）相关问题，宾夕法尼亚大学研究人员开展拉布拉多犬 IRD 研究。发现 GTPBP2 基因 3-bp 缺失与非综合征性 PRA 相关。该研究为理解 IRD 发病机制提供线索，值得科研读者一读。
在动物的世界里，眼睛就像一扇窗户，透过它，动物们感知着五彩斑斓的世界。然而，有一种疾病却悄然威胁着许多哺乳动物的视力，它就是遗传性视网膜疾病（IRD）。这种疾病会让动物们的视力逐渐下降，甚至失明，就像窗户被蒙上了一层厚厚的灰尘，再也透不进光亮。
在人类中，IRD 是一组复杂的疾病，超过 300 个基因与它相关。这些基因的异常不仅可能单独引发眼部问题，还常常与其他多系统疾病相伴出现。而且，由于其临床症状和遗传病因的多样性，使得 IRD 的诊断和研究充满了挑战。同样，在狗狗的世界里，也有类似的困扰。许多狗狗会患上 IRD，其中最常见的就是进行性视网膜萎缩（PRA）。
狗狗的 PRA 可不是个小问题，它严重影响了狗狗的生活质量，也让它们的主人十分心疼。而且，狗狗作为人类的好朋友，它们的健康状况一直备受关注。更重要的是，由于狗狗的遗传多样性和繁殖特点，很多纯种狗狗成为了研究人类遗传性疾病的天然模型，对狗狗 IRD 的研究，不仅能帮助狗狗，还能为人类 IRD 的研究提供宝贵的线索。但目前，对于狗狗 IRD 的研究还存在不少问题，比如许多疾病的命名和分类十分混乱，这就像一个杂乱无章的图书馆，找起书来困难重重。而且，虽然已经发现了一些与狗狗 IRD 相关的基因，但对于这些基因变异如何导致疾病发生的具体机制，我们还知之甚少。
为了揭开狗狗 IRD 的神秘面纱，宾夕法尼亚大学的研究人员展开了深入的探索。他们的研究成果发表在了《Nature》子刊《Scientific Reports》上，论文的标题是《A homozygous 3-bp deletion in GTPBP2 is associated with non-syndromic progressive retinal atrophy in Labrador retrievers》。通过一系列的研究，他们发现了一个与拉布拉多寻回犬非综合征性 PRA 相关的基因变异，这一发现为理解狗狗 IRD 的发病机制和遗传规律提供了重要线索，也为未来开发针对性的治疗方法奠定了基础。
研究人员在这项研究中用到了几个关键的技术方法。首先是基因分型技术，通过对狗狗的基因进行分析，确定它们的基因类型。其次是全基因组测序，这就像是给狗狗的基因做了一次全面的 “体检”，可以详细了解基因的序列信息。还有生物信息学分析，它能帮助研究人员从海量的基因数据中筛选出有价值的信息，找到与疾病相关的基因变异。
下面我们来看看研究人员都取得了哪些有趣的研究成果吧。
病例呈现
研究人员在一窝拉布拉多寻回犬中发现了问题。这窝狗狗本来是被培养成为导盲犬或服务犬的，可其中有三只狗狗却出现了视力问题。一只 7 个月大的拉布拉多（LR5）首先出现了视觉障碍，经过检查，发现它患有视网膜变性，而且已经到了中期。它的一个 7.5 个月大的同窝伙伴（LR3）起初眼睛还正常，但到了 10.5 个月大时，也出现了明显的视网膜变性病变和视觉障碍。它不再能追踪滚动的球，只能用鼻子去探索周围的环境。另一只狗狗（LR8）后来也被发现有同样的症状。而这窝狗狗的其他三只兄弟姐妹和父母经过眼科检查，都没有发现异常。与正常的 15 个月大拉布拉多相比，LR3 在 25 个月大时的眼底照片显示出了晚期视网膜变性。随着时间的推移，LR3 和 LR8 还都患上了完全成熟的白内障，这使得视网膜检查变得困难，而且它们的视网膜电图也无法记录。通过对这些狗狗的观察和检查，研究人员确定了它们的疾病表现和发展过程。
家族树和遗传机制
研究人员仔细研究了这窝狗狗的家族树，发现除了这三只患病的狗狗，其他属于这个繁殖计划的狗狗都没有出现类似的视力缺陷或视网膜异常。根据家族树的分析，研究人员推测这种疾病是常染色体隐性遗传模式。这就好比在狗狗的基因世界里，隐藏着一个 “坏种子”，只有当两个 “坏种子” 相遇时，才会引发疾病。
候选区域的定位
为了找到这个 “坏种子” 所在的位置，研究人员使用了纯合子定位技术。他们对整个八只狗狗的家族进行了基因分型，假设这是一种单基因隐性遗传疾病，然后寻找纯合子的延伸区域。最终，他们在 CFA8、CFA9、CFA12、CFA17、CFA22、CFA35 等染色体上检测到了大于 1Mb 的区域。经过进一步的分析，他们发现所有患病狗狗共有的、而正常狗狗没有的区域中，CFA12 上的一个区域最为可疑，这个区域可能藏着导致疾病的关键基因变异。
变异检测和基因分型
研究人员接着对四只狗狗进行了全基因组测序，包括两只患病的狗狗和两只未患病的父母。他们将测序结果与 Canfam4 参考基因组进行比对，并使用了多种数据库进行筛选。经过层层筛选，他们发现了一个位于 GTPBP2 基因上的 3-bp 缺失变异。这个变异在患病狗狗中是纯合的，而在未患病的父母中是杂合的。为了确定这个变异的罕见性，研究人员还对同一犬舍的 91 只拉布拉多和数据库中的 569 只拉布拉多进行了基因分型，结果发现这个变异极其罕见。这就像是在基因的大海里捞出了一颗特别的 “珍珠”，它很可能就是导致狗狗患病的 “罪魁祸首”。
变异预测影响
研究人员通过各种软件和数据库对这个变异的影响进行了预测。他们发现这个变异会影响 GTPBP2 基因编码蛋白的 c 末端部分，缺失了一个高度保守的丙氨酸。多个预测程序都认为这个变异是有害的，会对蛋白质的功能产生影响。而且，这个变异所在的区域虽然不属于蛋白质的主要 GTPase 结构域，但却在一个与转运氨基酸酰基 - RNA 相关的预测结构域内，这暗示着这个变异可能通过影响蛋白质的功能，进而导致疾病的发生。
野生型和 Ala536del 突变型 GTPBP2 蛋白在体外模型中的表达
为了进一步研究这个变异对蛋白质的影响，研究人员构建了野生型和 Ala536del 突变型 GTPBP2 蛋白的表达载体，并将它们转染到 HeLa 细胞中。通过免疫印迹分析，他们发现突变型蛋白的表达水平与野生型相比略有下降，但并不显著。而且，用蛋白酶体抑制剂 MG132 处理细胞后，突变型蛋白的表达水平并没有增加。通过共聚焦显微镜分析，他们发现野生型蛋白在细胞质中均匀分布，而突变型蛋白则在约 70 - 80% 的细胞中形成了细胞质聚集体，这些聚集体与溶酶体标记物 Lamp2 没有共定位。这表明这个变异虽然没有明显影响蛋白质的表达量，但却改变了蛋白质的细胞定位，可能对细胞环境产生了不良影响。
患病狗狗的临床疾病表型评估及与 JES 患者的比较
研究人员在确定了 GTPBP2 基因变异与狗狗视网膜疾病的关系后，重新评估了患病狗狗的临床症状，并与人类 Jaberi - Elahi 综合征（JES）患者进行了比较。JES 患者通常有神经系统异常和身体形态异常，但患病的狗狗却没有这些问题。不过，有两只狗狗患上了 Addison 病，其中一只后来还患上了糖尿病并因低血糖事件死亡。总体来说，患病狗狗没有出现与视网膜变性和 GTPBP2 突变相关的综合征症状。
综合研究结果和讨论部分，研究人员通过精心的表型分析和样本收集，结合 SNP - 基于的纯合子定位和全基因组测序技术，发现了拉布拉多寻回犬 GTPBP2 基因中一种极为罕见的 3-bp 缺失变异，这种变异与非综合征性视网膜变性相关。根据相关分类指南，这种疾病可以被归类为 PRA - GTPBP2。这个缺失变异导致了一个保守丙氨酸的丢失，虽然这个氨基酸不在主要的 GTPase 结构域内，但却影响了蛋白质的细胞定位，使其在细胞质中形成聚集体。这些聚集体可能会破坏细胞环境，进而影响视网膜细胞的正常功能，导致视网膜变性。
GTPBP2 基因在人类中与 JES 等疾病相关，其突变通常会导致神经系统和视网膜等多系统的病变。而在狗狗中，这个变异主要引起了视网膜的特异性表型，这表明该变异在狗狗中的影响相对较小，可能是因为其作用主要局限于代谢需求高且较为脆弱的视网膜环境。
这项研究的意义重大。它不仅为狗狗的视网膜疾病研究提供了新的见解，还为人类视网膜疾病的研究提供了有价值的参考。通过对狗狗模型的研究，我们可以更好地理解基因变异如何导致视网膜疾病的发生，为开发治疗视网膜疾病的新方法提供了理论基础。而且，研究人员还发现这个变异所在的区域可能与转运氨基酸酰基 - RNA 相关，这为进一步研究 GTPBP2 基因的功能和疾病机制提供了新的方向。未来，我们可以期待更多的研究能够深入探索这个基因变异的奥秘，为改善狗狗和人类的视力健康带来新的希望。
