Главная страница » Определение экспрессии генов ТNFAIP3, CDS1 и MTAP в популяции свиней породы крупная белая

Рубрики

12.03.2025

Определение экспрессии генов ТNFAIP3, CDS1 и MTAP в популяции свиней породы крупная белая

В современной биологии и генетике изучение экспрессии генов играет ключевую роль в понимании механизмов развития и функционирования живых организмов. Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого информация, закодированная в ДНК, преобразуется в функциональные продукты, такие как белки, которые выполняют различные функции в клетке.

Изучение экспрессии генов у различных видов животных, включая свиней, позволяет не только глубже понять биологические процессы, но и применять полученные знания в различных областях науки и практики (например, таких, как селекция, ветеринария и биотехнологии).

Свиньи (Sus scrofa), как один из наиболее распространенных видов сельскохозяйственных животных, привлекают особое внимание исследователей в связи с их значением для пищевой промышленности и сельского хозяйства в целом. Понимание механизмов экспрессии генов у свиней может способствовать улучшению их продуктивности, устойчивости к болезням и адаптации к различным условиям содержания.

В данном контексте особый интерес представляет изучение экспрессии генов, связанных с иммунной системой и метаболизмом. ТNFAIP3, CDS1 и MTAP — это гены, которые играют важную роль в регуляции иммунного ответа, метаболизме и транспорте питательных веществ. ТNFAIP3 (Tumor Necrosis Factor Alpha-Induced Protein 3) участвует в регуляции воспалительных процессов и иммунного ответа, CDS1 (CDP-Diacylglycerol Synthase 1) отвечает за синтез фосфатидилхолина, важного компонента клеточных мембран, а MTAP (Microsomal Triglyceride Transfer Protein) участвует в транспорте триглицеридов и других липидов.

Изучение экспрессии этих генов у свиней может предоставить ценную информацию о механизмах, лежащих в основе их иммунной системы и метаболизма, а также о факторах, влияющих на эти процессы, что в свою очередь может способствовать разработке новых подходов к селекции свиней, направленных на улучшение их продуктивности, устойчивости к болезням и адаптации к различным условиям содержания.

Крупная белая порода свиней — одна из наиболее распространенных и популярных в мировом свиноводстве. Она была выведена в Великобритании в XIX веке и с тех пор широко распространилась по всему миру благодаря своим высоким продуктивным качествам и адаптивности к различным условиям содержания.

Одной из ключевых особенностей крупной белой породы является ее высокая плодовитость. Свиноматки этой породы отличаются хорошей репродуктивной способностью, что позволяет получать большое количество здорового потомства. Это делает их особенно ценными для свиноводческих хозяйств, поскольку позволяет увеличить производство мяса и снизить затраты на его получение. Кроме того, крупная белая порода обладает высокой скоростью роста и хорошей конверсией корма. Это означает, что животные этой породы способны быстро набирать вес, используя при этом минимальное количество корма. Это качество особенно важно в современном свиноводстве, где экономия ресурсов и снижение затрат играют ключевую роль.

Генетические исследования показали, что экспрессия генов, отвечающих за рост и развитие, у крупной белой породы свиней значительно выше, чем у многих других пород. Это объясняет их способность к быстрому росту и высокой продуктивности. Кроме того, исследования выявили, что гены, связанные с репродуктивной функцией, имеют высокую экспрессию у крупной белой породы, что подтверждает их высокую плодовитость.

Таким образом, исследование экспрессии генов ТNFAIP3, CDS1 и MTAP у свиней породы крупная белая представляет собой важный шаг в понимании биологии данного вида и может иметь значительные последствия для сельскохозяйственной промышленности и ветеринарной медицины.

Цель работы — изучение экспрессии генов ферментов CDS1 (ЦДФ-диацилглицеринсинтазы), МТАР (метилтиоаденозинфосфорилазы) и TNFAIP3 (фактора некроза опухоли, альфа-индуцированного белка 3) в тканях сердца, легкого, селезенки, почек и яичников у свиней.

Материалы и методы исследования

Работа была выполнена в лаборатории генетических технологий в агро- и аквахозяйстве Федерального исследовательского центра Всероссийского института животноводства им. Л.К. Эрнста с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием «Биоресурсы и биоинженерия сельскохозяйственных животных» ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста в 2024 году.

Анализ уровня относительной экспрессии генов, связанных с антиоксидантной системой и системой иммунитета, проводили при помощи ПЦР в реальном времени на амплификаторе DT-lite («ДНК-Технология», Россия). Для этого были отобраны по 20 образцов тканей сердца, легкого, селезенки, почек и яичников у свиней крупной белой породы в возрасте 145–150 дней. Убой животных (по достижении 100 кг живого веса) проводился в ООО СГЦ «Топ Ген» (Воронежская обл., с. Верхняя Хава) в специально оборудованном цехе. Экспериментальные процедуры, использованные в исследовании, не противоречат Европейской конвенции по защите позвоночных животных (г. Страсбург, 18 марта 1986 г., ETS № 123).

Образцы были помещены в раствор IntactRNA («Евроген», Россия) и хранились при температуре -20 ºС.

Поставленную задачу по исследованию проб реализовывали в компании ООО «БИОТРОФ+», в лаборатории молекулярно-генетических исследований, включающих применение комплекса методик на основе молекулярно-генетических подходов, позволяющих определить экспрессию генов сельскохозяйственных животных.

Тотальную РНК из образцов выделяли с помощью набора Aurum Total RNA (BioRad, США) согласно инструкции производителя. Гомогенизация образцов тканей осуществлялась на гомогенизаторе Precellys Evolution (Bertin technologies, Франция). При помощи набора iScript RT Supermix (BioRad, США) осуществляли реакцию обратной транскрипции для получения кДНК на матрице РНК. Реакцию амплификации с праймерами генов проводили при помощи набора SsoAdvanced Universal SYBR Green Supermix (BioRad, США) согласно протоколу производителя. Для этого использовались специфичные праймеры для каждого гена: TNFAIP3-F (5’-GAGTACAGAGAAAATAAACATTTCGTC-3’) и TNFAIP3-R (5’-TTCAAACACCGTGCTTCCGAG-3’) для гена ТNFAIP3; CDS1-F (5’-TATGCTGATGCTTCTTGTTCTAGG-3’) и CDS1-R (5’-CTGAGTGTTCTAAACCAAGGTAG-3’) для гена CDS1; MTPAP-F (5’-TTTGTTGTGCAGAAAGTGTAGATG-3’) и MTPAP-R (5’-GATAGCGGAGTTTGGTGTTCTC-3’) для гена MTAP.

Расчет относительной экспрессии был произведен при помощи метода 2-∆∆Ct [7]. В качестве референсного гена был выбран ген белка b-Actin свиньи (производитель ООО «Бигль», Россия). Ген бета-актина является геном домашнего хозяйства в эукариотических клетках, поэтому он всегда хорошо экспрессируется во всех клетках и был выбран в качестве референсного.

Обработка данных осуществлялась в программе Microsoft Ecxel 2010 по методу Ливака. Исследования были проведены в трехкратной повторности (р > 0,05).

Результаты и обсуждение

В результате данной работы была проведена в группах оценка относительной экспрессии генов CDS1, MTAP и TNFAIP3 в тканях сердца, легкого, селезенки, почек и яичников у свиней (табл. 1) с использованием современных методов молекулярной биологии, что обеспечило высокую точность и надежность полученных результатов (95%). В качестве контрольной группы были взяты образцы ткани сердца, так как расчет экспрессии необходимо проводить относительно какой-либо группы, которая будет принята за контрольную. За контрольную группу по экспрессии в данном исследовании было взято сердце, но перерасчет можно проводить по любому органу.

Более подробно полученная относительная экспрессия по каждому гену отражена на рисунках 1–3.

Экспрессия гена CDS1 (ЦДФ-диацилглицеринсинтазы) существенно отличалась в разных тканях организма. Наиболее высокий уровень экспрессии данного гена был обнаружен в тканях почек, что существенно отличается от уровня экспрессии в тканях сердца и других типах тканей. Сравнительный анализ показал, что в почках уровень экспрессии гена CDS1 был в 24 раза выше по сравнению с экспрессией данного гена в тканях сердца. Это указывает на важную роль ЦДФ-диацилглицеринсинтазы в функционировании почек, возможно, связанную с процессами метаболизма и транспорта липидов.

В легких наблюдалась почти в 4 раза повышенная экспрессия гена CDS1 по сравнению с сердцем. Это может быть связано с необходимостью поддержания эффективного обмена веществ и энергии в легочной ткани, учитывая ее высокую метаболическую активность.

В отличие от почек и легких, в тканях селезенки уровень экспрессии гена CDS1 был снижен на 30% по сравнению с тканями сердца. Это может указывать на специфические особенности метаболических процессов в селезенке, которые не требуют такой высокой активности ЦДФ-диацилглицеринсинтазы.

Интересно, что в яичниках уровень экспрессии гена CDS1 не отличался от экспрессии в тканях сердца. Это может быть связано с тем, что оба органа имеют схожие требования к метаболической активности, хотя и выполняют разные функции в организме.

В целом данные исследования показывают, что экспрессия гена CDS1 сильно варьируется в зависимости от типа ткани и органа, что отражает специфические метаболические потребности каждого из них. Эти результаты могут быть важными для понимания механизмов регуляции метаболизма в различных органах и тканях, а также для разработки новых подходов к лечению заболеваний, связанных с нарушениями метаболических процессов.

Экспрессия гена МТАР (метилтиоаденозинфосфорилазы) была снижена в тканях легкого и селезенки. В тканях легкого экспрессия метилтиоаденозинфосфорилазы была значительно ниже, чем в тканях сердца. В то же время в тканях селезенки уровень экспрессии данного гена был еще более низким — в 8 раз меньше, чем в сердечной ткани.

Важно отметить, что уровень экспрессии в тканях почек и яичников не показал значимых различий по сравнению с экспрессией в тканях сердца. Это может указывать на специфическую роль метилтиоаденозинфосфорилазы в этих органах, которая отличается от ее функций в легких и селезенке.

Дальнейшие исследования могут помочь в понимании механизмов, лежащих в основе этих различий, и их потенциального влияния на здоровье и развитие заболеваний.

Уровень транскрипции гена TNFAIP3, который кодирует фактор некроза опухоли, альфа-индуцированный белок 3, не показал значимых различий между всеми исследованными тканями свиней. Это означает, что экспрессия данного гена остается стабильной и не зависит от типа ткани, что может быть важным фактором при изучении биологических процессов и патологических состояний у свиней.

Важно отметить, что TNFAIP3 играет ключевую роль в регуляции воспалительных реакций и иммунного ответа, поэтому его стабильная экспрессия может свидетельствовать о поддержании гомеостаза в организме животного.

Дальнейшие исследования могут быть направлены на изучение взаимодействия TNFAIP3 с другими генами и белками, а также на анализ его роли в развитии различных заболеваний у свиней.

Выводы

Исследование было направлено на выявление потенциальных различий в экспрессии генов ТNFAIP3, CDS1 и MTAP в различных органах и тканях, что может иметь важное значение для понимания их функциональных особенностей и возможных патологических процессов.

В результате анализа, проведенного при помощи ПЦР в реальном времени, были показаны различия в экспрессии генов CDS1 (ЦДФ-диацилглицеринсинтазы) в тканях легких и почек по сравнению с экспрессией в тканях сердца. Это может указывать на специфические функциональные особенности этих органов и их роль в метаболических процессах. Кроме того, было выявлено, что уровень экспрессии гена МТАР (метилтиоаденозинфосфорилазы) отличается в тканях легкого и селезенки по сравнению с другими исследованными органами, что может быть связано с различиями в метаболических процессах и функциональных особенностях этих органов.

Кроме того, уровень транскрипции гена TNFAIP3 (фактора некроза опухоли, альфа-индуцированного белка 3) не имел различий в транскрипции между всеми исследованными тканями свиней. Это может свидетельствовать о том, что данный ген играет универсальную роль в различных органах и тканях, не зависящую от специфических функциональных особенностей каждого органа.

В целом результаты данного исследования могут быть использованы для дальнейшего изучения функциональных особенностей различных органов и тканей у свиней, а также для понимания механизмов развития патологических процессов, что может иметь важное значение для ветеринарной медицины и сельскохозяйственной промышленности.

Об авторах

Анастасия Александровна Решетникова1; младший научный сотрудник

https://orcid.org/0000-0002-4874-2615

Анна Александровна Белоус1; кандидат биологических наук, доцент, заведующая лабораторией

belousa663@gmail.com; https://orcid.org/0000-0001-7533-4281

Пётр Ильич Отраднов1; младший научный сотрудник

deriteronard@gmail.com; https://orcid.org/0000-0002-1153-5815

Елена Алексеевна Требунских2; заместитель директора по племенному делу

terramio7@mail.ru

Александр Фёдорович Контэ1; кандидат сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник

alexandrconte@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0003-4877-0883