Medycyna Wet. 2007, 63 (5) 512
Artyku³ przegl¹dowy Review
Kar³owatoæ jest jednym z najczêstszych wrodzo-nych schorzeñ u cz³owieka i zwierz¹t gospodarskich. Wspóln¹ cech¹ zaburzeñ powoduj¹cych powstawanie kar³owatoci jest du¿e zró¿nicowanie pod wzglêdem fenotypu oraz typów dziedziczenia kar³owatoci, a tak-¿e heterogennoæ nowo wystêpuj¹cych mutacji. Przy-czyn¹ dziedzicznej i nie uwarunkowanej genetycznie kar³owatoci s¹ zaburzenia w rozwoju koæca w cza-sie embriogenezy. Zaburzenia w okrecza-sie kostnienia b³oniastego s¹ ród³em kar³owatoci z zachowanymi proporcjami budowy cia³a. Z kolei zaburzenia w roz-woju szkieletu chrzêstnego (chondrodystrofie) prowa-dz¹ do kar³owatoci charakteryzuj¹cej siê nieprawid-³owym stosunkiem d³ugoci koñczyn, w stosunku do wymiarów tu³owia (6). Najwiêcej spotykanych przy-padków kar³owatoci dotyczy jej formy nieproporcjo-nalnej, chondrodystroficznej. Dziedzicznie przekazy-wana achondroplazja (ACH) wystêpuje u byd³a (OMIA 000004 i 000005), psów, kotów, królików, owiec (OMIA 000004), kóz (OMIA 000005) i drobiu (OMIA 000006) oraz u cz³owieka (OMIM 100800).
Achondroplazja to defekt w procesie kostnienia ródchrzêstnego, którego podstawow¹ cech¹ jest skró-cenie koñczyn w wyniku zaburzeñ wzrostu trzonów koci d³ugich. Wielkoæ nasad koci d³ugich jest wzglêdnie normalna. W obrazie mikroskopowym wy-cinków chrz¹stki nasadowej chorych osobników cha-rakterystyczna jest obecnoæ licznych zdegenerowa-nych i nieregularnie rozmieszczozdegenerowa-nych chondrocytów oraz nieprawid³owoci w budowie macierzy
poza-komórkowej chrz¹stki, wynikaj¹ce z wadliwych inter-akcji miêdzy glikoproteinami wystêpuj¹cymi na po-wierzchni chondrocytów a w³óknami kolagenowymi i proteoglikanami macierzy pozakomórkowej (6, 13, 14). Achondroplastyczne zmiany kostne obejmuj¹ rów-nie¿ powiêkszon¹ g³owê z nadmiernie wysklepion¹ czaszk¹ oraz skrócon¹ i sp³aszczon¹ czêæ trzewn¹ czaszki. Obserwowane s¹ równie¿ defekty szkieletu osiowego w postaci skrócenia krêgos³upa i deforma-cji jego elementów kostnych oraz zwê¿enia otworów miêdzykrêgowych (8, 12).
Przegl¹d fenotypów achondroplazji u ró¿nych ras byd³a
Achondroplastyczna kar³owatoæ by³a obserwowa-na u byd³a rasy dexter, byd³a holsztyñskiego, jersey, aberdeen angus, hereford i shorthorn oraz japoñskie-go byd³a br¹zowejapoñskie-go. Achondroplazja u heterozyjapoñskie-go- heterozygo-tycznych osobników (Dx+/) byd³a dexter dziedziczy siê w formie dominuj¹cej z niepe³n¹ penetracj¹ genu, gdy¿ nie ujawnia siê u wszystkich heterozygot. Achon-droplazja odziedziczona w uk³adzie homozygotycz-nym (Dx+/+) u byd³a tej rasy jest form¹ letaln¹, wy-wo³uj¹c¹ deformacjê szkieletu, a diagnozowane p³o-dy okrelane s¹ jako cielêta buldogowate (6, 20). Wrodzon¹ mierteln¹ formê chondrodysplazji badano u dwóch samiczych p³odów rasy dexter, ekstremalnie zdeformowanych, które zamar³y w po³owie b¹d pó-nym okresie ci¹¿y. Cechy tej formy achondroplazji obejmowa³y silne skrócenie koñczyn w stosunku do
Achondroplazja byd³a
TOMASZ Z¥BEK, EWA S£OTADzia³ Immuno- i Cytogenetyki Zwierz¹t Instytutu Zootechniki, ul. Krakowska 1, 32-083 Balice
Z¹bek T., S³ota E.
Bovine achondroplasia
Summary
Dwarfism is a frequently occurring congenital disorder in human and farm animals. Defects in endochon-dral ossification lead to disproportionate dwarfism with abnormal length of the limbs in relation to the size of the trunk. Based on observed skeleton abnormities in general, a short- and long-limbed achondroplasia can be recognized. Short-headed dwarfism often relates to the latter ACH form and comprises a number of head deformities with a characteristic craniofacial shortening. Lethal cases with severe skeleton malformations occur when ACH is inherited in the homozygous recessive mode. A number of different ACH forms were described in Dexter, Holstein Fresian, Jersey, Aberdeen Angus, Hereford, Shorthorn and Japanese brown cattle. Only in the last mentioned breed two causative mutations have been detected causing ACH phenotype in the appendicular skeleton. Extensive efforts are being made to find mutations determining achondroplasia in other cattle breeds.
Medycyna Wet. 2007, 63 (5) 513
d³ugoci tu³owia, krótki krêgos³up, du¿¹ g³owê z cof-niêt¹ trzewioczaszk¹ oraz rozszczep podniebienia. Obecnoæ nieproporcjonalnie du¿ych organów (jêzyk, p³uca i wnêtrznoci jamy brzusznej) oraz rozleg³a prze-puklina brzuszna wskazywa³y na prawid³owy rozwój tkanek miêkkich w stosunku do zaburzonego wzrostu wymienionych elementów koæca (6).
Scharakteryzowano tak¿e niedziedziczn¹ formê byd-lêcej achondroplazji, fenotypowo zbli¿onej do letal-nego typu u homozygot byd³a dexter. W opisanym przypadku spontaniczna mutacja by³a przyczyn¹ wad szkieletu obwodowego u buhaja, którego rodzice byli normalnych rozmiarów (11). Pokrewna forma achon-droplazji wystêpuje równie¿ u byd³a telemark w Nor-wegii, jednak dziedziczona jako autosomalna recesyw-na cecha ma zrecesyw-nacznie ³agodniejszy przebieg. Kar³y byd³a rasy telemark posiadaj¹ skrócon¹ g³owê, wyskle-pion¹ czaszkê, zdeformowane szczêki, rozszczep pod-niebienia oraz krótkie, masywne i wykrêcone koñczy-ny, które nie s¹ w stanie utrzymaæ ciê¿aru cia³a (4). W ³agodniejszej postaci schorzenia osobniki homo-i heterozygotyczne nhomo-ie ró¿nhomo-i¹ shomo-iê pod wzglêdem feno-typu. Chore cielêta rodz¹ siê ¿ywe, ale padaj¹ w ci¹gu kilku dni z powodu parali¿u oddechowego, w wyniku wymuszonego przebywania w pozycji le¿¹cej. Ze wzglêdu na obserwowane zmiany szkieletu koñczyn typ achondroplazji u byd³a telemark i dexter okrelo-no równie¿ jako achondroplazjê krótko-koñczyokrelo-now¹ (short-limbed) (6).
Inn¹, bardziej ³agodn¹ form¹ chondrodystroficznej kar³owatoci jest achondroplazja u byd³a ras jersey (1), holsztyñsko-fryzyjskiej (2), hereford (8, 9) i angus (12). Recesywny charakter dziedziczenia tej formy ACH stwierdzono po przeprowadzonych krzy¿ówkach wstecznych z udzia³em heterozygotycznych buhajów i ich córek u holsztyno-fryzów (2) oraz po przeprowa-dzonych kojarzeniach w grupach pó³-rodzeñstwa u fry-zów brytyjskich (7). Charakterystyczn¹ cech¹ tej for-my ACH jest brachycefalia, która obejmuje deforma-cje szczêki górnej i koci nosowej oraz koci czo³o-wej (2).
Porównawcze obserwacje anatomii czaszek osob-ników zdrowych i krótkog³owych (short-headed) kar-³ów rasy hereford wykaza³y, ¿e dla osobników cho-rych charakterystyczne by³o przedwczesne tworzenie siê chrz¹stkozrostów klinowo-potylicznych (w pierw-szym tygodniu ¿ycia), w porównaniu do osobników normalnych, u których zamkniêcie siê tych struktur wystêpuje miêdzy 24. a 36. miesi¹cem ¿ycia (8, 9). Nieprawid³owe proporcje miêdzy wielkoci¹ g³owy i mózgu oraz tworz¹ce siê wodog³owie powodowa³y silne wybrzuszenie czo³a. Charakterystyczne deforma-cje okolic g³owy obejmowa³y skrócenie trzewioczaszki i wysuniêcie szczêki oraz deformacjê koci nosowej, utrudniaj¹c¹ oddychanie (8). U krótkog³owych kar³ów rasy amerykañski angus obserwowano równie¿ zmia-ny w budowie krêgów, obejmuj¹ce anomalie budowy trzonów i wyrostków poprzecznych krêgów (12).
Scha-rakteryzowano równie¿ subletaln¹ formê ACH u krót-kog³owych kar³ów rasy jersey z chowu wsobnego (4). Obserwowana anomalia u badanych ciel¹t tej rasy mia³a najwiêkszy wp³yw na rozwój koæca czaszki i szczêki, natomiast znikomy na wymiary elementów kostnych szkieletu obwodowego. Chore cielêta mia³y skrócon¹ i szerok¹ g³owê oraz rozszczep podniebie-nia. Typ charakterystyczny dla byd³a jersey okrelono równie¿ jako achondroplazjê d³ugo-koñczynow¹ (long-limbed), gdy¿ w opisanych przypadkach skró-cenie koñczyn by³o nieznaczne i trudne do diagnozo-wania. W celu opracowania testu diagnostycznego dla tej formy achondroplazji przeprowadzono porównaw-cze pomiary szkieletu koñczyn miêdzy zdrowymi i chorymi osobnikami byd³a hereford (19). Stwierdzo-no najwiêksze ró¿nice w d³ugoci trzonów koci ród-rêcza, a zale¿noci miêdzy ca³kowit¹ d³ugoci¹ koci ródrêcza a d³ugoci¹ i rednic¹ jej trzonu zosta³y wy-typowane jako najbardziej przydatne cechy do diag-nozowania achondroplazji u krótkog³owych kar³ów (19).
Zupe³nie odmienny typ achondroplazji zosta³ ziden-tyfikowany u japoñskiego byd³a br¹zowego, którego dziedziczenie ma charakter recesywny. Przy typowym dla achondroplazji skróceniu koñczyn i nieprawid³o-wociach w budowie stawów, u chorych osobników japoñskiego byd³a br¹zowego struktury szkieletu osio-wego oraz szkielet trzewioczaszki nie mia³y zmian chorobowych (13).
Czêæ obserwowanych przypadków achondroplazji p³odów bydlêcych jest równie¿ wi¹zana z niedobora-mi ¿ywieniowyniedobora-mi w okresie ci¹¿y oraz obecnoci¹ toksyn wydzielanych przez patogenne drobnoustroje w psuj¹cej siê paszy, któr¹ skarmiane s¹ cielne krowy (3, 15). Opisywano przypadki chondrodysplastycznej kar³owatoci w po³¹czeniu z nadmiern¹ wiotkoci¹ ciêgien w ródrêczu i ródstopiu u ciel¹t, których matki w okresie ci¹¿y by³y ¿ywione wy³¹cznie kiszon-k¹ (3). Zubo¿enie sk³adników pokarmowych w diecie ciê¿arnych krów prowadzi³o do zaburzeñ rozwoju chrz¹stki p³odów, których g³ówn¹ przyczyn¹ by³ nie-dobór manganu. Efektem by³o typowe dla achondro-plazji skrócenie koci ramieniowych i koci udowych u ciel¹t oraz szeroka i sp³aszczona czaszka. W przeci-wieñstwie do dziedzicznych form achondroplazji, opi-sywane przypadki wystêpowa³y okresowo w wiêk-szych stadach byd³a, a leczenie ciel¹t z l¿ejszymi ob-jawami dawa³o pozytywne rezultaty (3).
Poszukiwania genetycznych uwarunkowañ bydlêcej achondroplazji
Pierwsze podjête próby analizy genetycznego pod-³o¿a wrodzonej chondrodysplazji bydlêcej polega³y na krzy¿owaniu chorych osobników ró¿nych ras, obci¹-¿onych ró¿nymi typami achondroplazji (5). Wyniki tych badañ wskazywa³y na istnienie okrelonej sta³ej grupy genów warunkuj¹cych wszystkie testowane fenotypy kar³owatoci. Z kolei du¿e zró¿nicowanie
Medycyna Wet. 2007, 63 (5) 514
fenotypów achondroplazji u byd³a mog³o wynikaæ z modyfikacji poszczególnych genów. Próby pozna-nia molekularnego pod³o¿a bydlêcej achondroplazji za-czêto prowadziæ wiele lat póniej, kiedy dysponowa-no ju¿ wyrafidysponowa-nowanymi metodami z zakresu biologii molekularnej.
Pierwsz¹ próbê identyfikacji mutacji warunkuj¹cych bydlêc¹ chondrodysplazjê (BCD) podjêto u byd³a dex-ter (20). W grupie zdrowych i chorych osobników rasy dexter zsekwencjonowano bydlêcy wariant regionu transmembranowego ludzkiego genu FGFR3, które-go mutacje s¹ przyczyn¹ ludzkiej chondrodystrofii. Sekwencje w obu grupach zwierz¹t by³y jednak iden-tyczne i dlatego mutacja w locus FGFR3 zosta³a wy-kluczona jako przyczyna kar³owatoci u byd³a dexter. Udane badania nad molekularnymi uwarunkowania-mi bydlêcej achondroplazji przeprowadzili badacze japoñscy, w rasie br¹zowego byd³a japoñskiego (16, 17, 21). Przy zastosowaniu ró¿nych technik mapowa-nia genów, obejmuj¹cych, miêdzy innymi, analizê sprzê¿eñ markerów mikrosatelitarnych w rodzinach obci¹¿onych chorob¹, region z locus warunkuj¹cym powstawanie bydlêcej achondroplazji zosta³ zlokali-zowany na dystalnym koñcu bydlêcego chromosomu 6 (BTA6q21) (16, 21). Badania ekspresji genów w tkance koci d³ugich pobranej od p³odów bydlêcych, ujawni-³y ekspresjê jednej z sekwencji koduj¹cych, zidentyfi-kowanych w regionie BTA6q21. Zidentyfikowana sek-wencja by³a ortologiem jednego z ludzkich genów zlo-kalizowanych na 4 chromosomie cz³owieka (HSA 4p16 i 4q21), których mutacje warunkuj¹ wiele chon-drodystrofii u ludzi (16). Zidentyfikowan¹ sekwencjê oznaczono jako limbin (LBN), a jej sekwencjono-wanie w materiale genetycznym, pochodz¹cym od zdrowych i chorych ciel¹t japoñskiego byd³a br¹zo-wego, ujawni³o dwie mutacje. Jedna to tranzycja C na T w 1356 pozycji nukleotydowej (nt) sekwencji genu LBN, a druga to substytucja CA na G w pozycji 2054-2055 nt (2054-2055delCAinsG). Obie mutacje powoduj¹ nieprawid³owe sk³adanie sekwencji trans-kryptu, czego efektem jest przedwczesna terminacja transkrypcji w locus LBN. Poci¹ga to za sob¹ skróce-nie bia³kowego produktu genu LBN. Mutacji w locus LBN nie odnotowano u osobników nale¿¹cych do in-nych ras byd³a ujêtego w dowiadczeniu (byd³o holsz-tyñskie i japoñskie czarno-bia³e) (16). Podobnie re-zultaty badañ nad przypadkami achondroplazji u ame-rykañskich angusów nie wykaza³y mutacji LBN (12). Analiza sekwencji produktów PCR w regionach obu mutacji LBN wykaza³a, ¿e chore cielêta innych ras byd³a posiada³y allele typu dzikiego dla tranzycji C1356T i substytucji 2054/2055CAInsG.
Zespó³ badaczy japoñskich, kontynuuj¹c badania nad regionem chromosomu BTA6q21 obejmuj¹cego locus BCD, zidentyfikowa³ grupê nowych markerów mikro-satelitarnych, które wykorzystali do zbudowania fi-zycznej mapy regionu BTA6. Uzyskana mapa konti-gów pokrywaj¹cych region BTA6 ma s³u¿yæ do
dal-szych eksperymentów nad klonowaniem pozycyjnym locus warunkuj¹cego bydlêc¹ achondroplazjê (17).
Pimiennictwo
1.Becker R. B., Neal F. C., Wilcox C. J.: Prenatal achondroplasia in a Jersey. J. Dairy. Sci. 1969, 52, 1122-1123.
2.Bowden D. M.: Achondroplasia in Holstein-Friesian cattle. J. Hered. 1970, 61, 163-164.
3.Cebra C. K., Cebra M. L., Ikede B. O.: Congenital joint laxity and dispropor-tionate dwarfism in a herd of beef cattle. J. Am. Vet. Med. Assoc. 1999, 215, 519-521.
4.Gregory P. W., Mead S. W., Regan W. M.: A new type of achondroplasia in cattle. J. Hered. 1942, 33, 317-322.
5.Gregory P. W.: Phenotypic forms and the genetic relationships of the bovine dwarf complex. J. Anim. Sci. 1956, 15, 1207.
6.Harper P. A., Latter M. R., Nicholas F. W., Cook R. W., Gill P. A.: Chondro-dysplasia in Australian Dexter cattle. Aust. Vet. J. 1998, 76, 199-202. 7.Jones T. H., McClintock A. E., Smith G. F., Williams G.: Achondroplasia in
British Friesians. Vet. Rec. 1978, 102, 404.
8.Julian L. M., Tyler W. S., Gregory P. W.: Systematic studies on the anatomi-cal expression of bovine dwarfism. J. Anim. Sci. 1956, 15, 1208.
9.Julian L. M., Tyler W. S., Gregory P. W.: The current status of bovine dwarfism. J. Am. Vet. Med. Assoc. 1959, 135, 104-109.
10.Julian L. M., Tyler W. S., Hage T. H., Gregory P. W.: Premature closure of the spheno-occipital synchondrosis in the horned Hereford dwarf of the short--headed variety. Am. J. Anat. 1957, 100, 269-288.
11.Mead S. W., Gregory P. W., Regan W. M.: A recurrent mutation of dominant achondroplasia in cattle. J. Hered. 1946, 37, 183-188.
12.Mishra B. P., Reecy J. M.: Mutations in the limbin gene previously associa-ted with dwarfism in Japanese brown cattle are not responsible for dwarfism in the American Angus breed. Anim. Genet. 2003, 34, 311-312.
13.Moritomo Y., Ishibashi T., Miyamoto H.: Morphological changes of epiphy-seal plate in the long bone of chondrodysplastic dwarfism in Japanese brown cattle. J. Vet. Med. Sci. 1992, 54, 453-459.
14.Naito K., Maruyama M., Dobashi K., Tanimura N., Kimura K., Haritani M., Nakajima Y.: Congenital chondrodysplastic dwarfism with dyshematopoie-sis in a holstein calf. J. Vet. Med. Sci. 2002, 64, 937-939.
15.Proulx J. G., Ribble C. S.: Congenital joint laxity and dwarfism in a beef research herd. Can. Vet. J. 1992, 33, 129-130.
16.Takeda H., Takami M., Oguni T., Tsuji T., Yoneda K., Sato H., Ihara N., Itoh T., Kata S. R., Mishina Y., Womack J. E., Moritomo Y., Sugimoto Y., Kunieda T.: Positional cloning of the gene LIMBIN responsible for bovine chondrodysplastic dwarfism. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2002, 99, 10549--10554.
17.Takeda H., Sugimoto Y.: Construction of YAC/BAC contig map for the BTA 6q21 region containing a locus for bovine chondrodysplastic dwarfism. Anim. Biotechnol. 2003, 14, 51-59.
18.Tyler W. S., Julian L. M., Gregory P. W.: Identification of the process respon-sible for the short-headed Hereford dwarf based on anatomical studies. J. Anim. Sci. 1956, 15, 1208.
19.Tyler W. S., Julian L. M., Gregory P. W.: Bovine achondroplasia. III. Stan-dards of metacarpal indexes for achondroplastic brachycephalic dwarfs and control. Am. J. Vet. Res. 1961, 22, 693-697.
20.Usha A. P., Lester D. H., Williams J. L.: Dwarfism in Dexter cattle is not caused by the mutations in FGFR3 responsible for achondroplasia in humans. Anim Genet. 1997, 28, 55-57.
21.Yoneda K., Moritomo Y., Takami M., Hirata S., Kikukawa Y., Kunieda T.: Localization of a locus responsible for the bovine chondrodysplastic dwarfism (bcd) on chromosome 6. Mamm. Genome 1999, 10, 597-600. Adres autora: dr in¿. Tomasz Z¹bek, Mas³omi¹ca 156, 32-091 Micha³o-wice; e-mail: tzabek@izoo.krakow.pl
