Генетика. T. 59, Номер 6, 2023

  1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Генетика
  4. T. 59, № 6, 2023

Генетика, 2023, T. 59, № 6, стр. 728-732

Генетическая вариабельность локуса гена МАОА у агрессивных животных неканонической поведенческой модели Neogale vison

А. Д. Манахов 1, 2, 3, *, Н. А. Дудко 1, 3, Ф. Е. Гусев 1, 3, Т. В. Андреева 1, 2, 3, О. В. Трапезов 4, 5, Е. И. Рогаев 3, 6, **

1 Центр генетики и наук о жизни, “Научно-технологический университет “Сириус”
354340 пгт. Сириус, Краснодарский край, Россия

2 Центр генетики и генетических технологий, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
119234 Москва, Россия

3 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук
119991 Москва, Россия

4 Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
630090 Новосибирск, Россия

5 Новосибирский государственный университет
630039 Новосибирск, Россия

6 Медицинская школа Чан Массачусетского университета, департамент психиатрии
01545 Шрусбери, США

* E-mail: manakhov@rogaevlab.ru
** E-mail: rogaev@vigg.ru

Поступила в редакцию 09.12.2022
После доработки 26.12.2022
Принята к публикации 19.01.2023

Полный текст (PDF)

Аннотация

Роль гена MAOA в процессах регуляции агрессивного поведения у человека и животных широко известна. В рамках данного исследования мы впервые провели анализ генетической вариабельности гена MAOA и его промоторной области у представителей неканонической поведенческой модели – американской норки (Neogale vison). Проведенный анализ не выявил значимых генетических изменений животных из линии, характеризующейся агрессивным поведением, что позволяет предположить наличие генетических и/или эпигенетических вариаций в других системах, связанных с регуляцией агрессии, у данной модели.

Ключевые слова: американская норка, Neogale vison, агрессивное поведение, MAOA.

Ген MAOA – один из важнейших и наиболее изученных генов, вовлеченных в процессы, лежащие в основе агрессивного поведения у человека и животных, за что в литературе данный ген часто называют “геном война” или “геном убийцы”. Данный ген кодирует фермент моноаминоксидазу A – белок, который связывается с мембранами митохондрий и катализирует окислительное дезаминирование моноаминовых нейротрансмиттеров, в том числе серотонина, норадреналина и дофамина, выполняющих важнейшую роль в регуляции эмоционального и социального поведения [1]. Преимущественно моноаминоксидаза A обнаруживается в катехоламинергических нейронах головного мозга [2].

Впервые участие гена MAOA в регуляции агрессивного и антисоциального поведения у человека было показано при исследовании родословной крупной голландской семьи, мужчины из которой имели склонность к насилию и вспышками агрессии, которые проявлялись в попытках убийств, изнасилования и поджогах (синдром Бруннера). У представителей этой родословной была выявлена нонсенс-замена в гене MAOA (с.886 C>T, p.Gln296*), а пациенты с мутацией характеризовались значительным снижением уровня метаболитов серотонина и катехоламинов [3, 4]. Проведенное нокаутирование гена MAOA у мышей приводит к схожим поведенческим и биохимическим изменениям [5]. Более поздние исследования выявили и другие мутации в гене MAOA у человека (например, p.Arg45Trp и p.Cys266Phe), которые также приводят к снижению активности фермента, нарушению когнитивного развития и поведенческим изменениям, характерным для расстройств аутистического спектра [6, 7], нокаутные мыши по аналогии характеризуются основными нарушениями, наблюдаемыми при расстройствах аутистического спектра [8].

Связь между генетическими вариантами в MAOA и агрессивным поведением была выявлена и у других животных. Так, у быков породы Лидийский боевой бык (toro de lidia), специально выведенных для участия в испанской корриде и характеризующихся высоким уровнем агрессии, в промоторной области гена MAOA, в предлагаемом сайте связывания транскрипционного фактора Sp1, было выявлено снижение экспансии нуклеотида C (g.105,462,494delsinsC) по сравнению с домашними породами крупного рогатого скота [9]. У свиней также была показана ассоциация четырех сцепленных однонуклеотидных полиморфизмов в гене MAOA, один из которых локализован в промоторной области, с агрессивным поведением [10].

Изменения в уровнях моноаминовых нейротрансмиттеров в головном мозге были обнаружены и у сформированных в ходе искусственного отбора агрессивных и ручных линий лис (Vulpes vulpes), американской норки (Neogale vison) и крыс (Rattus norvegicus), полученных в Институте цитологии и генетики РАН (ИЦиГ СО РАН) [11].

В рамках данного исследования мы впервые провели изучение генетической вариабельности локуса гена MAOA у американской норки с агрессивным поведением. В работе были использованы биологические образцы, полученные от самцов американской норки стандартной темно-коричневой окраски, которые содержались на экспериментальной звероферме ИЦиГ СО РАН и подверглись отбору на агрессивное поведение, все исследуемые особи были охарактеризованы по оборонительной реакции на человека [12].

Для 11 агрессивных норок были получены данные полногеномного секвенирования на платформе Illumina HiSeq 2000/2500, в качестве группы сравнения использовались геномы восьми норок, не подвергавшихся отбору по поведению, полученные нами ранее (табл. 1) [13–15]. Полученные данные геномного секвенирования с помощью программы BWA mem [16] были картированы относительно референсного генома самки американской норки (GCF_020171115.1). Генетические варианты в области гена MAOA были выявлены с помощью функции HaplotypeCaller (–sample-ploidy 1) из пакета программ GATK v4 [17] и анализировались в программе PLINK [18].

Таблица 1.

Описание образцов и результатов секвенирования геномов американской норки

№ Образец Коэффициент
поведения 		Окраска %
картирования 		%
дупликатов 		Глубина
покрытия 		Ссылка
Агрессивные
1 mink_0-541 –2 с.т.к. 98.62 13.73 19.50 Данная работа
2 mink_0-543 –2 То же 97.17 30.58 13.28 То же
3 mink_3-453 –2 « 99.25 2.56 8.40 «
4 mink_3-473 –2 « 98.50 2.37 8.12 «
5 mink_0-529 –2 « 97.77 15.09 7.66 «
6 mink_3-193 –2 « 99.45 2.42 6.43 «
7 mink_1-371 –3 « 98.21 40.77 6.34 «
8 mink_3-457 –2 « 98.72 2.96 5.96 «
9 mink_3-191 –2 « 99.45 2.72 5.91 «
10 mink_8-67 –2 « 98.98 2.76 5.60 «
11 mink_3-227 –2 « 99.16 13.15 5.36 «
Неселектированные
12 mink_7-317 Нет данных a/a m/m p/p 99.60 7.40 37.21 [14]
13 mink_4-523 « Sh/+ p/p 99.70 8.87 21.52 [15]
14 mink_3-261 « с.т.к. 99.06 3.14 8.14 [13]
15 mink_3-265 « с.т.к. 99.33 1.53 7.65 «
16 mink_7-331 « m/m 99.49 0.30 7.30 [14]
17 mink_3-247 « с.т.к. 99.23 1.85 6.24 [13]
18 mink_0-329 « p/p 99.22 2.32 4.82 «
19 mink_9-431 « p/p 99.04 3.48 4.64 «

Примечание. Статистика рассчитана для данных секвенирования, картированых относительно референсного генома американской норки (GCF_020171115.1), с.т.к. – стандартная, темно-коричневая окраска; все приведенные образцы – от особей мужского пола.

Для одного образца фронтальной коры головного мозга агрессивной норки были получены данные секвенирования хроматина, иммунопреципитированного с антителами к H3K4me3. Полученные данные с помощью программы BWA mem были картированы относительно референсного генома американской норки и нормализованы на общее число прочтений с помощью программы DeepTools [19]. Определение локусов обогащения проводили с помощью программ MACS2 [20] и BEDTools [21].

Ген MAOA американской норки, как и у других млекопитающих, локализован на X-хромосоме и, согласно аннотации генома, имеет координаты (NC_058105.1:93,389,771-93,459,335). Основываясь на сравнительном анализе канонической, самой протяженной по белковому продукту, изоформы транскрипта MAOA человека (ENST00000338702, Ensembl v105), мы несколько скорректировали координаты кодирующей области первого экзона гена MAOA норки (исходные координаты – NC_058105.1:93,458,122-93,459,335; обновленные координаты – NC_058105.1:93,458,122-93,458,194). По результатам секвенирования хроматина, иммунопреципитированного с антителами к H3K4me3 у норки с агрессивным поведением, были определены предполагаемые координаты промоторного региона гена MAOA – NC_058105.1:93,458,194-93,460,530 (рис. 1а, б).

Рис. 1.

Генетическая вариабельность промоторной области гена МАОА. а – профиль секвенирования хроматина, иммунопреципитированного с антителами к H3K4me3, из фронтальной коры головного мозга агрессивной норки; б – генетические варианты, обнаруженные в промоторной области гена MAOA; красным цветом отмечен вариант, встречающийся только в группе агрессивных норок (частота аллеля, характерного для агрессивных животных – 0.222); синим цветом отмечены варианты, встречающиеся в обеих группах норок.

В общей сложности, по сравнению с референсным геномом, в исследованной выборке норок в области гена MAOA и его промоторном регионе было выявлено 277 генетических вариантов, из них ни один не попал в кодирующую область гена, 271 локализованы в интронах и 6 попали в промоторную область (Приложение 1 ). Анализ ассоциации выявленных вариантов с поведением, проведенный с помощью точного теста Фишера в программе PLINK, не выявил ни одного статистически значимого, с учетом поправки на множественные тестирование, генетического варианта (Приложение 2 ).

Таким образом, полученные нами результаты демонстрируют отсутствие значимых генетических изменений как в кодирующей, так и в промоторной области гена MAOA у американских норок из линии, характеризующейся агрессивным поведением. Это позволяет предположить, что агрессивное поведение у этих животных обусловлено генетическими и/или эпигенетическими вариациями в других системах, связанных с регуляцией агрессии, что делает перспективным дальнейшее изучение данной модели для поиска молекулярно-генетических механизмов формирования агрессивного поведения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках научного проекта № 19-75-30039.

Все применимые международные, национальные и институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены. Исследования людей в качестве объекта не проводились.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Список литературы

  1. Kolla N.J., Bortolato M. The role of monoamine oxidase A in the neurobiology of aggressive, antisocial, and violent behavior: A tale of mice and men // Prog. Neurobiol. 2020. V. 194. P. 101875. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2020.101875

  2. Nelson R.J., Trainor B.C. Neural mechanisms of aggression // Nat. Rev. Neurosci. 2007. V. 8. № 7. P. 536–546. https://doi.org/10.1038/nrn2174

  3. Brunner H.G., Nelen M.R., van Zandvoort P. et al. X‑linked borderline mental retardation with prominent behavioral disturbance: Phenotype, genetic localization, and evidence for disturbed monoamine metabolism // Am. J. Hum. Genet. 1993. V. 52. № 6. P. 1032–1039.

  4. Brunner H.G., Nelen M., Breakefield X.O. et al. Abnormal behavior associated with a point mutation in the structural gene for monoamine oxidase A // Science. 1993. V. 262. № 5133. P. 578–580. https://doi.org/10.1126/science.8211186

  5. Cases O., Seif I., Grimsby J. et al. Aggressive behavior and altered amounts of brain serotonin and norepinephrine in mice lacking MAOA // Science. 1995. V. 268. № 5218. P. 1763–1766. https://doi.org/10.1126/science.7792602

  6. Palmer E.E., Leffler M., Rogers C. et al. New insights into Brunner syndrome and potential for targeted therapy // Clin. Genet. 2016. V. 89. № 1. P. 120–127. https://doi.org/10.1111/cge.12589

  7. Piton A., Poquet H., Redin C. et al. 20 ans après: A second mutation in MAOA identified by targeted high-throughput sequencing in a family with altered behavior and cognition // Eur. J. Hum. Genet. 2014. V. 22. № 6. P. 776–783. https://doi.org/10.1038/ejhg.2013.243

  8. Bortolato M., Godar S.C., Alzghoul L. et al. Monoamine oxidase A and A/B knockout mice display autistic-like features // Int. J. Neuropsychopharmacol. 2013. V. 16. № 4. P. 869–888. https://doi.org/10.1017/S1461145712000715

  9. Eusebi P.G., Sevane N., Cortés O. et al. Aggressive behavior in cattle is associated with a polymorphism in the MAOA gene promoter // Anim. Genet. 2020. V. 51. № 1. P. 14–21. https://doi.org/10.1111/age.12867

  10. Chen R., Chu Q., Shen C. et al. Identification of single nucleotide polymorphisms in porcine MAOA gene associated with aggressive behavior of weaned pigs after group mixing // Animals (Basel). 2019. V. 9. № 11. P. 952. https://doi.org/10.3390/ani9110952

  11. Kulikov A.V., Bazhenova E.Y., Kulikova E.A. et al. Interplay between aggression, brain monoamines and fur color mutation in the American mink // Genes, Brain and Behavior. 2016. V. 15. № 8. P. 733–740. https://doi.org/10.1111/gbb.12313

  12. Трапезов О.В. Гомологические ряды изменчивости окраски меха у американской норки (Mustela vison Schreber, 1777) в условиях доместикации // Вестник ВОГиС. 2007. Т. 11. № 3/4. C. 547–560.

  13. Manakhov A.D., Andreeva T.V., Trapezov O.V. et al. Genome analysis identifies the mutant genes for common industrial Silverblue and Hedlund white coat colours in American mink // Sci. Reports. 2019. V. 9. № 1. P. 4581. https://doi.org/10.1038/s41598-019-40918-7

  14. Manakhov A.D., Mintseva M.Y., Andreev I.A. et al. Genome analysis of American minks reveals link of mutations in Ras-related protein-38 gene to Moyle brown coat phenotype // Sci. Reports. 2020. V. 10. № 1. P. 15876. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72239-5

  15. Manakhov A.D., Mintseva M.Y., Andreeva T.V. et al. Shadow coat colour in American mink associated with a missense mutation in the KIT gene // Animal Genetics. 2022. V. 53. № 4. P. 522–525. https://doi.org/10.1111/age.13202

  16. Li H., Durbin R. Fast and accurate short read alignment with Burrows-Wheeler transform // Bioinformatics. 2009. V. 25. № 14. P. 1754–1760. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp324

  17. McKenna A., Hanna M., Banks E. et al. The Genome Analysis Toolkit: A MapReduce framework for analyzing next-generation DNA sequencing data // Genome Research. 2010. V. 20. № 9. P. 1297–1303. https://doi.org/10.1101/gr.107524.110

  18. Purcell S., Neale B., Todd-Brown K. et al. PLINK: A tool set for whole-genome association and population-based linkage analyses // Am. J. Hum. Genetics. 2007. V. 81. № 3. P. 559–575. https://doi.org/10.1086/519795

  19. Ramírez F., Ryan D.P., Grüning B. et al. DeepTools2: A next generation web server for deep-sequencing data analysis // Nucl. Ac. Res. 2016. V. 44. № W1. P. 160–165. https://doi.org/10.1093/nar/gkw257

  20. Zhang Y., Liu T., Meyer C.A. et al. Model-based analysis of ChIP-Seq (MACS) // Genome Biol. 2008. V. 9. № 9. P. R137. https://doi.org/10.1186/gb-2008-9-9-r137

  21. Quinlan A.R., Hall I.M. BEDTools: A flexible suite of utilities for comparing genomic features // Bioinformatics (Oxford, England). 2010. V. 26. № 6. P. 841–842. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btq033

Дополнительные материалы

скачать ESM_1.xlsx
Приложение 2. Генетические варианты, обнаруженные в области гена MAOA и его промоторном регионе, у исследованной выборки норок, по сравнению с референсным геномом (файл формата VCF).
 
 
скачать ESM_2.xlsx
Приложение 3. Результаты, проведенного в программе PLINK, анализа ассоциации выявленных генетических вариантов с поведением.
 
 

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Генетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал