Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Ärftlig retinal degeneration (Inherited retinal degeneration, IRD) är en genetiskt och fenotypiskt heterogen grupp av retinala sjukdomar hos både människa och hund som orsakas av mutationer i gener som är viktiga för retinas funktion och som ger upphov till varierande grad av synnedsättning. I begreppet IRD ingår hos hund; Progressiv retinal atrofi (PRA) som är stav-/tappdystrofier och bland annat inkluderar GR-PRA2 (som liknar Bardet-Biedl syndrom hos människa) samt tapp-/stavdystrofier (CRD), ”Canine multifocal retinopathy” (CMR) (som liknar Best vitelliform makuladystrofi hos människa), Stargardts sjukdom (STGD1) och RPE65 (som liknar Lebers kongenitala amauros, tidigare känd som ”congenital stationary night blindness”, CSNB, hos människa).

Ärftliga retinala degenerationer har dokumenterats på ett stort antal hundraser, där den mest utbredda typen är prcd-PRA som har dokumenterats hos 23 olika hundraser. Mycket forskning har gjorts på IRD hos hund då arten har identifierats som en god modell för forskning kring IRD på humansidan. Trots detta saknas forskning på IRD hos lagotto romagnolo och endast en form av PRA, prcd-PRA, har hittills identifierats inom rasen. 2012 diagnosticerades det första fallet av PRAliknande retinopati hos en svensk lagotto romagnolo och sedan dess har ytterligare 17 svenska individer diagnosticerats PRA-liknande retinopati. Genotypning av PRCD-genen hos 13 av de 18 diagnosticerade individerna visade att genen hos samtliga 13 genotypade hundar var av vildtyp. IRDfallen hos svenska lagotto romagnolo orsakas alltså inte av prcd-PRA och det existerar därmed minst två olika typer av IRD inom rasen. Den genetiska bakgrunden till sjukdomen hos svenska lagottoromagnolo är således fortfarande okänd.

Målet med arbetet var att undersöka släktskapen mellan de 18 svenska IRD-affekterade lagotto romagnolo hundarna med hjälp av data ifrån Svenska kennelklubbens hunddatabas, karaktärisera inititala sjukdomstecken, ålder vid sjukdomsdebut samt sjukdomsprogression med hjälp av strukturerade djurägarintervjuer samt sammanställa bioinformatiska-analyser baserade på RNA-sekvenseringar ifrån 4 olika individer, varav en affekterad lagotto romagnolo-tik (LG14).

Resultaten visade på en varierande fenotypisk bild hos individerna med PRA-liknande retinopati inom rasen, med olika initiala sjukdomstecken, ålder vid sjukdomsdebut och sjukdomsprogression. Inga slutsatser om initial tapp- eller stavdegeneration har därför kunnat dras utefter initial symptombild. Nedärvningsmönstret för retinal sjukdom hos lagotto romagnolo har inte med säkerhet kunnat fastställas, men då 75 % av föräldrarna till individer med PRA-liknande retinopati har genomgått ögonundersökningar utan anmärkning och ingen har diagnosticerats med någon form av retinopati enligt data ifrån svenska kennelklubbens hunddatabas, är ett dominant nedärvningsmönster för IRD inom rasen mindre troligt. Då ingen uppenbar könspredilektion har observerats tycks nedärvningsmönstret inte heller vara X-bundet. Det är troligt att retinal degeneration hos svenska lagotto romagnolo nedärvs autosomalt recessivt.

Vid jämförelse av uttrycket av retinala markörgener för 8 olika retinala celltyper mellan en affekterad lagotto romagnolo och en oaffekterad beagle sågs ett minskat uttryck av markörgener för stavar, tappar samt bipolära celler i retina, vilket tyder på att en degeneration av dessa celltyper föreligger hos den affekterade individen.

Inherited retinal degeneration (IRD) is a diverse group of retinal diseases displaying considerable phenotypical and genetical heterogenicity in both dogs and man. IRD’s are caused by mutations in genes critical to retinal function resulting in varying degrees of vision loss. Inherited retinal diseases in dogs include; Progressive retinal atrophy (PRA)/rod-/cone-dystrophies including GR-PRA2 (similar to Bardet-Biedl syndrome in man) among other diseases, cone-/rod dystrophies (CRD), Canine multifocal retinopathy (CMR) (similar to Best vitelliform macula dystrophy/Best disease in man), Stargardt’s disease (STGD1) and RPE65 (similar to Leber’s congenital amaurosis, previously known as ”congenital stationary night blindness”, CSNB, in man).

Different types of IRD’s have been documented in a great number of different dog breeds where the most widespread type to date is prcd-PRA which has been found in 23 different dog breeds. Despite the fact that a lot of research on IRD in the dog has been made on account of it being identified as a good model for IRD’s in humans, research on IRD in the Lagotto romagnolo breed is still lacking. Only one IRD with a known genetic background, prcd-PRA, has been reported in the Lagotto romagnolo. In 2012 the first Swedish Lagotto romagnolo was diagnosed with a PRA-like retinopathy based on the phenotypical appearance of the retina. Since then an additional 17 Lagotto romagnolo have been diagnosed with PRA-like retinopathy. Genotyping of PRCD in 13 of the 18 affected individuals identified these as being of wild-type, indicating that there are, at least, two different types of IRD in the Lagotto romagnolo breed. Hence, the causative genetic variant behind retinal degeneration in the Swedish Lagotto romagnolo is still unknown.

The purpose of this study was to investigate the pedigree of the 18 Swedish PRA- and retinopathy diagnosed Lagotto romagnolo based on data from The Swedish Kennel Club dog database (“Svenska kennelklubbens hunddatabas”). Furthermore, structured interviews with the owners of the affected Lagotto romagnolo were conducted in order to characterize initial signs of retinal disease, age of onset and the progression of signs of retinal disease. Data from bioinformatic-analyses of RNA-seq from 4 different individuals, including one affected female Lagotto romagnolo (LG14), where also compiled.

Results from the study indicate great phenotypic variability in regard to signs of disease, age of onset and disease progression in affected individuals of the breed. No conclusion on initial cod or rod degeneration based on initial sigs could therefore be drawn. The mode of inheritance could not be fully characterized, but since 75% of the parental generation of affected Lagotto romagnolo had undergone eye examinations without remark and none had been diagnosed with any kind of retinopathy according to The Swedish Kennel Club dog database, a dominant mode of inheritance for IRD in the Lagotto romagnolo is less likely. No clear sex predilection could be observed which is contraindicative of an X-linked mode of inheritance. An autosomal recessive mode of inheritance of retinal degeneration in the Swedish Lagotto romagnolo is therefore plausible.

Comparison of the expression of marker genes for 8 different retinal celltypes in an unaffected Beagle and an affected Lagotto romagnolo showed a decline in the expression of marker genes for rod, cone and bipolar cells in the retina of the affected individual, indicating degeneration of these celltypes in the retina of the affected Lagotto romagnolo.