Identificação de mutações na sequência reguladora ZRS do gene Shh relacionada à polidactilia em uma gata doméstica (Felis catus) e aplicação deste estudo de caso no ensino de Genética

Abstract

O desenvolvimento de membros nos tetrápodes é complexo e envolve diversas moléculas de sinalização que caracterizam centros de sinalização em eixos distintos. No eixo anteroposterior, a molécula sinalizadora Sonic hedgehog (SHH) é a principal responsável pela especificação dos dígitos nos membros. SHH é expressa na zona de atividade polarizante (ZPA), localizada na margem posterior do membro em formação. O gene Shh é influenciado por diversas sequências reguladoras, dentre elas a sequência ZRS. Mutações pontuais de substituição de base na sequência ZRS causam expressão ectópica de SHH, levando à polidactilia em inúmeras espécies. A polidactilia é uma condição caracterizada por dígitos extras nos membros e a polidactilia pré-axial ocorre quando os dígitos extras se localizam na região anterior do membro. Em gatos domésticos (Felis catus), há três mutações conhecidas na sequência ZRS que causam polidactilia pré-axial: Hw, UK1 e UK2. O presente trabalho teve como objetivo genotipar uma gata doméstica canadense chamada Isabella, que apresenta um dígito extra em todas as patas, em relação a tais polimorfismos. Para isso, realizou-se a extração de seu DNA a partir de tecido ovariano, a amplificação da sequência ZRS por PCR e o sequenciamento desta região pelo método de Sanger. A hipótese levantada foi a de que a gata em estudo seria portadora do alelo Hw, já que esta é a mutação mais comum em gatos polidáctilos da América do Norte. A análise do sequenciamento confirmou que ela é heterozigota para o alelo Hw. A gata também apresentou uma outra mutação, ainda não descrita, na posição 148 de ZRS. Estudos anteriores com gatos polidáctilos de linhagens canadenses demonstraram uma alta prevalência de dedos extras em todos os membros, o que é condizente com o fenótipo da gata Isabella. No entanto, os gatos estudados não apresentavam nenhuma das três mutações já conhecidas em ZRS. Por isso, sugere-se que o novo polimorfismo aqui encontrado na posição 148 de ZRS poderia estar envolvido na determinação do fenótipo daqueles animais, assim como no da gata em estudo. Este trabalho também utilizou o estudo de caso da gata Isabella para o desenvolvimento de três atividades didáticas a serem aplicadas no ensino de Genética a nível superior e médio, abordando as principais subáreas deste campo de conhecimento: Genética Básica, Biologia Molecular e Genética Populacional.

Limb development in tetrapods is complex and involves several signaling molecules that characterize signaling centers in distinct axes. In the anteroposterior axis, the signaling molecule Sonig hedgehog (SHH) is primarily responsible for specifying the digits in the limbs. SHH is expressed in the zone of polarizing activity (ZPA), located at the posterior margin of the developing limb. The Shh gene is influenced by an array of regulatory sequences, including the ZRS sequence. Point mutations (base substitutions) in the ZRS sequence cause ectopic expression of SHH, leading to polydactyly in many species. Polydactyly is a condition characterized by extra digits in the limbs, and preaxial polydactyly occurs when those extra digits appear in the anterior region of the limb. In domestic cats (Felis catus), there are three known mutations in the ZRS sequence that cause preaxial polydactyly: Hw, UK1 and UK2. This study aimed at genotyping a Canadian female domestic cat named Isabella that has an extra digit in all paws, regarding these three polymorphisms. To that end, DNA extraction from ovarian tissue, ZRS amplification by PCR and ZRS sequencing using the Sanger method were performed. The hypothesis raised was that the cat under study would bear an Hw allele, since this is the most common mutation in polydactyl cats in North America. Sequencing analysis confirmed that the cat is heterozygous for the Hw allele. She also presented another mutation, which had not yet been described, at the position 148 of the ZRS sequence. Previous analyzes of polydactyl cats from Canadian lineages have shown a high prevalence of extra toes in all limbs, which is consistent with Isabella’s phenotype. However, polydactyl cats from the Canadian lineage did not show any of the three previously known mutations in ZRS, thus suggesting that the new mutation at position 148 of the ZRS sequence may be involved in determining the phenotype of these animals, as well as that of the cat studied herein. This work also used the present case study in the development of three didactic activities to be applied in Genetics teaching, at higher and secondary education, addressing the main subareas of this field of knowledge: Mendelian Genetics, Molecular Biology and Population Genetics.