Nya rön förklarar gångmönster hos häst och mus
Forskare vid Uppsala universitet, Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och deras samarbetspartners har upptäckt en specifik genvariant som har en avgörande betydelse för om en häst kan gå i passgång och om den kan trava rent i hög fart. Studien publiceras idag i Nature.
Forskning på denna gen hos möss har lett till nya grundläggande rön om de nervkretsar som styr benrörelser hos häst, mus och sannolikt alla ryggradsdjur inklusive oss människor. Studien publiceras idag i Nature.
När vi människor går eller springer så utför nervceller i vår ryggmärg en mycket intrikat koordination av armar och ben för att åstadkomma ett välbalanserat och effektivt rörelsemönster. Men hur går detta till? Den nya forskningsstudien sprider nytt ljus över denna spännande mekanism. Alla hästar kan skritta, trava och galoppera, men vissa hästar kan också utföra andra gångarter, till exempel islandshästens tölt och flygande pass. När häststudien inleddes 2010 vid SLU ville forskarna kartlägga den genetiska bakgrunden till varför bara vissa islandshästar klarar av att gå i passgång.
– Vi var säkra på att det fanns en stark genetisk komponent för denna egenskap men vi blev nästan chockade när vi upptäckte att det bara var en specifik gen, DMRT3, som hade en avgörande betydelse, säger Lisa Andersson, doktorand vid institutionen för husdjursgenetik vid SLU, som i slutet av september ska försvara sin avhandling där bland annat denna studie ingår.
Samtidigt hade Klas Kullanders forskargrupp vid Uppsala universitet upptäckt att samma gen, DMRT3, fanns i en hittills okänd typ av nervcell i ryggmärgen hos möss. Denna nervcell har en karaktär och placering som kan förklara hur det nervnätverk som koordinerar rörelser är uppbyggt och fungerar. När de två forskargrupperna, som båda ingår i forskningssatsningen SciLife Lab* i Uppsala, jämförde sina resultat blev det uppenbart att en viktig upptäckt fanns inom räckhåll.
– Vi förstod att vi hade kommit samma gen på spåren med helt olika utgångspunkt i forskningen. Den nervcell vi har upptäckt är beroende av DMRT3, och är uppkallad efter genen, säger Klas Kullander.
Forskarna kunde visa att den specifika mutationen som förklarar passgången är en förändring av ett enskilt baspar i genen DMRT3 som innebär att det färdiga proteinet blir cirka 30 procent mindre än det normalt ska vara. Forskarna kunde nu undersöka andra hästraser och fann att denna genvariant förekommer i hög frekvens hos flera hästraser med avvikande rörelsemönster som till exempel Tennessee walking horse från USA och Paso fino från Sydamerika. Lite oväntat fann de också att DMRT3-mutationen är vanlig bland travhästar.
– Vi har visat att DMRT3-mutationen finns i travhästar som kan trava rent i hög fart och att de bästa travhästarna har denna mutation i dubbel uppsättning, säger Leif Andersson som ledde jakten på DMRT3-mutationen i häst.
När en häst ökar farten så ska den normalt gå över från trav till galopp, men då blir en tävlande travhäst diskvalificerad.
– Vår tolkning är att DMRT3-mutationen hämmar övergången från trav till galopp och gör det möjligt att trava rent i mycket hög fart, förklarar Leif Andersson.
Genom forskning på möss kunde forskarna visa att DMRT3-nervceller kopplar samman höger med vänster sida av kroppen samt att de har en direkt koppling till de nervceller som reglerar benens böj- och sträckmuskler. Dessutom visade forskarna att möss som saknar DMRT3-genen har ett förändrat rörelsemönster och att de tar längre steg vid medelhöga hastigheter. På det viset liknar de travhästar som bär på mutationen.
– Utan DMRT3 skapas inte den nervkrets som bidrar till att koordinera rörelsemönster, säger doktoranden Martin Larhammar som bidragit till karaktäriseringen av DMRT3-genen i både häst och mus.
– Vid födseln är det därför kaos i dessa nervkretsar och musen kan inte koordinera benrörelser, men så småningom verkar andra nervkretsar kompensera så att den vuxna musen kan röra sig relativt normalt. Denna flexibilitet är intressant för det visar att vårt nervssystem kan anpassa sig trots förlust av en central gen, fortsätter Klas Kullander.
DMRT3-mutationen har haft stor betydelse för utvecklingen av tamhästen. Mutationen uppstod troligen för tusentals år sedan. Kanske var det någon eller några ryttare som upptäckte att vissa hästar hade ett förändrat rörelsemönster som gjorde att ritten blev mer bekväm.
– Upptäckten av denna mutation är ett praktexempel på hur våra genetiska studier av husdjurens egenskaper ger ny basal kunskap om geners funktion och viktiga biologiska mekanismer, säger Leif Andersson.
– Det är fantastiskt roligt när tvärvetenskapliga samarbeten kan ge så banbrytande upptäckter. DMRT3-proteinets funktion och DMRT3-nervcellerna var okända i den vetenskapliga litteraturen före publikationen av denna artikel. Proteinet finns hos alla ryggradsdjur och det är högst troligt att dessa nervceller också har en central roll för människans rörelsemönster, avslutar Klas Kullander.
KONTAKT
Professor Leif Andersson, institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, Uppsala universitet, & institutionen för husdjursgenetik, Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) och SciLifeLab Uppsala, tel: 018-471 49 04, 070-514 4904, e-post: Leif.Andersson@imbim.uu.se
Professor Klas Kullander, institutionen för neurovetenskap, Uppsala universitet och SciLifeLab Uppsala, tel: 018-471 45 19, 070-846 7524, e-post: klas.kullander@neuro.uu.se
Doktorand Lisa Andersson, institutionen för husdjursgenetik, Sveriges lantbruksuniversitet (SLU), 072-744 8800. lisa.andersson@slu.se
Doktorand Martin Larhammar, institutionen för neurovetenskap, Uppsala universitet, tel: 018-471 41 03, 070-952 5027, e-post: martin.larhammar@neuro.uu.se
SciLife Lab är ett samarbete mellan Stockholms universitet, Karolinska Institutet, KTH och Uppsala universitet. SLU är medlem av organisationens nationella referenskommitté.
