Innovations- und Forschungsprojekt
Untersuchung des MHC bei Schafen und Rindern

Einige Ketten der MHC-Moleküle werden von den variantenreichsten Genen kodiert, die man kennt. Jedes Tier hat ein Set von mehreren unterschiedlichen MHC-Genen, wodurch weitere Variabilität entsteht. Dank dieser Variabilität wird eine große Zahl unterschiedlicher Antigene erkannt. Die optimale Menge unterschiedlicher Antigene, die präsentiert werden können, hängt vom Tier und der Umwelt ab. Werden für die Immunantwort verantwortliche Antigene nicht erkannt, findet keine effektive Bekämpfung des Erregers statt. Ist das Spektrum hingegen zu groß, können z.B. Autoimmunreaktionen die Folge sein. Das Set an MHC-Allelen und Haplotypen bestimmt daher zum einen die Krankheitsanfälligkeit des einzelnen Tieres, zum anderen aber auch die Resilienz einer Population gegenüber neuen Erregern.

Aufgrund der Variabilität von MHC-Genen sind in wenigen hundert Basenpaaren viele polymorphe Positionen vorhanden. Außerdem existieren für einige MHC-Moleküle mehrere eng verwandte Gene, so dass die Analyse des Allelrepertoires und die Genotypisierung des MHC mit klassischen Methoden schwer möglich sind. Die Genotypen können nur bestimmt werden, wenn die populationsspezifischen Allele möglichst umfassend bekannt sind. Dies ist bisher nur für wenige Nutztierpopulationen der Fall. Wir entwickeln daher Strategien zur möglichst effizienten Erfassung der MHC-Allele in Populationen, die bisher nicht untersucht wurden.

In diesem Projekt wird das spezifische MHC-Allel-Set für einzelne Populationen mit zwei unterschiedlichen Methoden analysiert: zum einen auf genomischer Ebene mit klassischer, PCR-basierter Direktsequenzierung, zum anderen auf Expressionsebene mittels RNA-Seq-Daten.

Für die Direktsequenzierung werden im ersten Schritt mittels eines hochpolymorphen und relativ einfach zu genotypisierenden Markers Tiere ausgewählt, die mit hoher Wahrscheinlichkeit am MHC homozygot sind. Dies hat zwei Vorteile: zum einen können Allele und Haplotypen bei homozygoten Tieren direkt bestimmt werden, zum anderen werden die häufigsten Allele in der Population erfasst. Im zweiten Schritt werden dann Nachkommen dieser Tiere sequenziert, bei denen dann automatisch ein Allel bzw. Haplotyp bekannt ist.

Für die RNA-Seq basierte Analyse werden RNA-Seq-Datensätze mit einer speziellen Methode re-analysiert, die es ermöglicht, die Sequenz für hochpolymorphe Gene aus den Daten zu bestimmen. Ein großer Vorteil der Methode ist, dass ein vollständiger Genotyp unabhängig von vorgegebenen Primersequenzen ermittelt werden kann.

Mittels der Direktsequenzierung konnte das Allelspektrum für verschiedene Populationen, u.a. für Spanische Churra- und Bayerische Merino-Schafe charakterisiert werden und neue Primersysteme für die DQB-Gene etabliert werden. Die damit aufgebauten populationsspezifischen Datenbanken erlauben eine effiziente Genotypisierung mittels PCR und Direktsequenzierung.

Die Analyse von RNA-Seq Daten wurde anhand von Holstein-Friesian-Rindern etabliert. Dabei konnten durch Optimierung der Referenzsequenzen und der Suchparameter vollständige MHC-Klasse I Haplotypen aus den RNA-Seq-Reads rekonstruiert werden.