Analisi dell'impatto delle varianti DGAT1 p.M435L e p.K232A sui pre

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Aug 01, 2023

Analisi dell'impatto delle varianti DGAT1 p.M435L e p.K232A sui pre

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8999 (2023) Citare questo articolo

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DGAT1 svolge un ruolo importante nel metabolismo dei grassi e nella sintesi dei triacilgliceridi. Finora sono state segnalate solo due varianti con perdita di funzione di DGAT1 che alterano i tratti della produzione di latte nei bovini, vale a dire p.M435L e p.K232A. La variante p.M435L è un'alterazione rara ed è stata associata al salto dell'esone 16 che si traduce in una proteina troncata non funzionale, e l'aplotipo contenente p.K232A è stato associato a modifiche della velocità di splicing di diversi introni DGAT1. In particolare, la causalità diretta della variante p.K232A nel diminuire il tasso di splicing della giunzione dell'introne 7 è stata convalidata utilizzando un test del minigene nelle cellule MAC-T. Poiché entrambe queste varianti DGAT1 hanno dimostrato di essere spliceogeniche, abbiamo sviluppato un test genetico a lunghezza intera (FLGA) per rianalizzare le varianti p.M435L e p.K232A nelle cellule HEK293T e MAC-T. L'analisi qualitativa RT-PCR delle cellule trasfettate con il costrutto di espressione DGAT1 a lunghezza intera portante la variante p.M435L ha evidenziato il salto completo dell'esone 16. La stessa analisi eseguita utilizzando il costrutto portante la variante p.K232A ha mostrato differenze moderate rispetto al costrutto selvaggio- costrutto di tipo, suggerendo un possibile effetto di questa variante sullo splicing dell'introne 7. Infine, analisi quantitative RT-PCR di cellule trasfettate con il costrutto portatore di p.K232A non hanno mostrato alcuna modifica significativa sulla velocità di splicing degli introni 1, 2 e 7. In conclusione, il FLGA DGAT1 ha confermato l'impatto di p.M435L precedentemente osservato in vivo, ma ha invalidato l'ipotesi secondo cui la variante p.K232A ha fortemente ridotto il tasso di splicing dell'introne 7.

La digliceride O-aciltransferasi 1 codificata dal gene DGAT1 è l'enzima che catalizza la sintesi dei trigliceridi da digliceridi e acil-coenzima A. Nel 2002, la variante missenso DGAT1 p.K232A (BTA14:611019AA>GC) è stata associata a importanti variazioni di produzione e composizione del latte nei bovini1. La frequenza di questa variante dipende dalla razza considerata, ma è comunemente riscontrabile nelle principali razze di vacche da latte. A causa dei suoi importanti risultati economici sull’industria lattiero-casearia, il ruolo della variante bovina DGAT1 p.K232A è stato ampiamente studiato e rivisto2. In maniera globale, la variante p.K232A è stata associata a una minore resa in grassi, contenuto di grassi e contenuto proteico e a una maggiore produzione di latte in proteine ​​e resa in lattosio. Da un punto di vista funzionale, è stato dimostrato che questa variante diminuisce significativamente l'attività dell'enzima DGAT1, in modo concordante con la diminuzione della percentuale di grasso del latte misurata nei portatori eterozigoti e omozigoti di p.K232A3. Oltre a ciò, è stato rilevato anche l'uso di un sito di splicing criptico 5' (5'SS) all'interno dell'esone 8, in modo più marcato negli animali che ospitano l'allele p.K232. Tuttavia, questo meccanismo specifico non è stato identificato come un elemento importante che potrebbe spiegare i cambiamenti nei fenotipi del latte, poiché la differenza in termini di rapporto di trascrizione anormale/normale tra animali omozigoti per l'allele p.K232, omozigoti per l'allele p.A232 ed animali eterozigoti era debole3.

Molto recentemente, Fink et al. hanno studiato più approfonditamente la spliceogenicità della variante p.K232A utilizzando un approccio basato su metodi complementari in vivo e in vitro4. Dopo aver eseguito un'analisi di associazione utilizzando un set di dati di RNA-seq mammario che rappresenta 375 vacche in lattazione e 3128 varianti di sequenza precedentemente assegnate che giacciono in un intervallo di 1 Mbp sovrapposte al gene DGAT1, hanno osservato che l'aplotipo contenente p.K232A si associava in vivo con una ridotta espressione di DGAT1 e modifiche della velocità di splicing di diversi introni. È interessante notare che la variante p.K232A era il principale SNP associato per quanto riguarda la modifica dello splicing degli introni 2 e 7. Inoltre, un test del minigene nelle cellule epiteliali mammarie bovine (MAC-T) ha rivelato che questa variante ha ridotto il tasso di splicing dell'introne 7, il che significa che p.K232A causa la modifica di splicing dell'introne 7 osservata in vivo.

Full-length gene assays (FLGA) have been routinely used to analyse numerous splicing variants within the human SPINK1 geneA variant on pre-mRNA splicing. Gut 66, 2195–2196 (2017)." href="#ref-CR6" id="ref-link-section-d326251e452">6,7,8,9,10 and 5’SS GT>GC or GC>GT variants in 43 different genesGT and GT>GC variants differ markedly in terms of their functionality and pathogenicity. Hum. Mutat. 41, 1358–1364 (2020)." href="/articles/s41598-023-36142-z#ref-CR11" id="ref-link-section-d326251e459">11,GC variants capable of generating wild-type transcripts. Hum. Mutat. 40, 1856–1873 (2019)." href="/articles/s41598-023-36142-z#ref-CR12" id="ref-link-section-d326251e462"12. In order to assess the spliceogenicity of a variant, the minigene assay is easier to employ than the FLGA and therefore more commonly used. The FLGA although presents two major advantages. First, the analysis of a splicing variant carried by a pre-mRNA transcript which has been generated by an episomal expression vector is more biologically relevant when integrating the whole gene sequence, since the nature and the length of the sequence context is known to impact RNA structures and splicing processes13,14,15. Next, the FLGA allows the assessment of any kind of genetic variants on splicing including deep intronic ones. Therefore, we created a bovine DGAT1 FLGA in order to validate the effect of both p.M435L and p.K232A on splicing in a robust experimental system./p>

Thus, we attempted to replicate the most compelling result from the Fink et al. study which was the decrease in the splicing rate of junction 7 caused by the p.K232A variant4. The possible effects on the splicing of introns 1 and 2 were also tested. In a manner comparable to theirs, we have set up quantitative RT-PCR and we have measured DGAT1 spliced and unspliced transcripts relative expression at each junction, as the average percentage of splicing, in MAC-T cells transfected with pcDNA3.1-DGAT1 constructs. We did not observe any significant difference between (WT) and (K232A) conditions on any splicing parameters related to junction 1, 2 or 7. Conversely, the minigene assay developed by Fink et al. showed a 4-fold increase in terms of spliced transcript relative expression for the p.K232 allele by comparison to the p.A232 allele in the context of the junction 7, what resulted in a dramatic rise of intron 7 splicing ratio. Such a strong discordance may seem a little surprising but it can be explained by differences in terms of methodological choices or technical considerations between both studies. First, and as we have mentioned in the introduction, using a truncated or chimeric genomic sequence of a gene to perform episomal splicing reporter assays is less reliable than using the full gene sequence. A minigene harbouring all exons of a gene but lacking several of its introns as used by Fink et al. may generate strong false positives. This kind of bias has been unmasked by Wu et al., who used FLGA to analyse the human SPINK1 c.194G>A variant previously classified as strongly spliceogenic using minigene assayA variant on pre-mRNA splicing. Gut 66, 2195–2196 (2017)." href="/articles/s41598-023-36142-z#ref-CR6" id="ref-link-section-d326251e945"6,16. They revealed that this variant actually had no effect on splicing. Subsequently, it is also recognized that cell line-based experiments may suffer from a lack of reproducibility, especially when performed by different experimenters, in different laboratories, and using different cell preparations17. This may have contributed to conflicting results between our study and that of Fink et al./p>T, BTA14:608021C>T), but they were located outside the splice sites and far away from the two studied variants./p>C) and p.K232A (c.694AA>GC) variants were introduced into the pcDNA3.1-DGAT1 (WT) construct by means of the QuikChange II XL Site‐Directed Mutagenesis Kit (Agilent Technologies). Mutagenesis was performed in a 51 μl mixture containing 2.5 U PfuUltra HF DNA polymerase, 1 μl dNTP mix, 5 μl 10× reaction buffer, 3 μl QuikSolution, 20 ng pcDNA3.1-DGAT1, and 125 ng each mutagenesis primer M1 and M2 or alternatively M3 and M4 (Table 1). The PCR program had an initial denaturation at 95 °C for 1 min, followed by 18 cycles of denaturation at 95 °C for 50 s, annealing at 60 °C for 50 s, and extension at 68 °C for 28 min, and a final extension at 68 °C for 7 min. The post-PCR reaction mixture was treated with DpnI at 37 °C for 1 hr then 4 µL of the resulting products were transformed into XL10‐Gold Ultracompetent cells (Agilent Technologies). Transformed cells were spread on LB agar plates with 50 μg/ml ampicillin then several selected colonies were used to prepare miniprep plasmid productions with QIAprep Spin Miniprep Kit (Qiagen). Miniprep plasmids were analysed by Sanger sequencing in order to verify the successful introduction of the desired substitution and one large scale NucleoBond Xtra Midi EF plasmid production was done and quantified for each variant. Constructs harbouring p.M435L and p.K232A variants were named pcDNA3.1-DGAT1 (M435L) and pcDNA3.1-DGAT1 (K232A), respectively./p>A variant on pre-mRNA splicing. Gut 66, 2195–2196 (2017)./p>GT and GT>GC variants differ markedly in terms of their functionality and pathogenicity. Hum. Mutat. 41, 1358–1364 (2020)./p>GC variants capable of generating wild-type transcripts. Hum. Mutat. 40, 1856–1873 (2019)./p>