Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Population and molecular genetic analyses of persistent right aortic arch and primary cataracts in the German Pinscher

Menzel, Julia

The German Pinscher is a dog breed which is affected by primary cataracts (CAT) as well as persistent right aortic arch (PRAA). The first purpose of the present study was to describe the occurrence of CAT and a rare form of PRAA in the German Pinscher population and to analyze the mode of inheritance of both diseases. The second purpose of the work was to analyze the molecular background of CAT and PRAA this dog breed. The present study is the first report of the occurrence of PRAA in the German Pinscher. Medical records and contrast oesophagrams for 18 dogs of 16 different litters of the last 10 years were evaluated. Three of them underwent further investigation at the Hannover Institute for Animal Breeding and Genetics. In all of these three German Pinschers, PRAA occurs in combination with an aberrant left subclavian artery and a left ligamentum arteriosum with its origin on the left subclavian artery (PRAA-SA-LA). The main cause of the constriction of the oesophagus in all three cases was the aberrant left sublavian artery in combination with the left ligamentum arteriosum. This combination of anomalies is very rare and only described in two isolated cases of other dog breeds before. Investigation of the pedigrees of the affected German Pinschers showed close relationship among all 18 dogs. In addition, these dogs were found to be significant more inbred than a contemporary group of non-affected individuals. The close relationships and high inbreeding coefficients suggest that PRAA in German Pinschers is an inherited defect. We could not determine the mode of inheritance, but following the results of the simple segregation analysis using the Singles method, a monogenic autosomal recessive mode of inheritance for this disease in the German Pinscher could be rejected. A complex, polygenetic mode of inheritance is considered. The results of comparative genetic research made the canine TBX1 gene a candidate for PRAA in the German Pinscher. This gene is highly suspicious to be involved in the pathogenesis of cardiovascular malformations seen in the DiGeorge syndrome/del22q11.2 syndrome in humans. Comparative mapping of the DiGeorge region in the dog revealed that this region is mapped to the telomeric end of canine chromosome 26 (CFA26) and seemed to be conserved in the dog. We genotyped 37 microsatellite markers located within or close to this region on CFA26 in two German Pinscher families with PRAA-affected dogs and tested them for linkage and association. A genome-wide significant region was located close to the TBX1 gene. Sequencing of TBX1 and 13 other genes within the canine DiDeorge region revealed a total 18 single nucleotide polymorphisms within these genes. Two of them were found to be associated with the PRAA phenotype in the German Pinscher and indicated a deletion in this region. A larger number of probands should be used for further analyses in order to confirm the role of TBX1 in the molecular background of PRAA in the German Pinscher. For the population and molecular genetic analyses of CAT in the German Pinscherpopulation in Germany, a total of 443 eye examination reports of 261 dogs were analyzed. The examinations were performed by specialized and certified ophthalmologists using slit-lamp biomicroscopy and indirect ophthalmoscopy. All results were recorded on official forms based on the standardized eye examination form corresponding to the EuropeanCollege of Veterinary Ophthalmologists. The information from the recording forms was linked with the pedigree data of the German Pinschers. CAT was diagnosed in 15.33% of all examined dogs. The mean age of onset of CAT was 3.8 ± 1.6 years. A bilateral anterior cortical CAT was found to be the most prevalent form of CAT in the German Pinscher. Pedigree analysis revealed a significant higher coefficient of inbreeding as well as a significant higher coefficient of relationship in the group of CAT-affected German Pinschers than in a contemporary group of non-affected German Pinschers. The pedigrees supported a monogenic autosomal recessive inheritance pattern. The statistical analyses were followed by molecular genetic investigations of CAT. For this purpose, we searched the literature for genes which are known to be involved in the pathogenesis of CAT in humans or other animals. We found more than 30 genes which had to be considered as candidates for primary cataracts. We genotyped flanking microsatellites for 20 well known CAT-associated genes in CAT-affected and unaffected German Pinschers and tested them for linkage and association. For delimitation of a linked region on canine chromosome 28 (CFA28), genotyping of eight additional microsatellite markers on this chromosome was performed. We found a genome-wide significant genomic region on CFA28. Sequencing of the candidate gene PITX3, which is located within the linked region, revealed no polymorphisms associated with CAT in the German Pinscher. Sequencing of exon 2 and 3 failed partly despite repeated attempts, the cause could be the abundance GC. Sequencing of the whole genomic sequence should be completed in order to scan these regions completely for polymorphisms.

Der deutsche Pinscher ist eine traditionsreiche Hunderasse, die gemeinsame Wurzeln mit dem Dobermann Pinscher, dem Zwergpinscher, dem Affenpinscher, dem Zwergschnauzer, dem Standard Schnauzer und dem Riesenschnauzer hat. Die ersten Abbildungen der Rasse finden sich in einem Buch aus dem Jahr 1884. Mitte des 20. Jahrhunderts war die Rasse durch die Folgen der beiden Weltkriege stark dezimiert und musste vollständig neu aufgebaut werden. Diese Aufgabe übernahm Werner Jung, indem er das Land nach den wenigen verbliebenen, möglichst rassetypische Pinschern durchsuchte und diese dann mit vier besonders großen Zwergpinschern kreuzte. Die meisten Deutschen Pinscher heute sind Nachkommen dieser wenigen Hunde. Als Folge dessen hat der moderne Deutsche Pinscher einen relativ kleinen Genpool, eine Tatsache, die besondere Aufmerksamkeit im Hinblick auf mögliche rassespezifische Erkrankungen verlangt. Die zunehmende Kenntnis von Prävalenz und Pathogenese von Augen- und Herzerkrankungen innerhalb dieser Rasse erfordert eine Anpassung und Neuentwicklung von Zuchtrichtlinien, um das Auftreten von diesen vermutlich erblichen Erkrankungen möglichst stark zu reduzieren. Deswegen ist es von besonderer Bedeutung, die populationsgenetischen und molekulargenetischen Hintergründe dieser Erkrankungen aufzuklären. Gefäßringanomalien („vascular ring anomalies“, VRAs) sind angeborene Missbildungen der großen Herzstammgefäße und Folge einer Fehlentwicklung der embryonalen Aortenbögen. Beim Hund ist die häufigste Gefäßringanomalie der persistierende rechte Aortenbogen („persistent right aortic arch“, PRAA). Bei erkrankten Hunden wird die Aorta während der embryonalen Entwicklung vom rechten vierten Aortenbogen anstatt vom linken vierten Aortenbogen gebildet. Die Folge ist eine Einschnürung der Speiseröhre durch den entstehenden Gefäßring, die zu verschiedenen Symptome wie Regurgitieren von fester Nahrung führt, meist ab dem Welpenalter. Beim Deutschen Pinscher tritt eine ausgesprochen seltene Form des persistierenden rechten Aortenbogens auf, die aus einer Kombination verschiedener Missbildungen zusammengesetzt ist. Zusätzlich zum rechten Aortenbogen liegt eine retroösophageal verlaufende Arteria subclavia sinistra vor, an der das Ligamentum arteriosum seinen Ursprung hat. Als primäre Katarakt (CAT) ist jegliche Trübung der Augenlinse definiert, die nicht im Zusammenhang mit anderen Augenerkrankungen oder in Folge von systemischen Erkrankungen auftritt. Es handelt sich dabei um eine bei Rassehunden sehr weit verbreitete Erkrankung, die weltweit mehr als 120 Hunderassen betrifft. Die Prävalenz bewegt sich zwischen 1,8 und 88 %, das durchschnittliche Alter bei erstmaligem Auftreten der Erkrankung ist dabei äußerst variabel. Meist wird ein erblicher Hintergrund angenommen oder ist bereits belegt, mehrheitlich wurde ein rezessiver Erbgang nachgewiesen. Die einzige wirksame Behandlung der reifen Katarakt stellt zum jetzigen Zeitpunkt die Operation dar, was die Bekämpfung der erblichen Katarakt nicht nur aus Tierschutzgründen, sondern auch aus wirtschaftlichen Gründen relevant erscheinen lässt. Die meisten Rassehundezuchtverbände haben bereits Selektionsstrategien entwickelt, um die Prävalenz von primärer Katarakt in ihrer Zucht zu reduzieren. Nur Hunden, die frei von erblichen Augenerkrankungen sind, sollte die Zuchterlaubnis erteilt werden. Die Tatsache, dass erbliche Katarakte beim Hund sich häufig erst nach Erreichen der Zuchtreife entwickeln, beeinträchtigt die Effektivität dieser Methode. Im Falle eines rezessiven Erbgangs wird es noch schwerer, das defekte Allel aus der Population zu entfernen, da es sich über Generationen hinweg unbemerkt innerhalb der Population verbreiten kann und nur dann erkannt wird, wenn es von beiden Eltern an den Nachkommen weitergegeben wird. Inzucht erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Fall eintritt. Für beide hier untersuchten Erkrankungen wäre ein DNA-Test, der sicher angibt, ob ein Tier das Defektallel homozygot, heterozygot oder gar nicht in sich trägt, sehr hilfreich. Zusammen mit einem passenden Zuchtprogramm könnte hiermit die Prävalenz der Erkrankungen viel schneller und effektiver gesenkt werden. Außerdem könnte so das Risiko einer selektionsbedingten „Flaschenhalsbildung“ minimiert werden. Ziel dieser Studie war es, das Auftreten des persistierenden rechten Aortenbogens und der primären Katarakt beim Deutschen Pinscher zu beschreiben und die molekulargenetischen Hintergründe zu analysieren. Die hier zu beschreibende Form des persistierenden rechten Aortenbogens ist durch das gemeinsame Auftreten mit einer retroösophageal verlaufenden Arteria subclavia sinistra und einem an dieser Arterie seinen Ursprung nehmenden Ligamentum arteriosum charakterisiert. Dieser seltene Verlauf des Ligamentum arteriosum verstärkt zusätzlich die Kompression der Speiseröhre durch den Gefäßring und wurde bisher erst bei zwei Einzelfällen andere Hunderassen beschrieben. Bei den betroffenen neugeborenen Welpen sind zunächst keine Symptome zu erkennen. Diese treten in der Regel erst dann auf, wenn die Welpen erstmalig feste Nahrung zu sich nehmen; typisch ist dann das Regurgitieren nach der Futteraufnahme. Durch die Einschnürung der Speiseröhre auf Höhe der Herzbasis ist ein Weitertransport der Ingesta nicht möglich oder zumindest erheblich beeinträchtigt, was zur Regurgitation führt. Zusätzlich verbleiben Teile des aufgenommenen Futters kranial der Konstriktion in der Speiseröhre und verursachen so auf Dauer eine Ösophagusdilatation im präkardialen Bereich. Betroffene Welpen bleiben im Wachstum zurück und verlieren bei unvermindertem oder sogar gesteigertem Appetit an Gewicht. Auf Röntgenaufnahmen des Thorax nach oraler Verabreichung von Kontrastmitteln lässt sich die Speiseröhrendilatation kranial des Herzen darstellen, die eingeschnürte Stelle befindet sich dabei auf Höhe der Herzbasis. Bisher gibt es in der Literatur keine Berichte über das Auftreten des persistierenden rechten Aortenbogens beim Deutschen Pinscher. Dennoch wurde in den vergangenen sechs Monaten die hier beschriebene, seltene Form des persistierenden rechten Aortenbogens bei drei Welpen der Rasse Deutscher Pinscher diagnostiziert. Weitere fünfzehn Fälle wurden von Züchtern oder Tierärzten dokumentiert und sind daher teilweise als Verdachtsdiagnose anzusehen. Bei allen drei an der Tierärztlichen Hochschule Hannover untersuchten Welpen war die Ursache der Ösophaguskonstriktion ein persistierender rechter Aortenbogen, eine retroösophageal verlaufende linke Arteria subclavia und ein linkes Ligamentum arteriosum, das seinen Ursprung an der Arteria subclavia hatte. Bei den anderen fünfzehn Fällen handelt es sich um Berichte von Tierärzten und Züchtern aus Deutschland und den Niederlanden. Einer dieser fünfzehn Welpen wurde in einem privaten Institut für Pathologie in den Niederlanden mit der gleichen selten Diagnose wie bei den drei in Hannover untersuchten Welpen obduziert. Ein andere Welpe wurde in München operiert und lebt nun schon mehrere Jahre ohne Probleme bei seinem Besitzer. Bei einer inzwischen sieben Jahre alten Hündin wurde im Alter von acht Monaten die Verdachtsdiagnose persistierender rechter Aortenbogen gestellt. Diese Hündin erfährt seitdem ein spezielles Fütterungsmanagement und lebt ohne größere Beeinträchtigungen mit der Erkrankung. Die Abstammungsdaten der erkrankten Hunde wurden uns vom Pinscher- Schnauzer-Klub e.V. (PSK) zur Verfügung gestellt und wurden unter anderem zur einfachen Segregationsanalyse nach der Singles Methode verwendet, um herauszufinden, ob die Daten mit einem rezessiven Erbgang kompatibel sind. Der mittlere Verwandtschaftskoeffizient wurde sowohl für die Gruppe von Deutschen Pinschern mit betroffenen Nachkommen als auch für eine Vergleichsgruppe berechnet. Der mittlere Inzuchtkoeffizient der Gruppe von erkrankten Hunden wurde ebenfalls berechnet und dem mittleren Inzuchtkoeffizienten einer Vergleichsgruppe gegenübergestellt. Für die Berechnungen wurden Abstammungsdaten über acht Generationen verwendet, dabei betrug die Vollständigkeit der Daten mehr als 95%. Bei dem ersten in Hannover untersuchten Tier, einem drei Wochen alten weiblichen Welpen der Rasse Deutscher Pinscher, wurde nach pathologisch-anatomischer Untersuchung ein persistierender rechter Aortenbogen in Kombination mit einer aberranten linken Arteria subclavia und einem linken Ligamentum arteriosum festgestellt. Das Ligamentum arteriosum hatte seinen Ursprung an der linken Arteria subclavia. Als Hauptgrund der Speiseröhrenkonstriktion konnte die aberrante Arteria subclavia in Kombination mit dem Ligamentum arteriosum ermittelt werden, der Aortenbogen trug nur zu einem kleineren Anteil zu der Einschnürung bei. Der Welpe war zuvor vom Haustierarzt wegen andauerndem Regurgitieren und schlechter allgemeiner körperlicher Verfassung eingeschläfert worden. Bei den anderen beiden in Hannover untersuchten Tieren handelte es sich um zwei Welpen aus einem Wurf eines niederländischen Züchters. Beide Welpen wurden in der Klinik für Kleintiere der Tierärztlichen Hochschule Hannover vollständig untersucht. Bei dem einen Tier (Welpe 2) wurde zusätzlich zur hochgradigen Dilatation der Speiseröhre noch ein Ventrikelseptumdefekt festgestellt. Aufgrund der schlechten Prognose wurde er eingeschläfert und zur pathologisch-anatomischen Untersuchung übersendet. Bei dem anderen Welpen (Welpe 3) war die Dilatation der Speiseröhre weniger ausgeprägt und die körperliche Verfassung insgesamt besser, daher wurde dieser Welpe am nächsten Tag operiert. Nach Eröffnung der Brusthöhle ergab sich fast ein identisches Bild wie bei der pathologisch-anatomischen Untersuchung von Welpe 1. Das Ligamentum arteriosum wurde ligiert und anschließend durchtrennt. Danach war keine Kompression der Speiseröhre mehr zu erkennen, die Arteria subclavia wurde daher nicht weiter manipuliert. Dem Welpen ging es bereits am Tag nach der Operation gut; er erhielt für die Dauer von 3 Monaten ein spezielles Fütterungsmanagement und lebt inzwischen ohne gesundheitliche Einschränkungen bei seinen neuen Besitzern. Die Befunde der pathologisch-anatomischen Untersuchung von Welpe 3 waren fast identisch mit den Befunden von Welpe 1. Die Dilatation der Speiseröhre war bei diesem Tier noch stärker ausgeprägt als bei den anderen beiden Welpen, im präkardialen Bereich war der Durchmesser des Oesophagus etwa fünfmal größer als auf Höhe der Herzbasis. Die Verwandtschaftsbeziehungen aller erkrankten Tiere konnten in einem Pedigree dargestellt werden. Verwandtschafts- und Inzuchtkoeffizienten waren bei der Gruppe von Erkrankten signifikant höher als in einer Vergleichsgruppe. Alle betroffenen Welpen hatten nicht betroffene Eltern, die Anzahl betroffener weiblicher und betroffener männlicher Tiere war nahezu identisch. Deswegen konnte ein X–chromosomaler Erbgang genauso wie ein monogen autosomal dominanter Erbgang und ein mitochondrialer Erbgang ausgeschlossen werden. Die Ergebnisse der einfachen Segregationsanalysen nach der Singles-Methode wiesen nicht auf einen monogen autosomal rezessiven Erbgang hin. Die retroösophageale Arteria subclavia sinistra in Kombination mit dem linken Ligamentum arteriosum mit seinem Ursprung an der Arteria subclavia sinistra war in allen drei untersuchten Fällen die Hauptursache der Ösophaguskonstriktion. Diese Kombination von Anomalien ähnelt stark einer erblichen Anomalie des Menschen, bei der zusätzlich ein Divertikulum am Ursprung der Arteria subclavia sinistra auftritt (Kommerell`s diverticulum). Die einzige dauerhaft Erfolg versprechende Therapie von Gefäßringanomalien ist die chirurgische Korrektur. Medikamentelle Therapie in Kombination mit einem angepassten Fütterungsmanagement wird als nicht effektiv genug angesehen und führt in der Regel langfristig zur Verschlechterung der Situation. Trotzdem lebt einer der betroffenen Deutschen Pinscher seit 7 Jahren ohne ernsthafte Beeinträchtigungen mit der Erkrankung. Zuchtstudien beim Deutschen Schäferhund sowie epidemiologische Studien beim Deutschen Schäferhund und beim Irish Setter in der Vergangenheit haben gezeigt, dass diese beiden Rassen eine Prädisposition für die Entwicklung eines persistierenden rechten Aortenbogen aufweisen, der Erbgang ist vermutlich komplex und polygen. Die engen verwandtschaftlichen Beziehungen und hohen Inzuchtkoeffizienten legen nahe, dass der persistierende rechte Aortenbogen beim Deutschen Pinscher ein erblicher Defekt ist. Je höher der Inzuchtkoeffizient ist, desto wahrscheinlicher manifestiert sich ein rezessiver Defekt bei den Nachkommen. Da ein monogen autosomal rezessiver Erbgang mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden konnte, scheint ein oligo- oder polygener Erbgang oder der Beitrag mehrerer Mutationen einer Genregion am wahrscheinlichsten. Vergleichende genetische Studien ergaben, dass Anomalien der Herzstammgefäße beim Menschen oft im Zusammenhang mit einer Deletion der Chromosom 22q11.2 - Region stehen, die auch als DiGeorge-Region bekannt ist. Monosomie 22q11.2 wurde bei 46% aller Patienten mit einem persistierenden rechten Aortenbogen festgestellt, aber nur bei 30% der Patienten mit einem linken Aortenbogen. Die Mikrodeletion wurde außerdem bei 81% der Patienten mit, hingegen nur bei 17% der Patienten ohne Anomalien der Arteria subclavia festgestellt. Die Inzidenz von Monosomie 22q11.2 war also wesentlich stärker mit dem Vorliegen von Anomalien der Arteria subclavia als mit der Seitigkeit des Aortenbogen assoziiert. Studien mit Mäusen ergaben, dass eines der Gene innerhalb der DiGeorge - Region, TBX1, ein aussichtsreiches Kandidatengen für die kardiovaskulären Missbildungen im Zusammenhang mit dem DiGeorge-Syndrom beim Menschen ist. Die DiGeorge-Region ist auch beim Hund vorhanden und ist bei dieser Spezies auf Chromosom 26 lokalisiert. Monosomie 22q11.2 ist stark mit dem Vorliegen von Anomalien der Arteria subclavia assoziiert, die bei allen drei hier untersuchten Welpen gefunden wurden. Eine Kopplungsanalyse von Genorten im Bereich der DiGeorge-Region mit dem persistierenden rechten Aortenbogen beim Deutschen Pinscher könnte klären, ob Mutationen in dieser Region verantwortlich für das Auftreten der Missbildung sind. Der persistierende rechte Aortenbogen ist die häufigste angeborene Gefäßringanomalie und bei einigen Hunderasen wie dem Deutschen Schäferhund und dem Irish Setter verbreitet. Beim deutschen Pinscher tritt eine seltene Form des persistierenden rechten Aortenbogens auf, die mit einer aberranten Arteria subclavia sinistra und einem Ligamentum arteriosum assoziiert ist, das von der Arteria pulomonalis zur aberranten Arteria subclavia sinistra verläuft anstatt zum Aortenbogen. Diese zusätzliche Missbildung verstärkt den Druck auf die Speiseröhre. Vergleichende genetische Studien ergaben, dass TBX1 ein aussichtsreiches Kandidatengen für ähnliche Anomalien beim Menschen und bei der Maus darstellt, die dort im Zusammenhang mit dem DiGeorge-Syndrom auftreten. Das Gen TBX1 gehört zur Familie der T-Box Gene, die eine wichtige Rolle bei der Regulation von Entwicklungsprozessen spielen, unter anderem bei der Angiogenese, Festlegung der Rechts-Links-Symmetrie, Herzentwicklung und Mesodermentwicklung. Das Gen ist auch beim Hund konserviert. In der vorliegenden Studie evaluierten wir die genomische Struktur des TBX1 - Gens beim Hund und untersuchten die vollständige genomische Sequenz von TBX1 sowie Teile der Exons mit flankierenden intronischen Regionen von 13 anderen Genen innerhalb der caninen DiGeorge-Region auf Polymorphismen, die für Kopplungs- und Assoziationsanalysen mit dem PRAA-Phänotyp beim Deutschen Pinscher genutzt werden können. Vom Pinscher-Schnauzer-Klub 1895 e.V. wurden für alle Hunde Abstammungsdaten zur Verfügung gestellt. Wir wählten insgesamt 45 Hunde aus zwei verschiedenen Familien aus, darunter drei von der gleichen, seltenen Form des persistierenden rechten Aortenbogens betroffene Tiere. Nach den ersten Ergebnissen der Kopplungs- und Assoziationsanalysen wurden alle verfügbaren Vollgeschwister dieser betroffenen Tiere als Anlageträger gekennzeichnet, um aussagekräftigere Ergebnisse zu erzielen. Außerdem wurden drei nicht erkrankte Tiere anderer Rassen als Kontrolltiere mit untersucht. Zwei Milliliter EDTA-Blut wurde von jedem Tier gesammelt, aus dem dann die DNA isoliert wurde. Es wurden insgesamt 37 Mikrosatelliten auf Chromosom 26 für jedes Tier typisiert. Die nicht-parametrische Kopplungsanalyse wurde basierend auf dem identical-bydescent-Verfahren unter Verwendung der Software MERLIN 1.1.2 durchgeführt. Dabei wurden die Markerallele auf Kosegregation mit der phänotypischen Ausprägung des persistierenden rechten Aortenbogens beim Deutschen Pinscher getestet. Die Daten wurden mit dem Softwarepaket SAS bearbeitet, um die Marker bezüglich Allelfrequenzen, Heterozygotiegrad und Polymorphismus-Informationsgehalt charakterisieren zu können. Für den Assoziationstest wurde eine case-control Analyse basierend auf χ2-Tests für Genotypen und Allele durchgeführt. Außerdem wurde eine Sequenz- und Mutationsanalyse für insgesamt 14 Gene auf Chromosom 26 bei 11 Tieren durchgeführt, deren Ergebnisse in die Kopplungs- und Assoziationsanalysen mit einbezogen wurden. Mittels der nicht-parametrischen Kopplungsanalyse der Mikrosatelliten konnte eine signifikante Kopplung der Marker 26_31.48 und 26_31.99 mit dem Phänotyp des persistierenden rechten Aortenbogens beim Deutschen Pinscher festgestellt werden. Mittel Sequenz- und Mutationsanalyse der Gene innerhalb der DiGeorge-Region konnten insgesamt 18 SNPs (single nucloetide polymorphisms) für die Gene GNBL1, TXNRD2, CDC45L, UFD1, MRPL40, CLTCL1, SLC25A1 und GSC2 gefunden werden. Zwei dieser SNPs im Bereich des Kandidatengens TBX1 zeigten eine signifikante Kopplung mit dem Phänotyp des persistierenden rechten Aortenbogens beim Deutschen Pinscher und wiesen auf eine Deletion in diesem Bereich bei den betroffenen Tieren hin. Um die Bedeutung dieses Gens als ursächlich für den persistierenden rechten Aortenbogen zu verifizieren, sind weitere Untersuchungen an einer größeren Anzahl betroffener und nicht betroffener Tiere nötig. Primäre Katarakt (CAT) ist eine der häufigsten Ursachen für visuelle Beeinträchtigungen und Blindheit bei Rassehunden, weltweit sind mehr als 120 Hunderassen betroffen. Bei vielen dieser Rassen konnte eine Erblichkeit der primären Katarakt nachgewiesen werden. Mehrheitlich wird ein rezessiver Erbgang angenommen, aber auch dominante Formen sind beschrieben. In der bisher einzigen Veröffentlichung zur primären Katarakt beim Deutschen Pinscher, einer Studie aus Finnland, wird ein unvollständig dominanter Erbgang vermutet Da bisher ein kostenintensiver chirurgischer Eingriff die einzige effektive Therapie der Erkrankung darstellt, hat die Vermeidung des Auftretens besondere Bedeutung für das Wohlergehen der Tiere und auch aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Viele Zuchtverbände haben aus diesem Grund regelmäßige verpflichtende Augenuntersuchungen zur Bedingung für die Zuchtzulassung gemacht. Oft entwickelt sich eine Katarakt aber erst in einem Alter, in die meisten Tiere ihre ersten Zuchteinsätze bereits hinter sich haben, daher ist diese Methode nur begrenzt erfolgreich. Ein rezessiver Erbgang erschwert das Vorgehen zusätzlich. Da beim Deutschen Pinscher eine Prädisposition für primäre Katarakt vorliegt, besteht Grund zur Annnahme, das es sich um eine erbliche Erkrankung handelt. Ziel dieser Studie war es, die Prävalenz und das Auftreten der primären Katarakt in der Deutschen Pinscher Population zu charakterisieren und den Erbgang bei dieser Hunderasse zu analysieren. Der Pinscher-Schnauzer-Klub 1895 e.V. (PSK) und der Dortmunder Kreis (DOK) stellten die Daten für die vorliegende Arbeit zur Verfügung. Die Studie basiert auf Untersuchungsbögen für erbliche Augenerkrankungen von 261 Deutschen Pinschern, die Daten wurden zwischen Januar 1995 und Oktober 2009 erhoben. Die ophthalmologischen Untersuchungen wurden von spezialisierten und DOKErweiterte zertifizierten Tierärzten durchgeführt. Insgesamt wurden 443 Untersuchungsbögen von 261 verschiedenen Hunden ausgewertet; die Untersuchungen wurden von 61 verschiedenen Gutachtern durchgeführt. Die Informationen der Untersuchungsbögen wurden zusammen mit den Pedigreedaten ausgewertet, die uns vom PSK zur Verfügung gestellt wurden. Die Pedigreedaten wurden für eine einfache Segregationsanalyse nach der Singles-Methode genutzt, um zu testen ob die Daten mit einem relativ einfachen Mendel’schen Modell, einem rezessiven Erbgang, kompatibel sind. Verwandtschafts- und Inzuchtkoeffizienten wurden für betroffene Tiere und eine Vergleichsgruppe kalkuliert, dabei wurden Abstammungsinformationen über 8 Generationen berücksichtigt. Die Vollständigkeit der Pedigrees lag jeweils über 95%. Bei 50 Untersuchungen von 40 verschiedenen Hunden (15,33% aller Hunde) wurde CAT diagnostiziert. Sieben dieser 40 Hunde wurden noch weitere male untersucht, nachdem die Diagnose CAT das erste Mal gestellt wurde. Bei 67% der betroffenen Hunde wurde bei der Erstuntersuchung CAT diagnostiziert. Bei 22,50% der betroffenen Tiere trat eine einseitige Katarakt auf, bei 62,50% eine beidseitige Katarakt. CAT wurde bei 55% der betroffenen Tiere als „anterior kortikal“ beschrieben, bei 15% als „posterior polar“, bei 2.5% als „nuklear“, bei 10% als „anterior kortikal und posterior polar“ und bei 7,5% als „posterior polar und nuklear“, während bei vier Tieren die Angaben fehlten. Das durchschnittliche Alter bei Feststellung von CAT lag bei 3,8 ± 1,6 Jahren. Das jüngste der betroffenen Tiere war 0,34 Jahre alt, das älteste 7,44 Jahre als die Erstdiagnose CAT gestellt wurde. Fast 60% der betroffenen Tiere waren bei der Erstdiagnose weniger als vier Jahre alt. Bei 13.68% der männlichen Tiere und bei 16.67% der weiblichen Tiere wurde CAT diagnostiziert. Die meisten Hunde wurden nur einmal untersucht, 20,69% wurden zweimal untersucht und 18,39% wurden dreimal oder häufiger untersucht. Das Alter zum Zeitpunkt der Untersuchung lag zwischen 0,34 und 13,77 Jahren. Die meisten Tiere wurden im Alter von zwei bis fünf Jahren untersucht. Die Erstuntersuchung erfolgte im Durchschnitt im Alter von 3,0 ± 2,0 Jahren, die letzte Untersuchung bei mehrfach untersuchten Tieren erfolgte durchschnittlich im Alter von 4,0 ± 2,3 Jahren. 25% aller Tiere wurden mindestens einmal im alter von über 5 Jahren untersucht. Die Anzahl der weiblichen (55,56%) und männlichen (44,44%) untersuchten Tiere wies keinen signifikanten Unterschied auf. Die untersuchten Hunde stammten aus 83 verschiedenen Zwingern. Die Analyse der Abstammungsdaten zeigte die engen verwandtschaftlichen Verhältnisse der von CAT betroffenen Tiere auf. Bis auf zwei Tiere konnten alle betroffenen Hunde in einem Pedigree dargestellt werden. CAT trat nicht in jeder Generation auf, was ein Hinweis auf eine rezessive Vererbung ist. Der durchschnittliche Verwandschaftskoeffizient sowie der durchschnittliche Inzuchtkoeffizient waren bei der Gruppe von CAT-betroffenen Tieren signifikant höher als bei einer Vergleichsgruppe von nicht betroffenen Deutschen Pinschern. Die Ergebnisse der einfachen Segregationsanalyse nach der Singles-Methode zeigten, dass die beobachtete Verteilung mit einem einfachen rezessiven Erbgang und einer Segregationsfrequenz von p = 0,303 konsistent ist. Da die Prävalenz von CAT in der Deutschen Pinscher Population in Deutschland signifikant höher ist als bei einer Vielzahl von anderen Hunderassen in Deutschland, handelt es sich mit großer Wahrscheinlichkeit um eine erbliche Erkrankung bei dieser Rasse. Im Vergleich mit einer finnischen Studie zu erblichen Augenerkrankungen in der Deutschen Pinscher Population in Finnland konnten wir in der vorliegenden Studie eine deutlich höhere Prävalenz von CAT und ein wesentlich niedrigeres Auftrittsalter der Erkrankung feststellen. Auch die häufigste Lokalisation der Linsentrübung war unterschiedlich. Daraus lässt sich schließen, dass hier zwei verschieden Arten von Katarakt segregieren. Inzuchtkoeffizienten haben nachgewiesenermaßen einen signifikanten Einfluss auf die Prävalenz von CAT, z.B. beim Englischen Cocker Spaniel. Gerade beim Vorliegen eines rezessiven Erbgangs erhöht Inzucht die Wahrscheinlichkeit für die Manifestation einer Erkrankung erheblich. Das hohe Inzuchtlevel in der Deutschen Pinscher Population führt zu einer Akkumulation von Defektallelen in einer steigenden Anzahl von Zuchttieren. Das Problem der meisten genetischen Studien zur Untersuchung des Erbgangs von CAT ist die eingeschränkte Anzahl an untersuchten Anpaarungen und Nachkommen. Oft manifestiert sich CAT erst im fortgeschrittenen Alter und es Bedarf daher viele Jahre der Beobachtung. In einigen Studien konnten Vermutungen zum Erbgang basierend auf visueller Inspektion der verfügbaren Pedigrees geäußert werden. In der vorliegenden Studie erlaubte die Verteilung der ophthalmologisch untersuchten Tiere eine einfache Segregationsanalyse. Die Ergebnisse dieser Analyse schließen jedoch andere, komplexere Erbgänge nicht völlig aus. Das meist späte Auftreten der ersten Anzeichen von CAT stellt ein großes Problem für Züchter dar, weil viele Tiere ihren ersten Zuchteinsatz bereits hinter sich haben, wenn die Diagnose CAT gestellt wird. Regelmäßige ophthalmologische Untersuchungen durch spezialisierte Tierärzte sollten verpflichtend für die Erlaubnis zum Zuchteinsatz sein, um das Risiko der Vererbung zu reduzieren und die Prävalenz in der gesamten Zucht zu verringern. Diese Untersuchungen sollten mindestens jährlich durchgeführt werden, solange die Tiere im Zuchteinsatz sind. Erkrankte Hunde dürfen keinesfalls zur Zucht eingesetzt werden, und es sollte bevorzugt mit Hunden gezüchtet werden, die alt genug sind, CAT mit großer Wahrscheinlichkeit ausschließen zu können. Primäre Katarakt ist eine häufig auftretende Erkrankung bei Rassehunden, über 120 Rassen weltweit sind betroffenen. Die Erblichkeit von nicht kongenitaler primärerKatarakt (CAT) wurde bereits bei vielen Rassen nachgewiesen. Der Deutsche Pinscher ist ebenfalls eine Rasse mit Prädisposition für die Entwicklung einer primären Katarakt, daher wird angenommen, dass die Erkrankung auch hier einen genetischen Hintergrund besitzt. Die Prävalenz von CAT in der Deutschen Pinscher Population in Deutschland wurde in einer anderen Studie auf 15,33% geschätzt. Die Mehrheit der Deutschen Pinscher entwickelt eine beidseitige Katarakt, die am Häufigsten im vorderen kortikalen Teil der Linse lokalisiert ist. Das durchschnittliche Alter bei der Erstdiagnose von CAT liegt bei den hier untersuchten Deutschen Pinschern bei 3,8 Jahren. Aufgrund des relativ späten Manifestationsalters und des vermutlich rezessiven Erbgangs ist es schwierig Merkmalsträger rechtzeitig zu erkennen und von der Zucht auszuschließen sowie Anlageträger zu erkennen. Ein DNA-Test, der zeigt ob ein Tier homozygot für eine CAT verursachende Mutation oder eine heterozygoter Anlageträger oder frei von CAT verursachenden Mutationen ist, wäre sehr hilfreich und könnte in Kombination mit einem effektiven Zuchtprogramm die Prävalenz von CAT beim Deutschen Pinscher erheblich senken. Heute sind über 20 Gene beim Hund bekannt, die als potentielle Kandidatengene für CAT angesehen werden, da sie beim Menschen oder bei der Maus mit dieser Erkrankung assoziiert sind. In der vorliegenden Studie wurden die 20 Kandidatengene nach Mellersh et al. (2006) untersucht. Die Ergebnisse ophthalmologischer Untersuchungen von Deutschen Pinschern wurden vom Dortmunder Kreis (DOK) zur Verfügung gestellt. Alle Untersuchungen wurden von spezialisierten und zertifizierten Tierärzten basierend auf einem standardisierten Untersuchungsprotokoll durchgeführt. Nur primäre Katarakte wurden dabei berücksichtigt. Der Pinscher-Schnauzer-Klub 1895 e.V. (PSK) stellte dieAbstammungsdaten für alle Tiere zur Verfügung. Wir wählten insgesamt 45 Hunde aus fünf verschiedenen Familien aus, darunter 15 von CAT betroffene Tiere. Bei den meisten dieser erkrankten Hunde (86,67%) war die Trübung im vorderen kortikalen Bereich der Linse lokalisiert. Bei 11 Tieren (73,33%) waren beide Augen betroffen, während bei den restlichen vier Hunden nur das rechte oder nur das linke Auge betroffen waren. Die Mehrheit der Probanden (70%) wurde zweimal oder dreimal ophthalmologisch untersucht. Mindestens ein nicht betroffenes Tier aus jeder Familie wurde ebenfalls untersucht. Nicht betroffene Tiere, bei denen die letzte ophthalmologische Untersuchung im Alter unter 4,5 Jahren erfolgte, wurden als Hunde mit unbekanntem Phänotyp klassifiziert. zusätzlich testeten wir drei nicht an CAT erkrankte Hunde anderer Rassen als Kontrolltiere. Zwei Milliliter EDTA-Blut wurde von jedem Tier gesammelt, aus dem dann die DNA isoliert wurde. Zur Untersuchung der 20 Kandidatengene verwendeten wir die 36 Mikrosatelliten sowie PCR-Bedingungen nach Mellersh et al. (2006). Zur Feinkartierung der gekoppelten Region auf Chromosom 28 wählten wir acht weitere Mikrosatelliten aus. Alle Mikrosatelliten wurden für alle 45 untersuchten Tiere typisiert. Eine nichtparametrische Kopplungsanalyse wurde basierend auf dem identical-by-descent Verfahren unter Verwendung der Software MERLIN 1.1.2 durchgeführt. Die Markerallele wurden dabei auf Kosegregation mit dem CAT-Phänotyp beim Deutschen Pinscher getestet. Alle Marker wurden bezüglich Allelfrequenzen, Heterozygotiegrad und Polymorphismus-Informationsgehalt charakterisiert. Für den Assoziationstest wurde eine case-control Analyse basierend auf χ2-Tests für Genotypen und Allele durchgeführt. Außerdem wurde eine Sequenz- und Mutationsanalyse für das Gen PITX3 bei 10 Tieren durchgeführt, deren Ergebnisse ebenfalls in die Kopplungs- und Assoziationsanalysen mit einbezogen wurden. Mittels der nicht-parametrischen Kopplungsanalyse der Mikrosatelliten konnte eine signifikante Kopplung der Marker CF28_16.26, PITX3_28_16.97 und CF28_17.89 mit dem CAT-Phänotyp beim Deutschen Pinscher festgestellt werden. Diese Marker sind alle auf Chromosom 28 in unmittelbarer Nähe des PITX3-Genes lokalisiert. Mittels Sequenz- und Mutationsanalysen von PITX3 konnten insgesamt sieben Zwischenrasse-SNPs gefunden werden, von denen fünf in Exon 3 lokalisiert waren. Die anderen zwei lagen im Bereich von Intron 2. Es konnten keine Polymorphismen innerhalb der Rasse Deutscher Pinscher gefunden werden. Die Sequenzierung von Exon 2 und 3 erfolgte trotz mehrmaligen Versuchen mit unterschiedlichen Bedingungen nur unvollständig, so dass diese Teile des Gens nur teilweise untersucht werden konnten. Die Ursache dafür könnte im GC-Reichtum der untersuchten Sequenzen liegen. Die Sequenzierung der vollständigen genomische Sequenz von PITX3 sollte vorgenommen werden, um möglicherweise Polymorphismen zu finden, die mit dem CAT-Phänotyp beim Deutschen Pinscher gekoppelt sind. Auch die Analyse von cDNA des PITX3-Gens wäre ein weitere Ansatz. Hierfür müsste allerdings Linsengewebe von erkrankten Tieren gesammelt werden, das momentan leider nicht zur Verfügung steht.

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Menzel, Julia: Population and molecular genetic analyses of persistent right aortic arch and primary cataracts in the German Pinscher. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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