Test pro predikci hodnot dysplazie kyčlí?!

Zatím stále hudba budoucnosti…

O dysplazii kyčelních -DKK (či anglicky HD – hips dysplazia) či loketních kloubů – DKL (anglicky ED – elbow dysplazia) již vzniklo nespočet článků. Pro upřesnění ještě uvedu, že pod termínem dysplazie loketních kloubů, DKL, se ve skutečnosti skrývají 3 onemocnění – jmenovitě Fragmentace processus coronoideus – FCP, Disektující Osteochondróza – Osteochondritis Dissecans a Ununited anconeal process (UAP).

Tato problematika (jak kyčlí, tak i loktů) má mnoho rovin a je velmi komplexní.

Shrnu-li to, co jako chovatelé a majitelé potřebujeme vědět, jedná se o onemocnění polygenní – tedy stojí za nimi vícero genů, které se ve svých účincích sčítají anebo spolu jinak interagují.

Ale na tom, jak vážný stupeň dysplazie bude zjištěn a jaké osteoartritické změny u psa/jedince uvidíme, se z velké míry podílí i faktory okolního prostředí nebo-li environmentální faktory. Pod nimi si představíme pojmy jako výživa, rychlost růstu, celková hmotnost psa (respektive obezita), zátěž psa – jak hodně cvičí, má-li svaly zpevněné anebo naopak pohyb veškerý žádný.

Tyto dvě složky jsou od sebe v našem případě neoddělitelné. A to, jak spolu „vyšly“ potom veterinář hodnotí na rentgenovém snímku, ze kterého se určí výsledný – fenotypový projev dysplazie či oesteoartritidy. To je také důvod, proč toto onemocnění zatím nelze u psů jednoduše eliminovat. Hodnotíme to, jak si geny a okolní prostředí u toho jednoho jedince „sedly“. Tedy ne pouze genetickou složku.

Hodně se hovoří o tom, že za vývojem dysplatických kloubů stojí i povrch, na kterém se štěňata pohybují v prvních dnech svého vývoje. Kluzká podlaha podporuje u štěňat přílišnou laxi (nestabilitu kloubu v kloubní jamce) a tedy vzniká přetěžování ještě nedovyvinutých kloubů jenž jsou zranitelnější vůči špatné poloze v kloubu.

Připomenu ještě, že dysplazie vzniká právě díky volnosti kloubu, který má za následek nestabilitu a subluxaci. Správně by měla být hlava femuru kompletně překryta acetabulem. V případě laxe – nestability – není a dochází ke špatnému rozložení tlaku v kloubu. To způsobuje mikrofraktury acetabula a femorální hlavy, opotřebování kloubní chrupavky, zánět synoviální membránya sekundární osteoartritis (Mikkola et al., 2019).

A: Nepostižené kyčle.
B: mírná dysplazie kyčelních kloubů. Šipka ukazuje úhel označovaný jako Norberg úhel.
C: Závažně dysplazií postižený kloub s luxací.
D: Vážná sekundární osteoartritida v důsledku předchozí dysplazie kloubu.
E: CT zobrazení kloubu s mírnou dysplazií kyčle ukazující subluxaci a impingement femorální hlavy na laterálním okraji acetabula při zobrazení kyčelních klubů v nosné poloze.
F: CT zobrazení psa s vážnou dysplazií charakterizovanou kompletní luxací.
G: Hrubý povrch femorální hlavy kyčelního kloubu mírně postiženého dysplazií (kyčelního kloubu) a ranná sekundární oesteoartritida s fibrilací (rozvlákněním) kloubní chrupavky v perifoveální oblasti a hypertrofie vazu teres (vaz spojující hlavu femuru s acetabulem).
H: Femorální hlava vážně postižené kyčle erozí v plné tloušťce kloubní chrupavky a ztrátou teres vazu skrze mechanickou abrazi a enzymatickou degradaci. Takto postižené kyčle jsou bolestivé.
Převzato z (Zhou et al., 2010)

Práce s daty

Z hlediska genetiky nás zajímá v prvé řadě, jak je dysplazie rozšířená v daném plemeni – tzv. prevalence. Ta se pohybuje někde mezi 20 % u labradorských retrívrů až po 70 % u svatobernardských psů. (Bartolomé et al, 2015).

Co je ještě podstatnější je fakt, z kolika procent působí geny na rozvoji onemocnění. To pomáhá určit faktor, kterému se odborně říká heretabilita. Budeme-li důslední, musíme říci, že nám oznamuje z kolika procent se genetická složka podílí na fenotypovém projevu. Vztaženo na kyčle či lokty a dysplazii – z kolika procent má vliv genetická složka (všechny geny jako souhrn) na tom, jaký výsledek je u daného psa hodnocený veterinářem (fenotypový projev). V případě, že je podíl této genetické složky větší jak 50 %, lze ho rozumně chovatelskými rozhodnutími usměrňovat a počty jedinců s artritickými změnami snižovat. Dá se rozumně pracovat i s hodnotami kolem 20 – 50 %, ale chce to poněkud sofistikovanější nástroje.

Takový hezký souhrn vypočtených heretabilit nabízí například práce Oberbauer et al., 2017, odkud jsem si vypůjčila následující tabulku.

Plemenná hodnota, EBV

Tím sofistikovanějším nástrojem myslím tzv. Plemennou hodnotu (více o ni píši ve článku –Plemenná hodnota >>>). Shrnu-li v kostce problém, potřebuji velkou databázi a statistický program pracující s pokročilými statistickými metodami k tomu, abych ho v prvním kroku naučila určit průměrný stav stupně dysplazie v daném plemeni, naučila ho zobrazit, jak si daní jedinci (skuteční psi) stojí svými výsledky v tom modelu a ve třetím kroku by se program měl pokusit odhadnout výsledný stupeň zatížení – genetického zatížení – jedinců jak testovaných, tak netestovaných. Chovatelé tento nástroj potom využívají tak, aby vytvářeli takové kombinace, jejichž potomci budou mít alespoň výsledné genetické zatížení k dysplazii jako je průměr populace anebo menší.

V některých zemích, kde mají vytvořené databáze, se již přikročilo k těmto krokům – např. Anglie – the Kennel club, v jiných zemích se počítá plemenná hodnota či anglicky estimated breeding value jen pro některá plemena (Švédsko, Finsko a Dánsko). Pomalu ale jistě se i tato cesta dostává do povědomí chovatelů a zatím zlehka se s ní učí pracovat.

Geny a zase geny

Spousta vědeckých skupin a týmů se ale snaží v mezičase odhalit přímo geny odpovědné za toto onemocnění. S různými výsledky.

Současná souhrnná studie Mikkola et al., 2021, shrnula a potvrdila celkem 46 genetických markerů, které souvisí s dysplazií kyčelních kloubů. 4 jsou platné pro všechna plemena a zbylé jsou potom pro různé skupiny plemen. Tato studie je výjimečná i tím, že otestovala celkem 1570 psů z 10 plemen a to je obrovský kus práce. Z toho 751 byly jako cases – s dysplazií – tedy výsledkem C, D a E. A 819 bylo s výsledkem A – kontrolní skupina.

Logickým krokem v mezičase je samozřejmě zapojení genetiky – přímo genetických markerů (nejsnazší je to v současnosti s bodovými mutacemi, SNP) do procesu předpovídání plemenné hodnoty pro kyčle. Tento logický krok je podpořený minimálně dvěma studiemi (Sánchez-Molano et al., 2015), (Edwards et al., 2018) , které ukázaly, že i náhodně vybraná SNP (nemusí být úplně spjaty s dysplazií, tedy prokázané jako QTL – quantitative trait loci, stačí pouze mírné propojení s dysplatickou problematikou) mají pro zpřesnění odhadu plemenné hodnoty podstatný vliv, než když se odhad zakládá pouze na rodokmenech.

Test pro předpověď stupně DKK?

Labradorský retrívr

Důvodem k sepsání tohoto článku je studie Bartolomé et al, 2015, která mne opravdu zaujala. Provedli studii na plemeni labradorský retrívr, kdy 633 jedinců použili na vývoj modelu (respektive jejich genetickou informaci) a 142 jedinců sloužilo jako validační skupina (na ni se ověřovala úspěšnost prediktivních výsledků). Protože se jedná o studii GWAS (porovnání genomu zdravých a nemocných jedinců a hledají se rozdíly, které poukáží na ty geny spjaté s chorobou), byla potřeba kontrolní skupina, která má kyčle v pořádku – hodnocení DKK A a B a skupina s dysplazií – psi s výsledky D a E. Jedinci C byly z této studie vyloučeni, protože studie potřebuje čisté rozlišení mezi zdravými a nemocnými jedinci. Labradoři byly z Evropy, Anglie a USA a zahrnovali jak výstavní, tak i pracovní linie.

Celkem se jim podařilo identifikovat 7 SNP – jmenovitě BICF2P772455, BICF2G630227898, BICF2G630339806, BICF2G630558239, BICF2P548082, BICF2S230609 a BICF2S2452559, které měly statistickou významnost.

Celková prediktivní hodnota modelu je 0,8, tedy 80 %. Z toho 21 % v modelu zaujímá SNP BICF2G630227898 a 20 % potom SNP BICF2G630339806. Velmi silnou spojitost s dysplazií měly také SNP BICF2S230609 a BICF2S2452559, které se nacházejí uvnitř a poblíž genu CHST3. Ten tato skupina objevila jako další kandidátní gen ve spojitosti s dysplazií kyčelních kloubů.

Prediktivní hodnota modelu 0,8 staví tento model do klinicky užitečného modelu.

Můj osobní myšlenkový obrat byl – ÚŽASNÉ! A předpoklad, s velkou pravděpodobností pracují na zpřesnění modelu a brzy tedy bude možné ho představit chovatelům.

Nicméně skupina se vydala trochu jinou cestou. Nechala si test patentovat a byl nabízený jako Dysgen u firmy Bioiberica. Výsledky, které jste mohli z laboratoře obdržet byly rozděleny do 4 skupin na základě relativního risku – míry pravděpodobnosti (pravděpodobnost, že pes s DKK bude diagnostikován jako DKK) a specifity (vyjadřuje schopnost testu přesně vybrat případy, u nichž DKK nenastává):

Skupina 1 / Group 1 (LR+ = 1–2) – Minimální predispozice / minimal predisposition;

Skupina 2 / Group 2 (LR+ = 2–5) – Malá predispozice / low predisposition;

Skupina 3 / Group 3 (LR+ = 5–8) – Mírná/Střední predispozice / moderate predisposition;

Skupina 4 / Group 4 (LR+ = >8) – Vysoká predispozice / high predisposition.

Ve všech případech se doporučuje RTG zkouška po 6 nebo 8 měsících.

Asi jste zaznamenali, že píši v minulém čase. Firma tento test stáhla.

A je to z velké pravděpodobnosti díky článku, který vyšel v roce 2020 – Validation of DNA test for hip dysplasia failed in Danish Labrador Retrievers. Vědkyně, které téma zpracovaly ho měly jako diplomovou práci, kterou vydaly roku 2016 a vědecký článek vyšel až o čtyři roky později.

Chtěly provést ověření (validaci), že tento test dokáže predikovat hodnoty pro dánské výstavní linie stejně dobře, jako je ve studii zmíněné výše. Do laboratoře poslali celkem 14 vzorků od psů s diagnostikovaným DKK výsledkem D nebo E a 25 vzorků od psů s výsledkem A nebo B. Bohužel, nebyla nalezena žádná korelace ani predikce na hladině statistické významnosti skutečného výsledku kyčlí u těchto jedinců.

Německý ovčák

O stejnou věc se pokoušela i skupina vědců pro plemeno německý ovčák – studie Manz et al., 2017

Nejprve uvedu všechna fakta. S odhadem plemenné hodnoty začal Spolek pro německé ovčáky (Verein für Deutsche Schäferhunde) již v roce 2002. Když porovnají výsledky z tohoto roku a roku 2016, podařilo se jim díky tomuto modelu zlepšit počet německých ovčáků ve třídě A (odpovídá DKK výsledku A) z 62 na 75 %. A to je slušný výsledek.

V roce 2013 přišel vědec Otto Dist se svými kolegy Marschall Y, Stock KF na metodiku, která plemeni pomůže zpřesnit odhad plemenné hodnoty pomocí 17 genetických markerů (16 SNP a 1 indelu). Tento model si nechali patentovat a poté ho poskytli spolku. Ten ho používal souběžně s původní plemennou hodnotou, aby se podařilo ověřit možnosti.

Studie, ze které čerpám, se pokusila na základě dat z patentového úřadu tento test zvalidovat. Tedy ověřit jeho platnost na nezávislém vzorku německých ovčáků. Navíc mimo DKK se rozhodli ověřit nad rámec patentu i DKL.

Ukázalo se, že výsledky DKK a DKL jsou spolu spojené. 525 psů (tj. 56,6 %) měla obě testování bez dyplazie (tj. DKK A a DKL 0), zaztímco 82 psů (8,8 % měla oba dyplatické výsledky). Pro úplnost, ještě uvádím, jak si stála validační skupina úplně:

A teď to nejdůležitější – jak si vedl patent v predikci hodnot DKK? Upřímně, nic moc. Výsledná hodnota schopnosti předpovídat je 0,523. Pro srovnání – hod mincí má tuto prediktivní hodnotu 0,5. Oproti tomu 0,8 se bere již jako model použitelný pro predikci a hodnota 1 znamená perfektní predikci.

Když se vědecká skupina sama pokusila vyvinout prediktivní model na základě dat z patentu, dostali se na hodnotu 0,61. A nepotřebovali k tomu 17 genetických markerů, ale stačily jim pouze 2 – v práci značené jako TiHo25 a TiHo26.

Shrnutí

Proto v současnosti zůstává nepřekonaný model pro chovatele ten používající odhad plemenné hodnoty pro kyčle a lokty.

Nicméně nezatracujme tuto cestu, snad i k nám (nebo alespoň plemenům mající databázi jedinců daného plemene) odhad plemenné hodnoty jednou dorazí.

Anebo v mezičase skutečně přijde na trh takový test, který s tímto bude skutečně schopný genetické zatížení jedince odhadnout.

Pozor! Nezapomínejme, že genetika hraje jen omezenou roli – dalšími podstatnými faktory jsou faktory prostředí a ty ovlivníme my každý jedinec – jak majitel, tak chovatel v prospěch zdraví anebo naopak vzniku dysplazie a osteoartritických změn.

Zdroje

  • Oberbauer AM, Keller GG, Famula TR (2017) Long-term genetic selection reduced prevalence of hip and elbow dysplasia in 60 dog breeds. PLoS ONE 12(2): e0172918. Doi:10.1371/journal.pone.0172918
  • Bartolomé N, Segarra S, Artieda M, Francino O, Sánchez E, Szczypiorska M, et al. (2015) A Genetic Predictive Model for Canine Hip Dysplasia: Integration of Genome Wide Association Study (GWAS) and Candidate Gene Approaches. PLoS ONE 10(4): e0122558. doi:10.1371/journal.pone.0122558
  • Bruun, C.S., Bank, A., Ström, A., Proschowsky, H.F. and Fredholm, M. (2020), Validation of DNA test for hip dysplasia failed in Danish Labrador Retrievers. Anim Genet, 51: 617-619. https://doi.org/10.1111/age.12951
  • https://www.dkk.dk/uploads/documents/R%C3%A5dgivning/Specialer/validation_of_the_dysgen_hip_dysplasia_dna_test_in_the_danish_population_of_labrador_retrievers.pdf
  • GINJA, Mário; GASPAR, Ana Rita; GINJA, Catarina. Emerging insights into the genetic basis of canine hip dysplasia. Veterinary Medicine: Research and Reports, 2015, 6: 193.
  • Mikkola LI, Holopainen S, Lappalainen AK, Pessa-Morikawa T, Augustine TJP, Arumilli M,
  • et al. (2019) Novel protective and risk loci in hip dysplasia in German Shepherds. PLoS Genet 15 (7): e1008197. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008197
  • Mikkola L, Kyöstilä K, Donner J, Lappalainen AK, Hytönen MK, Lohi H, Iivanainen A. An across-breed validation study of 46 genetic markers in canine hip dysplasia. BMC Genomics. 2021 Jan 21;22(1):68. doi: 10.1186/s12864-021-07375-x. PMID: 33478395; PMCID: PMC7818755.
  • Manz E, Tellhelm B, KrawczakM (2017) Prospective evaluation of a patented DNA test for canine hip dysplasia (CHD). PLoS ONE 12(8): e0182093. https://doi.org/10.1371/journal.Pone.0182093
  • Edwards SM, Woolliams JA, Hickey JM, Blott SC, Clements DN, Sánchez-Molano E, Todhunter RJ and Wiener P (2018) Joint Genomic Prediction of Canine Hip Dysplasia in UK and US Labrador Retrievers. Front. Genet. 9:101. doi: 10.3389/fgene.2018.00101
  • Sanchez Molano, E, Pong-Wong, R, Clements, DN, Blott, SC, Wiener, P & Woolliams, JA 2015, ‚Genomic prediction of traits related to canine hip dysplasia‘, Frontiers in genetics, vol. 5, no. FEB, 00097. https://doi.org/10.3389/fgene.2015.00097
  • Zhou Z, Sheng X, Zhang Z, Zhao K, Zhu L, et al. (2010) Differential Genetic Regulation of Canine Hip Dysplasia and Osteoarthritis. PLoS ONE 5(10): e13219. doi:10.1371/journal.pone.0013219
Mým koníčkem jsou chov psů a genetika. Vyznám se ve složitém světě genetiky a dokážu ho lidsky představit běžnému člověku. Pomáhám začínajícím i zkušenějším chovatelům stanovit si svou strategii a orientovat se v genetických testech, aby nemuseli spoléhat na informace od firem, ale používali svůj vlastní zdravý rozum. Můj příběh si přečtěte zde >>