Whole Genome Sequencing of the Mutamouse Model Reveals Strain- and Colony-Level Variation, and Genomic Features of the Transgene Integration Site

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dc.contributor.author

Meier, Matthew J.

Beal, Marc A.

Schoenrock, Andrew

Yauk, Carole L.

Marchetti, Francesco

dc.date.accessioned

2024-03-16T01:12:49Z

dc.date.available

2024-03-16T01:12:49Z

dc.date.issued

2019-09-24

dc.description - en

The MutaMouse transgenic rodent is a widely used animal model that is routinely used for assessing whether a substance in the environment is capable of inducing mutations (changes in DNA sequence) that can result in cancer and other diseases. The MutaMouse contains a bacterial gene that is used to investigate the induction of mutations in any tissue in the body. Health Canada has lead the development of a test guideline for the Organization for the Economic Co-Operation and Development that describes how to use transgenic rodents for regulatory testing. In this study, Health Canada sequenced the entire genome (all the DNA in the organism) of the MutaMouse to determine whether there are mutations in MutaMouse that may have an impact on the results of chemical testing. Out of the ~3 billion sites that compose the entire genome, the analysis identified approximately 5 million sites in the MutaMouse genome that are different from the average mouse genome, with ~20% of them that are potentially specific to MutaMouse (i.e., not present in other types of mice). None of the genetic variations represented by those 5 million sites are expected to influence toxicology testing using the MutaMouse because they occur almost exclusively in regions of the genome that do not result in the formation of proteins that are responsible for the activity in any cell in the body. Moreover, the analysis provided a detailed description of the point in the genome whether the bacteria gene was inserted during the creation of the MutaMouse model and showed that this insertion did not disrupt important genes. Overall, the results confirm that the MutaMouse is a good model for use in genetic toxicology and will help designing and interpreting the data obtained from their utilization.

dc.description.abstract - en

The MutaMouse transgenic rodent model is widely used for assessing in vivo mutagenicity. Here, we report the characterization of MutaMouse’s whole genome sequence and its genetic variants compared to the C57BL/6 reference genome. High coverage (>50X) next-generation sequencing (NGS) of whole genomes from multiple MutaMouse animals from the Health Canada (HC) colony showed ~5 million SNVs per genome, ~20% of which are putatively novel. Sequencing of two animals from a geographically separated colony at Covance indicated that, over the course of 23 years, each colony accumulated 47,847 (HC) and 17,677 (Covance) non-parental homozygous single nucleotide variants. We found no novel nonsense or missense mutations that impair the MutaMouse response to genotoxic agents. Pairing sequencing data with array comparative genomic hybridization (aCGH) improved the accuracy and resolution of copy number variants (CNVs) calls and identified 300 genomic regions with CNVs. We also used long-read sequence technology (PacBio) to show that the transgene integration site involved a large deletion event with multiple inversions and rearrangements near a retrotransposon. The MutaMouse genome gives important genetic context to studies using this model, offers insight on the mechanisms of structural variant formation, and contributes a framework to analyze aCGH results alongside NGS data.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Le modèle de rongeur transgénique MutaMouse est largement utilisé pour évaluer la mutagénicité in vivo. Nous rapportons ici la caractérisation de la séquence complète du génome de MutaMouse et de ses variantes génétiques par rapport au génome de référence C57BL/6. Le séquençage de nouvelle génération (NGS) à couverture élevée (> 50X) de génomes entiers de plusieurs animaux MutaMouse de la colonie de Santé Canada (SC) a montré environ 5 millions de SNV par génome, dont environ 20 % sont supposément nouveaux. Le séquençage de deux animaux provenant d’une colonie géographiquement séparée à Covance a indiqué qu’au cours d’une période de 23 ans, chaque colonie a accumulé 47 847 (HC) et 17 677 (Covance) variantes mononucléotidiques homozygotes non parentales. Nous n'avons trouvé aucune nouvelle mutation absurde ou faux-sens qui altère la réponse de MutaMouse aux agents génotoxiques. L'association des données de séquençage avec l'hybridation génomique comparative sur matrice (aCGH) a amélioré la précision et la résolution des appels de variantes de nombre de copies (CNV) et identifié 300 régions génomiques avec des CNV. Nous avons également utilisé la technologie des séquences à lecture longue (PacBio) pour montrer que le site d'intégration du transgène impliquait un événement de délétion important avec de multiples inversions et réarrangements à proximité d'un rétrotransposon. Le génome de MutaMouse fournit un contexte génétique important aux études utilisant ce modèle, offre un aperçu des mécanismes de formation de variantes structurelles et fournit un cadre pour analyser les résultats de l'aCGH parallèlement aux données NGS.

dc.description.fosrctranslation - fr

Le rongeur transgénique MutaMouse est un modèle animal largement utilisé qui est couramment utilisé pour évaluer si une substance présente dans l'environnement est capable d'induire des mutations (modifications de la séquence d'ADN) pouvant entraîner un cancer et d'autres maladies. La MutaMouse contient un gène bactérien utilisé pour étudier l'induction de mutations dans n'importe quel tissu du corps. Santé Canada a dirigé l'élaboration d'une ligne directrice d'essai pour l'Organisation de coopération et de développement économiques qui décrit comment utiliser des rongeurs transgéniques pour les essais réglementaires. Dans cette étude, Santé Canada a séquencé le génome entier (tout l'ADN de l'organisme) de la MutaMouse afin de déterminer s'il existe des mutations chez la MutaMouse qui pourraient avoir un impact sur les résultats des tests chimiques. Sur les environ 3 milliards de sites qui composent l'ensemble du génome, l'analyse a identifié environ 5 millions de sites dans le génome de MutaMouse qui sont différents du génome moyen de la souris, dont environ 20 % sont potentiellement spécifiques à MutaMouse (c'est-à-dire non présents chez d'autres types de souris). Aucune des variations génétiques représentées par ces 5 millions de sites ne devrait influencer les tests toxicologiques effectués à l'aide de MutaMouse, car elles se produisent presque exclusivement dans des régions du génome qui n'entraînent pas la formation de protéines responsables de l'activité dans aucune cellule du génome. corps. De plus, l'analyse a fourni une description détaillée du point du génome si le gène de la bactérie a été inséré lors de la création du modèle MutaMouse et a montré que cette insertion n'a pas perturbé les gènes importants. Dans l’ensemble, les résultats confirment que MutaMouse est un bon modèle à utiliser en toxicologie génétique et qu’il aidera à concevoir et à interpréter les données obtenues grâce à leur utilisation.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1038/s41598-019-50302-0

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2160

dc.language.iso

en

dc.publisher

Nature Research

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Whole Genome Sequencing of the Mutamouse Model Reveals Strain- and Colony-Level Variation, and Genomic Features of the Transgene Integration Site

dc.type - en

Article

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