Die brachyzephale Kopfform, die sich zu einem bedeutenden Zuchtziel der Perserkatze herausbildete, zeichnet sich durch eine stark reduzierte Länge und erweiterte Breite des Schädels aus. Durch diese forcierte Zucht entstand aus der klassischen doll-face Perserkatze die Zuchtrichtung der peke-face Katzen mit einer extremen Brachyzephalie. Diese Kopfform geht mit schweren gesundheitlichen Problemen einher, darunter auch das vermehrte Auftreten eines Hydrocephalus internus. Eine koronale Kraniosynostose konnte mit Hilfe von Micro-CT und histologischen Untersuchungen als Ursache für diese Schädelform herausgestellt werden. Ziel dieser Studie war es, Kandidatengene für die koronale Kraniosynostose und die daraus resultierende Brachyzephalie zu identifizieren und im Studienkollektiv zu evaluieren. Hierfür wurde mittels next generation sequencing das gesamte Genom von fünf Katzen sequenziert. Darunter befanden sich drei peke-face Perserkatzen, eine Perserkatze mit moderater Brachyzephalie und eine doll-face Perserkatze. Im Anschluss wurden die Varianten durch Vergleiche mit anderen Katzenrassen, Anforderungen an den impact der Varianten und einer intensiven Literaturrecherche gefiltert. Daraufhin wurden 16 Kandidatengene (FGFR1, FGFR2, FGFR3, IHH, MSX2, RAB23, RUNX2, TCF12, TWIST1, ZIC1, ALX1, BMP3, SMOC2, CHL1, CNTN6, FOXL2) weiter untersucht und im Anschluss ausgewählte Varianten innerhalb der vielversprechendsten Kandidatengene FOXL2 und CNTN6 im Studienkollektiv der 54 Perserkatzen mittels Sanger-Sequenzierung genotypisiert. Die untersuchten Mutationen im CNTN6-Gen sowie auch die Mutation im FOXL2-Gen liegen in hochkonservierten Bereichen der Proteine und führen jeweils zu einem Aminosäureaustausch. Des Weiteren können sowohl das CNTN6- als auch FOXL2-Protein über den nicht-kanonischen Notch-Signalweg agieren. Der Notch-Signalweg spielt eine entscheidende Rolle in der Entwicklung und dem Verschluss der Schädelsuturen. Durch vorliegende Daten zum kranialen Index und der Morphologie der Gehirnventrikel wurde ein möglicher Zusammenhang der Varianten mit einer Brachyzephalie und dem Auftreten eines Hydrocephalus internus analysiert. Unter den untersuchten Perserkatzen waren sechs doll-face Perserkatzen (Kontrollgruppe), sieben Perserkatzen mit moderater Brachyzephalie und 41 peke-face Perserkatzen. Insbesondere Tiere, bei welchen sowohl die untersuchten Mutationen im CNTN6-Gen als auch die Mutation im FOXL2-Gen heterozygot vorlagen, hatten einen signifikant kürzeren Schädel (höheren kranialen Index). Isoliert betrachtet hatten die Mutationen nur einen schwach signifikanten Einfluss auf den kranialen Index. Die Mutationen konnten ausschließlich bei den peke-face Perserkatzen gefunden werden, während Vertreter der doll-face Perserkatzen und moderat betroffene Tiere ausschließlich Träger des Wildtyps waren. Allerdings konnten nicht bei allen peke-face Perserkatzen die Mutationen identifiziert werden, was an dem vermutlich polygenen Ursprung der Brachyzephalie liegen könnte. Zudem wurden die Daten über das Vorliegen von einem Hydrocephalus internus bei 41 der Perserkatzen aus der Studiengruppe mit einbezogen. Dabei zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen einem steigenden kranialen Index und dem Auftreten eines Hydrocephalus internus. Das Geschlecht und die Mutationen innerhalb des CNTN6- sowie FOXL2-Gens hatten stattdessen keinen signifikanten Einfluss.
Die Ergebnisse dieser Studie lassen vermuten, dass die Mutationen im CNTN6- und FOXL2-Gen mit hoher Wahrscheinlichkeit an der Brachyzephalie der Perserkatze beteiligt sind, allerdings nicht alleinig dafür verantwortlich sein können. Dies passt zu einer wahrscheinlichen polygenen Vererbung. Da mit der Brachyzephalie hochgradige gesundheitliche Probleme für die betroffenen Tiere einhergehen, sollte eine weitere forcierte Zucht auf dieses Merkmal dringend unterlassen werden. Ob die in dieser Arbeit gefundenen Genvarianten für eine Selektion dagegen hilfreich sein könnten, müssen weitere Untersuchungen zeigen.
The brachycephalic shape of the head, which has become an important breeding goal for the Persian cat, is characterized by a greatly reduced length and increased width of the skull. This forced breeding resulted in the production of peke-face cats with extreme brachycephaly from the classic doll-face Persian cat. This head shape is associated with serious health problems, including the increased occurrence of internal hydrocephalus. A coronal craniosynostosis was found to be the cause of this skull shape using micro-CT and histological investigations. The aim of this study was to identify candidate genes for coronal craniosynostosis and the resulting brachycephaly and to evaluate them in the study collective. For this purpose, the entire genome of five cats was sequenced using next generation sequencing. These included three peke-face Persians, one Persian with moderate brachycephaly, and one doll-face Persian. The variants were then filtered through comparisons with other cat breeds, impact requirements and an intensive literature search. Subsequently, 16 candidate genes (FGFR1, FGFR2, FGFR3, IHH, MSX2, RAB23, RUNX2, TCF12, TWIST1, ZIC1, ALX1, BMP3, SMOC2, CHL1, CNTN6, FOXL2) were further investigated and subsequently selected variants within the most promising candidate genes FOXL2 and CNTN6 genotyped in the study collective of 54 Persian cats using Sanger sequencing. The investigated mutations in the CNTN6 gene as well as the mutation in the FOXL2 gene are located in highly conserved areas of the proteins and each lead to an amino acid exchange. Furthermore, both the CNTN6 and FOXL2 proteins can act via the non-canonical Notch signaling pathway. The Notch signaling pathway is one of the most important pathways in the development and closure of cranial sutures. Based on available data on the cranial index and the morphology of the cerebral ventricles, a possible connection between the variants and brachycephaly and the occurrence of internal hydrocephalus was analysed. Among the Persians studied there were six doll-face Persians (control group), seven Persians with moderate brachycephaly, and 41 peke-face Persians. In particular, animals in which both the investigated mutations in the CNTN6 gene and the mutation in the FOXL2 gene were heterozygous, had a significantly shorter skull (higher cranial index). Viewed in isolation, the mutations had only a weakly significant effect on the cranial index. The mutations were found exclusively in the peke-face Persian cats, while representatives of the doll-face Persian cats and moderately affected animals were exclusively wild-type carriers. However, the mutations could not be identified in all peke-face Persian cats, which could be due to the presumably polygenic origin of brachycephaly. In addition, data on the presence of internal hydrocephalus in 41 of the Persian cats in the study group were included. There was a significant connection between an increasing cranial index and the occurrence of internal hydrocephalus. Gender and mutations within the CNTN6 and FOXL2 genes had no significant effect. The results of this study suggest that mutations in the CNTN6 and FOXL2 genes are highly likely to be involved in brachycephaly in the peke-face Persian cat, but cannot be solely responsible. This fits a probable polygenic inheritance. Since brachycephaly is associated with severe health problems for the affected animals, further breeding for this trait should be ceased. Further investigations must show whether the gene variants found in this work could be helpful for selection.
