Options for selecting dairy cattle for milk coagulation ability

Lypsylehmien maidon juoksettumiskyvyn jalostuskeinot Väitöskirjassa tutkittiin lypsylehmien maidon juustonvalmistuslaadun parantamista jalostusvalinnan avulla. Tutkimusaihe on tärkeä, sillä yhä suurempi osa maidosta käytetään juustonvalmistukseen. Tutkimuksen kohteena oli maidon juoksettumiskyky, sillä se on yksi keskeisistä juustomäärään vaikuttavista tekijöistä. Maidon juoksettumiskyky vaihteli huomattavasti lehmien, sonnien, karjojen, rotujen ja lypsykauden vaiheiden välillä. Vaikka tankkimaidon juoksettumiskyvyssä olikin suuria eroja karjoittain, karja selitti vain pienen osan juoksettumiskyvyn kokonaisvaihtelusta. Todennäköisesti perinnölliset erot lehmien välillä selittävät suurimman osan karjojen tankkimaitojen juoksettumiskyvyssä havaituista eroista. Hyvä hoito ja ruokinta vähensivät kuitenkin jossain määrin huonosti juoksettuvien tankkimaitojen osuutta karjoissa. Holstein-friisiläiset lehmät olivat juoksettumiskyvyltään ayrshire-rotuisia lehmiä parempia. Huono juoksettuminen ja juoksettumattomuus oli vain vähäinen ongelma holstein-friisiläisillä (10 %), kun taas kolmannes ayrshire-lehmistä tuotti huonosti juoksettuvaa tai juoksettumatonta maitoa. Maitoa sanotaan huonosti juoksettuvaksi silloin, kun juustomassa ei ole riittävän kiinteää leikattavaksi puolen tunnin kuluttua juoksetteen lisäyksestä. Juoksettumattomaksi määriteltävä maito ei saostu lainkaan puolen tunnin aikana ja on siksi erittäin huonoa raaka-ainetta juustomeijereille. Noin 40 % lehmien välisistä eroista maidon juoksettumiskyvyssä selittyi perinnöllisillä tekijöillä. Juoksettumiskykyä voikin sanoa hyvin periytyväksi ominaisuudeksi. Kolme mittauskertaa lehmää kohti riittää varsin hyvin lehmän maidon keskimääräisen juoksettumiskyvyn arvioimiseen. Tällä hetkellä juoksettumiskyvyn suoran jalostamisen ongelmana on kuitenkin automatisoidun, laajamittaiseen käyttöön soveltuvan mittalaitteen puute. Tämän takia väitöskirjassa tutkittiin mahdollisuuksia jalostaa maidon juoksettumiskykyä epäsuorasti, jonkin toisen ominaisuuden kautta. Tällaisen ominaisuuden pitää olla kyllin voimakkaasti perinnöllisesti kytkeytynyt juoksettumiskykyyn, jotta jalostus olisi mahdollista sen avulla. Tutkittavat ominaisuudet olivat sonnien kokonaisjalostusarvossa jo mukana olevat maitotuotos ja utareterveyteen liittyvät ominaisuudet sekä kokonaisjalostusarvoon kuulumattomat maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuus sekä maidon pH. Väitöskirjassa tutkittiin myös mahdollisuuksia ns. merkkiavusteiseen valintaan tutkimalla maidon juoksettumattomuuden perinnöllisyyttä ja kartoittamalla siihen liittyvät kromosomialueet. Tutkimuksen tulosten perusteella lehmien utareterveyden jalostaminen parantaa jonkin verran myös maidon juoksettumiskykyä sekä vähentää juoksettumattomuutta ayrshire-rotuisilla lehmillä. Lehmien maitotuotos ja maidon juoksettumiskyky sekä juoksettumattomuus ovat sen sijaan perinnöllisesti toisistaan riippumattomia ominaisuuksia. Myöskin maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuuden perinnöllinen yhteys juoksettumiskykyyn oli likimain nolla. Maidon pH:n ja juoksettumiskyvyn välillä oli melko voimakas perinnöllinen yhteys, joten maidon pH:n jalostaminen parantaisi myös maidon juoksettumiskykyä. Todennäköisesti sen jalostaminen ei kuitenkaan vähentäisi juoksettumatonta maitoa tuottavien lehmien määrää. Koska maidon juoksettumattomuus on niin yleinen ongelma suomalaisilla ayrshire-lehmillä, väitöksessä selvitettiin tarkemmin ilmiön taustoja. Kaikissa kolmessa tutkimusaineistoissa noin 10 % ayrshire-lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa. Kahden vuoden kuukausittaisen seurannan aikana osa lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa lähes joka mittauskerralla. Maidon juoksettumattomuus oli yhteydessä lypsykauden vaiheeseen, mutta mikään ympäristötekijöistä ei pystynyt täysin selittämään sitä. Sen sijaan viitteet sen periytyvyydestä vahvistuivat tutkimusten edetessä. Lopuksi tutkimusryhmä onnistui kartoittamaan juoksettumattomuutta aiheuttavat kromosomialueet kromosomeihin 2 ja 18, lähelle DNA-merkkejä BMS1126 ja BMS1355. Tulosten perusteella maidon juoksettumattomuus ei ole yhteydessä maidon juoksettumistapahtumassa keskeisiin kaseiinigeeneihin. Sen sijaan on mahdollista, että juoksettumattomuusongelman aiheuttavat kaseiinigeenien syntetisoinnin jälkeisessä muokkauksessa tapahtuvat virheet. Asia vaatii kuitenkin perusteellista tutkimista. Väitöksen tulosten perusteella maidon juoksettumattomuusgeeniä kantavien eläinten karsiminen jalostuseläinten joukosta olisi tehokkain tapa jalostaa maidon juoksettumiskykyä suomalaisessa lypsykarjapopulaatiossa.

Golgi proteomics : Identification of a novel cartilage-specific Golgi protein GoPro49

The Golgi complex is a central organelle of the secretory pathway, responsible for a range of post-translational modifications, as well as for membrane traffic to the plasma membrane and to the endosomal-lysosomal pathway. In addition, this organelle has roles in cell migration, in the regulation of traffic, and as a mitotic check point. The structure of the Golgi complex is highly dynamic and able to respond to the amount of cargo being transported and the stage of the cell cycle. The Golgi proteome reflects the functions and structure of this organelle, and can be divided into three major groups: the Golgi resident proteins (e.g. modification enzymes), the Golgi matrix proteins (involved in structure and tethering events), and trafficking proteins (e.g. vesicle coat proteins and Rabs). The Golgi proteome has been studied on several occasions, from both rat liver and mammary gland Golgi membranes using proteomic approaches, but still little more than half of the estimated Golgi proteome is known. Nevertheless, methodological improvements and introduction of shotgun proteomics have increased the number of identified proteins, and especially the number of identified transmembrane proteins. Cartilage, even though not a typical tissue in which to study membrane traffic, secretes large amounts of extracellular matrix proteins that are extensively modified, especially by amino acid hydroxylation, glycosylation and sulfation. Furthermore, the cartilage ECM contains several, large oligomeric proteins (such as collagen II) that are difficult to assemble and transport. Indeed, cartilage has been shown to be susceptible to changes both in secretory pathway (e.g. the COPII coat assembly) and in post-translational modifications (e.g. heparan sulfate formation). Dental follicle, and the periodontal ligament (PDL) that it forms, are another type of connective tissue, and they have a role in anchoring teeth to bone. This anchorage is achieved by numerous matrix fibres that connect the bone matrix with the cementum. These tissues have in common the secretion of large matrix molecules. In this study the Golgi proteome was analysed from purified, stacked Golgi membranes isolated from rat liver. The identified, extensive proteome included a protein similar to Ab2-095, or Golgi protein 49kDa (GoPro49), which was shown to localise to the Golgi complex as an EGFP fusion protein. Surprisingly, in situ hybridisation showed the GoPro49 expression to be highly restricted to different mesenchymal tissues, especially in cartilage, and this expression pattern was clearly developmentally regulated. In addition to cartilage, GoPro49 was also expressed in the dental follicle, but was not observed in the mature PDL. Importantly, GoPro49 is the first specific marker for the dental follicle. Endogenous GoPro49 protein co-localised with β-COP in both chondrosarcoma and primary dental follicle cell lines. The COPI staining in these cells was highly dynamic, showing a number of tubules. This may reflect the type of secretory cargo they secrete. Currently GoPro49 is the only Golgi protein with such a restricted expression pattern.

Transcriptome and glycome profiling of human hematopoietic CD133+ and CD34+ cells

New blood cells are continuously provided by self-renewing multipotent hematopoietic stem cells (HSC). The capacity of HSCs to regenerate the hematopoietic system is utilized in the treatment of patients with hematological malignancies. HSCs can be enriched using an antibody-based recognition of CD34 or CD133 glycoproteins on the cell surface. The CD133+ and CD34+ cells may have partly different roles in hematopoiesis. Furthermore, each cell has a glycome typical for that cell type. Knowledge of HSC glycobiology can be used to design therapeutic cells with improved cell proliferation or homing properties. The present studies characterize the global gene expression profile of human cord blood-derived CD133+ and CD34+ cells, and demonstrate the differences between CD133+ and CD34+ cell populations that may have an impact in transplantation when CD133+ and CD34+ selected cells are used. In addition, these studies unravel the glycome profile of primitive hematopoietic cells and reveal the transcriptional regulation of N-glycan biosynthesis in CD133+ and CD34+ cells. The gene expression profile of CD133+ cells represents 690 differentially expressed transcripts between CD133+ cells and CD133- cells. CD34+ cells have 620 transcripts differentially expressed when compared to CD34- cells. The integrated CD133+/CD34+ cell gene expression profiles proffer novel transcripts to specify HSCs. Furthermore, the differences between the gene expression profiles of CD133+ and CD34+ cells indicate differences in the transcriptional regulation of CD133+ and CD34+ cells. CD133+ cells express a lower number of hematopoietic lineage differentiation marker genes than CD34+ cells. The expression profiles suggest a more primitive nature of CD133+ cells. Moreover, CD133+ cells have characteristic glycome that differ from the glycome of CD133- cells. High mannose-type and biantennary complex-type N-glycans are enriched in CD133+ cells. N-glycosylation-related gene expression pattern of CD133+ cells identify the key genes regulating the CD133+ cell-specific glycosylation including the overexpression of MGAT2 and underexpression of MGAT4. The putative role of MAN1C1 in the increase of unprocessed high mannose-type N-glycans in CD133+ cells is also discussed. These studies provide new information on the characteristics of HSCs. Improved understanding of HSC biology can be used to design therapeutic cells with improved cell proliferation and homing properties. As a result, HSC engineering could further their clinical use.