Ученые отследили мутацию, которая делает кошек рыжими

Фото из открытых источников

Ученые подтвердили, что в рыжеватых домашних кошках есть что-то уникальное. В новом исследовании исследователи из Стэнфордского медицинского центра обнаружили давно известную, но неуловимую генетическую мутацию, которая делает рыжих кошек рыжими, и, похоже, она не встречается ни у одного другого млекопитающего.

По словам исследователей, это открытие расширяет наше понимание того, как незначительные генетические изменения приводят к появлению новых признаков.

Многие млекопитающие имеют оттенки оранжевого цвета — например, тигры, золотистые ретриверы, орангутаны и рыжие люди — но только у домашних кошек оранжевая окраска связана с полом и гораздо чаще встречается у самцов.

«У ряда видов, имеющих желтый или оранжевый пигмент, эти мутации почти всегда происходят в одном из двух генов, и ни один из этих генов не сцеплен с полом», — сказал Кристофер Кейлин, ведущий автор исследования, которое будет опубликовано в онлайн-издании Current Biology.

Хотя ученые и выявили типичные мутации, которые заставляют пигментные клетки кожи вырабатывать желтый или оранжевый пигмент вместо стандартного коричневого или черного, у них было лишь приблизительное представление о том, где можно найти соответствующую мутацию у кошек.

Они знали по преобладанию самцов рыжего окраса, что мутация, названная сцепленным с полом рыжим, находится где-то на Х-хромосоме. (Как и у большинства млекопитающих, у самок половые хромосомы XX, а у самцов — XY.) Любой самец с сцепленным с полом рыжим окрасом будет полностью рыжим, но самке нужно унаследовать сцепленный с полом рыжий окрас на обеих Х-хромосомах, чтобы быть полностью рыжей, что менее вероятно.

Кошки-самки с одной копией сцепленного с полом оранжевого цвета выглядят частично оранжевыми — с пятнистым рисунком, известным как черепаховый, или с пятнами оранжевого, черного и белого, известными как калико. Это происходит из-за генетического явления у самок, называемого случайной инактивацией X, при котором одна X-хромосома инактивируется в каждой клетке. Результатом является мозаика пигментных клеток, некоторые из которых выражают сцепленный с полом оранжевый цвет, а другие — нет.

С начала 20-го века ученые использовали большое разнообразие окрасов и узоров кошек для изучения генетики, однако молекулярная идентичность специфической оранжевой мутации оставалась неясной.

«Это генетическое исключение, которое было замечено более ста лет назад», — сказал Кейлин. «Это действительно сравнительная генетическая головоломка, которая мотивировала наш интерес к сцепленному с полом оранжевому цвету».

Опираясь на предыдущее исследование, в ходе которого удалось сузить область Х-хромосомы, содержащую мутацию, Кейлин и его коллеги сосредоточились на оранжевом цвете, сцепленном с полом, используя пошаговый процесс.

«Наша возможность сделать это стала возможной благодаря развитию геномных ресурсов для кошек, которые стали доступны всего за последние пять или 10 лет», — сказал он. Это включает в себя полные секвенированные геномы широкого спектра кошек. Исследователи также собрали образцы ДНК у кошек в клиниках стерилизации и кастрации.

Сначала они искали варианты на Х-хромосоме, общие для самцов рыжих кошек, и нашли 51 кандидата. Они исключили 48 из них, поскольку они также были обнаружены у некоторых нерыжих кошек. Из трех оставшихся вариантов один выделялся как, вероятно, играющий роль в регуляции генов: это была небольшая делеция, которая увеличила активность соседнего гена, известного как Arhgap36.

«В то время, когда мы его обнаружили, ген Arhgap36 не имел никакой связи с пигментацией», — сказал Кейлин.

Ген, который высококонсервативен у видов млекопитающих, изучался исследователями в области онкологии и биологии развития. Arhgap36 обычно экспрессируется в нейроэндокринных тканях, где сверхэкспрессия может привести к опухолям. Не было известно, что он что-либо делает в пигментных клетках.

За исключением кошек тыквенного цвета, как обнаружили Кейлин и его коллеги.

«Arghap36 не экспрессируется в мышиных пигментных клетках, в человеческих пигментных клетках или в кошачьих пигментных клетках у нерыжих кошек», — сказал Кейлин. «Мутация у рыжих кошек, по-видимому, включает экспрессию Arghap36 в типе клеток, пигментных клетках, где он обычно не экспрессируется».

Эта неконтролируемая экспрессия в пигментных клетках подавляет промежуточный этап хорошо известного молекулярного пути, который контролирует цвет шерсти — того же самого, который действует у других млекопитающих с оранжевым оттенком. У этих видов типичные оранжевые мутации нарушают более ранний этап этого пути; у кошек сцепленный с полом оранжевый нарушает более поздний этап.

«Безусловно, это очень необычный механизм, при котором происходит неправильная экспрессия гена в определенном типе клеток», — сказал Кейлин.

Эти усилия по изучению того, как домашние кошки приобрели различные цвета и узоры, являются отправной точкой для понимания возникновения других физических черт, от пятен гепарда до обтекаемых тел дельфинов. Сцепленный с полом оранжевый — это новый пример того, как эволюция происходит на молекулярном уровне.

«Мы считаем, что это пример того, как гены приобретают новые функции, позволяющие адаптироваться», — сказал Кейлин, который также изучал окраску и узоры у собак, гепардов, тигров, медведей, зебр и хомяков.

В случае с оранжевыми кошками «адаптация» могла быть просто нашей прихотью. Столетия назад редкие оранжевые, ситцевые или черепаховые кошки могли привлечь внимание людей, которые поощряли их распространение. Оранжевые кошки сейчас широко распространены по всему миру.

«Это то, что возникло у домашней кошки, вероятно, на ранних этапах процесса одомашнивания», — сказал Кейлин. «Мы знаем это, потому что есть картины, датируемые 12 веком, на которых можно увидеть четкие изображения трехцветных кошек. Так что мутация довольно старая».

Помимо мармеладной шерсти, может ли сцепленный с полом оранжевый окрас отвечать за другие качества у рыжих кошек? «Основываясь на наших наблюдениях, мы ожидаем, что это очень специфично для пигментных клеток», — сказал Кейлин.

Для проверки исследователи также измерили экспрессию Arhgap36 в нескольких тканях, не относящихся к коже — почках, сердце, мозге и надпочечниках — и не обнаружили никаких различий между рыжими и не рыжими кошками.

«Я не думаю, что мы можем исключить возможность того, что в какой-то ткани, которую мы не тестировали, есть измененная экспрессия гена, которая может влиять на поведение», — признал Кейлин. Но он считает, что репутация рыжих кошек как дружелюбных агентов хаоса более вероятна из-за того, что большинство из них — самцы.

«Существует не так много научных исследований личности рыжих кошек», — добавил он.