Łatwo byłoby zgadnąć, że Garfield jest kocurem, nawet jeśli nie znało się jego imienia — albo nie chciało się zaglądać pod jego ogon. Większość rudych kotów to chłopcy, dziwactwo genetyki kotów, które wyjaśnia również, dlaczego prawie wszystkie koty calico i szylkretowe to dziewczynki.
Naukowcy ciekawi tych różnic płciowych — a może po prostu miłośnicy kotów — spędzili ponad 60 lat bezskutecznie poszukując genu, który powoduje rude futro i uderzającą mozaikę kolorów u kotów calico i szylkretów. Teraz dwa zespoły niezależnie od siebie znalazły długo oczekiwaną mutację i odkryły białko, które wpływa na kolor sierści w sposób, jakiego nigdy wcześniej nie widziano u żadnego zwierzęcia.
„Jestem całkowicie przekonana, że to gen i jestem szczęśliwa” – mówi Carolyn Brown, genetyczka z University of British Columbia, która nie brała udziału w żadnym z badań. „To pytanie, na które zawsze chciałam poznać odpowiedź”.
Naukowcy od dawna fascynują się kotami szylkretowymi i calico: potomstwem czarnego kota i rudego kota. Wielobarwne koty z takiego skrzyżowania są prawie zawsze samicami, co sugeruje, że wariant genu, który sprawia, że futro jest rude lub czarne, znajduje się na chromosomie X. Męskie potomstwo z takiego skrzyżowania jest zazwyczaj jednokolorowe, ponieważ dziedziczy chromosom X tylko jednego rodzica: Możemy na przykład zgadnąć, że matka Garfielda jest pomarańczowa, ponieważ odziedziczył po niej swój jedyny chromosom X.
Ale kotki dziedziczą chromosom X od każdego rodzica. Komórki zazwyczaj nie potrzebują obu, więc podczas rozwoju embrionalnego każda komórka losowo wybiera jeden chromosom X, z którego wyraża geny. Drugi chromosom zwija się w niemal bezwładną kulkę — zjawisko to nazywa się inaktywacją chromosomu X. W rezultacie koty szylkretowe kończą z oddzielnymi plamami czarnego i pomarańczowego futra, w zależności od tego, który chromosom został inaktywowany w danej części ich skóry. Koty kaliko dodają do mieszanki białe futro, ponieważ mają drugi, niezwiązany z tym mechanizm genetyczny, który wyłącza produkcję pigmentu w niektórych komórkach.
U większości ssaków, w tym u ludzi, rude włosy są spowodowane mutacjami w jednym białku powierzchniowym komórki, Mc1r, które decyduje, czy komórki skóry zwane melanocytami wytwarzają ciemny pigment, czy jaśniejszy czerwono-żółty pigment w skórze lub włosach. Mutacje, które sprawiają, że Mc1r jest mniej aktywny, powodują, że melanocyty „zatrzymują się” produkując jasny pigment.
Ale gen kodujący Mc1r nie wydawał się wyjaśniać, skąd pochodzi pomarańczowe futro kotów. Nie znajduje się on na chromosomie X u kotów ani u żadnego innego gatunku — a większość rudych kotów nie ma mutacji Mc1r . „To była genetyczna zagadka, zagadka” — mówi Greg Barsh, genetyk ze Stanford University.
Aby to rozwiązać, zespół Barsha zebrał próbki skóry czterech rudych i czterech nie rudych płodów kotów z klinik sterylizacji i kastracji. Jako przybliżoną metodę określenia, w jaki sposób poszczególne komórki skóry wyrażają geny, naukowcy zmierzyli ilość RNA, jaką wytwarzał każdy melanocyt, i ustalili kodowany przez niego gen. Odkryli, że melanocyty rudych kotów wytwarzały 13 razy więcej RNA z genu o nazwie Arhgap36 . Gen ten znajduje się na chromosomie X, co skłoniło zespół do myślenia, że mają klucz do pomarańczowego koloru.
Ale kiedy naukowcy przyjrzeli się sekwencji genetycznej Arhgap36 u rudych kotów, nie znaleźli żadnych mutacji w DNA, które koduje białko Arhgap36. Zamiast tego odkryli, że rudym kotom brakowało pobliskiego odcinka DNA, który nie wpływał na składniki aminokwasowe białka, ale mógł być zaangażowany w regulację ilości produkowanego przez komórkę białka. Skanując bazę danych 188 genomów kotów, zespół Barsha odkrył, że każdy rudy, calico i szylkretowy kot miał dokładnie tę samą mutację . Grupa informuje o odkryciu w tym miesiącu na serwerze preprintów bioRxiv.
Odrębne badanie, również opublikowane w tym miesiącu na bioRxiv, potwierdza te odkrycia . Podobne eksperymenty przeprowadzone przez biologa rozwojowego Hiroyuki Sasaki z Uniwersytetu Kyushu i jego współpracowników wykazały tę samą delecję genetyczną u 24 dzikich i domowych kotów z Japonii, a także wśród 258 genomów kotów zebranych z całego świata. Odkryli również, że skóra kotów calico miała więcej RNA Arghap36 w rudych regionach niż w brązowych lub czarnych regionach. Ponadto geny Arhgap36 u myszy, kotów i ludzi nabywają chemiczne modyfikacje, które wyciszają je na jednym z dwóch chromosomów X u samic, co udokumentował zespół Sasakiego, sugerując, że gen podlega inaktywacji X.
Gdy Barsh i Sasaki dowiedzieli się, że ich zespoły odkryły tę samą mutację, postanowili opublikować swoje preprinty w tym samym czasie. (Ponieważ są to preprinty, żadne z badań nie zostało zrecenzowane). Obie grupy odkryły ponadto, że zwiększenie ilości Arhgap36 w melanocytach aktywuje szlak molekularny, który przełącza komórki na produkcję jasnoczerwonego pigmentu, niezależnie od tego, czy MC1r jest aktywny.
Nikt wcześniej nie wiedział, że Arhgap36 może wpływać na kolor skóry lub włosów — jest zaangażowany w wiele aspektów rozwoju embrionalnego, a poważne mutacje, które wpływają na jego funkcję w całym ciele, prawdopodobnie zabiłyby zwierzę, mówi Barsh. Ale ponieważ mutacja delecji wydaje się wpływać tylko na funkcję Arhgap36 w melanocytach, koty z mutacją są nie tylko zdrowe, ale także urocze.
Wzór inaktywacji Arhgap36 u calico i szylkretowych kotów jest typowy dla genu na chromosomie X, mówi Brown, ale niezwykłe jest, aby mutacja delecyjna powodowała, że gen jest bardziej aktywny, a nie mniej. „Prawdopodobnie jest coś wyjątkowego w kotach”.
Eksperci są zachwyceni tymi dwoma badaniami. „To długo oczekiwany gen” — mówi Leslie Lyons, genetyk kotów z University of Missouri. Odkrycie nowej ścieżki molekularnej dla koloru włosów było nieoczekiwane, mówi, ale nie jest zaskoczona, jak złożone wydają się być interakcje. „Żaden gen nigdy nie jest niezależny”.
Lyons chciałaby wiedzieć, gdzie i kiedy mutacja pojawiła się po raz pierwszy: Istnieją pewne dowody, mówi, że niektóre zmumifikowane koty egipskie były pomarańczowe. Badania nad kolorem kotów ujawniły wszelkiego rodzaju zjawiska, mówi, w tym to, jak środowisko wpływa na ekspresję genów. „Wszystkiego, co musisz wiedzieć o genetyce, możesz nauczyć się od swojego kota”.
