Загадка рыжих котов: японцы идентифицировали ген на Х-хромосоме

Рыжие кошки, от знаменитой японской кошки-станционного смотрителя Тамы до обожающего лазанью Гарфилда, являются не только культурными символами, но и любимыми домашними питомцами.

Однако их характерный окрас связан с генетической особенностью: большинство рыжих кошек – самцы, в то время как трехцветные («калико») и черепаховые кошки почти всегда самки.

Эта закономерность указывает на неизвестный «ген рыжего окраса» на Х-хромосоме, но его идентификация десятилетиями ускользала от ученых.

Недавно исследователи из Университета Кюсю в Японии обнаружили сцепленную с Х-хромосомой мутацию, ответственную за рыжий окрас у домашних кошек.

Эта делеционная мутация, при которой отсутствует участок ДНК, не только объясняет особенность генетики рыжих кошек, но и раскрывает совершенно новый механизм формирования рыжего окраса у животных.

Полученные результаты подтверждены вторым независимым исследованием ученых из Стэнфордского университета в США, причем обе работы одновременно опубликованы в журнале Current Biology.

Профессор Хироюки Сасаки, ведущий автор исследования, самопровозглашенный любитель кошек и генетик из Медицинского института биорегуляции и Института передовых исследований Университета Кюсю, говорит, что идентификация этого гена была давней мечтой, поэтому он испытывает радость от того, что им наконец удалось это сделать.

Более ста лет ученые подозревали, что ген рыжего окраса расположен на Х-хромосоме.

Коты-самцы, имеющие только одну Х-хромосому, будут рыжими, если унаследуют ген рыжего окраса.

Самкам, обладающим двумя Х-хромосомами, для полностью рыжего окраса необходимы две копии этого гена, что делает их менее распространенными.

Если самки наследуют один ген рыжего и один ген черного окраса, у них развивается пятнистый или пестрый окрас, наблюдаемый у трехцветных и черепаховых кошек.

Сасаки объясняет, что эти рыжие и черные пятна образуются потому, что на ранних стадиях развития одна Х-хромосома в каждой клетке случайным образом отключается.

По мере деления клеток это создает участки с различными активными генами цвета шерсти, что приводит к появлению четких пятен.

Эффект настолько нагляден, что стал хрестоматийным примером инактивации Х-хромосомы, даже несмотря на то, что ответственный ген был неизвестен.

Вооружившись финансированием, полученным в результате успешной краудфандинговой кампании, Сасаки приступил к поиску неуловимого гена.

Его команда проанализировала ДНК 18 кошек — 10 с рыжей шерстью и 8 без нее — и обнаружила, что все рыжие кошки имели специфическую делецию в гене ARHGAP36, в то время как у нерыжих кошек ее не было.

Эта закономерность подтвердилась и у 49 других кошек, включая образцы из международной базы данных геномов кошек.

Они также обнаружили, что у мышей, кошек и людей ген ARHGAP36 химически помечен для подавления во время инактивации Х-хромосомы, что идеально согласуется с давней гипотезой.

Сасаки говорит, что это было настолько убедительным доказательством, что даже на этом этапе они были уверены, что ген ARHGAP36 и есть тот самый «ген рыжего окраса».

При более внимательном изучении мутации Сасаки обнаружил, что делеция находится в некодирующей области гена ARHGAP36, поэтому сам белок остается неизменным.

Он поясняет, что это ключевой момент.

Ген ARHGAP36 важен для развития и выполняет множество других функций в организме, поэтому он никогда не предполагал, что это может быть ген рыжего окраса.

Мутации в структуре белка, скорее всего, были бы вредны для кошки.

Вместо этого команда Сасаки предположила, что мутация изменяет активность гена.

С помощью местных ветеринаров они исследовали образцы кожи четырех трехцветных кошек и обнаружили, что ген ARHGAP36 был гораздо активнее в меланоцитах — клетках кожи, производящих пигмент, — в тканях, взятых из рыжих участков, по сравнению с тканями из черных или белых участков.

Сасаки предполагает, что при наличии этого участка ДНК он обычно подавляет активность ARHGAP36.

Когда же этот участок отсутствует, ARHGAP36 остается активным.

Дальнейший анализ показал, что высокая активность ARHGAP36 связана со снижением активности многих генов, участвующих в меланогенезе — процессе производства пигмента в коже и шерсти.

Команда полагает, что посредством пока неизвестного механизма это смещение может направлять производство пигмента от темного эумеланина к более светлому феомеланину, создавая рыжий окрас.

Поскольку ген ARHGAP36 активен во многих частях тела, включая области мозга и гормональные железы, возможно, что рыжий вариант этого гена может вызывать изменения в активности генов и в других местах, влияя не только на цвет шерсти.

Сасаки со смехом замечает, что, например, многие владельцы кошек убеждены, что разные окрасы и узоры шерсти связаны с разными характерами.

Научных доказательств этому пока нет, но это интригующая идея, которую он хотел бы изучить подробнее.

У Сасаки есть и другие большие планы, включая использование культур клеток кошек для расшифровки молекулярной функции ARHGAP36.

Поскольку этот ген существует и у людей и связан с такими состояниями, как рак кожи и выпадение волос, полученные результаты могут иметь неожиданное медицинское значение.

Его также интересует происхождение гена рыжего окраса, например, где и когда произошла мутация.

Он говорит, что одна из идей — изучить древнеегипетские изображения кошек или даже проанализировать ДНК мумифицированных кошек, чтобы выяснить, были ли среди них рыжие.

Это амбициозно, но он с нетерпением ждет возможности попробовать.