От Тамы, самой известной в Японии кошки, до рыжего Гарфилда, обожающего лазанью, — кошки с оранжевой шерстью являются как культурными символами, так и любимыми домашними животными. Но их отличительный окрас имеет генетическую особенность: большинство оранжевых табби (полосатых кошек) — самцы, в то время как трехцветные и черепаховые почти всегда самки. Эта закономерность указывает на неизвестный «оранжевый ген» в Х-хромосоме, но его определение ускользало от ученых на протяжении десятилетий.
Теперь ученые из Университета Кюсю (Япония) обнаружили Х-сцепленную мутацию, которая лежит в основе оранжевой шерсти у домашних кошек. Эта делеционная мутация — тип мутации, при котором отсутствует участок ДНК, — не только объясняет особенность генетики рыжих, но и раскрывает совершенно новый механизм развития оранжевого окраса у животных. Полученные результаты подтверждены вторым независимым исследованием ученых из Стэнфордского университета (США), обе работы одновременно опубликованы в журнале Current Biology.
«Идентификация гена была давней мечтой, поэтому очень приятно, что мы наконец-то его нашли», — говорит профессор Хироюки Сасаки, ведущий автор исследования, самопровозглашенный любитель кошек и генетик из Университета Кюсю.
Уже более века ученые подозревают, что оранжевый ген расположен на Х-хромосоме. Самцы кошек, имеющие только одну Х-хромосому, будут иметь оранжевую шерсть, если унаследуют оранжевый ген. Самкам, имеющим две Х-хромосомы, требуется две копии гена, чтобы быть полностью оранжевыми, что делает их менее распространенными. Если самки наследуют один оранжевый и один черный ген, у них формируется пестрая или пятнистая шерсть, которая наблюдается у трехцветных и черепаховых кошек.
«Рыжие и черные пятна образуются потому, что на ранних этапах развития одна Х-хромосома в каждой клетке случайным образом выключается», — объясняет Сасаки. «По мере деления клеток образуются участки с разными активными генами цвета шерсти, что приводит к появлению отчетливых пятен. Эффект настолько нагляден, что стал хрестоматийным примером инактивации Х-хромосомы, хотя ответственный за это ген был неизвестен».
Команда проанализировала ДНК 18 кошек — 10 с оранжевым мехом и 8 без него — и обнаружила, что все оранжевые кошки имели специфическую делецию в гене ARHGAP36, а не оранжевые — нет. Эта закономерность сохранилась еще у 49 кошек, включая образцы из международной базы данных геномов кошек. Кроме того, у мышей, кошек и людей ген ARHGAP36 химически помечен для глушения во время инактивации Х-хромосомы, что полностью согласуется с давней гипотезой.
При более детальном рассмотрении мутации Сасаки обнаружил, что делеция находится в некодирующей области ARHGAP36, поэтому сам белок остается неизменным. «Это очень важно», — объясняет он. «ARHGAP36 необходим для развития и играет множество других ролей в организме, поэтому я никогда не думал, что это может быть оранжевый ген. Мутации в структуре белка, скорее всего, были бы вредны для кошки».
Команда Сасаки предположила, что мутация изменяет активность гена. С помощью местных ветеринаров были исследованы ткани кожи четырех трехцветных кошек. Оказалось, что ARHGAP36 был гораздо активнее в меланоцитах — клетках, вырабатывающих пигмент, которые находятся в коже, — в тканях, взятых из оранжевых пятен, по сравнению с тканями из черных или белых пятен. «Это говорит о том, что при наличии этот участок ДНК обычно подавляет активность ARHGAP36», — говорит Сасаки. «Когда он отсутствует, ARHGAP36 остается активным».
Дальнейший анализ показал, что высокая активность ARHGAP36 связана со снижением активности многих генов, участвующих в меланогенезе — процессе, в результате которого образуется пигмент в коже и волосах. По мнению команды, этот сдвиг, благодаря еще не известному механизму, может направлять производство пигмента от темного эумеланина к более светлому феомеланину, создавая оранжевый мех.
Поскольку ARHGAP36 активен во многих областях организма, в том числе в мозге и гормональных железах, возможно, что оранжевый вариант может вызывать сдвиги в активности генов в других местах, влияя не только на цвет шерсти. «Например, многие владельцы кошек клянутся, что разные цвета и узоры шерсти связаны с разными характерами», — смеется Сасаки. «Научных доказательств этому пока нет, но это интригующая идея, которую я бы с удовольствием исследовал».
У Сасаки есть и другие большие планы, в том числе использование культур кошачьих клеток для расшифровки молекулярной функции ARHGAP36. Поскольку этот ген существует и у людей и связан с такими заболеваниями, как рак кожи и выпадение волос, полученные результаты могут иметь неожиданное медицинское значение.
Его также интересует происхождение оранжевого гена, например, где и когда произошла мутация. «Одна из идей — изучить древнеегипетские рисунки кошек или даже исследовать ДНК мумифицированных кошек, чтобы узнать, были ли в те времена кошки оранжевого цвета», — говорит он. «Это амбициозно, но я очень хочу попробовать».
