Кошки, гены и эволюция - Павел Михайлович Бородин

золотые, белые и снежные тигры

Мутации в гене Широкой полосы описаны не только у сибиряков и британцев, но еще у тигра и мыши. Писать о сходстве кошки и мыши нам не хочется, зато сходство кошки и тигра выглядит более привлекательным. Тигры бывают не только оранжевыми в черную полоску, но еще и золотыми (привет домашним кошкам!), белыми в черную полоску и белыми в белую полоску (их еще называют снежно-белыми).

Золотые тигры – это светло-оранжевые тигры в темно-оранжевую полоску. Они стали такими благодаря рецессивной мутации wb в уже знакомом нам гене Широкой полосы73. У таких тигров в позиции 587 гистидин заменен тирозином. Мутантный белок так же, как у сибирских и британских кошек, становится никудышным киллером, что продлевает жизнь белку Агути и увеличивает количество феомеланина в окраске.

Белые тигры с черными полосками возникли благодаря рецессивной мутации w в гене SLC45A2 (член 2 семейства 45 растворенных переносчиков – что бы это ни значило). В догеномную эру ген SLC45A2 назвали White[34], а его нормальный аллель – W. Белок SLC45A2 пронизывает мембрану меланосом и формирует канал, по которому различные вещества перемещаются в меланосомы и из них. Среди этих веществ есть и ионы водорода, так что можно сказать, что белок SLC45A2 регулирует pH в меланосомах.

У белых тигров одна аминокислота в белке SLC45A2 заменена другой аминокислотой (мутация w), что привело к искривлению канала, по которому вещества стали перемещаться с некоторой задержкой. Скорее всего, подобная задержка приводит к изменению pH в меланосомах. Вероятно, ферменты, участвующие в синтезе феомеланина (но не эумеланина), более чувствительны к такому изменению, что приводит к остановке синтеза феомеланина и окрашиванию тигровой шубы в белый цвет.

Белые тигры очень редко встречаются в природе, но зато их относительно много в неволе. Почти все эти тигры – потомки одного-единственного белого бенгальского тигра по кличке Мохан (англ. Mohan), пойманного в 1951 году в Индии.

Итак, теперь вы знаете, что у обычных рыжих тигров в черную полоску генотип W/_ Wb/_, у золотых тигров генотип W/_ wb/wb, а белые тигры – это w/w Wb/_. Кто же такие снежно-белые тигры в белую полоску? Это двойные рецессивные гомозиготы w/w wb/wb73. У таких тигров мутация w останавливает синтез феомеланина, а мутация wb подавляет синтез эумеланина. В результате тигры получаются почти полностью белыми.

Рыжие счастливчики

Все описанные выше оттенки рыжего – золотые, солнечные, очень солнечные, сердоликовые, медные и т. д. – недавно возникшая экзотика, которая продается за дурные деньги. Что же наши родные наглые рыжие морды, которых полно в каждой подворотне?

Они живут рядом с нами не одну сотню лет, но до недавнего времени генетики не понимали, отчего они рыжие. Мы знали, что есть некий ген под кодовым именем Оранж (от англ. Orange – “красный”, или “рыжий”), что он располагается на Х-хромосоме и что его мутантная версия (доминантный аллель О) окрашивает котов полностью, а кошек – когда полностью, а когда и лоскутками в рыжий цвет (вкл., илл. 9). Однако что именно делает этот ген и почему его мутация приводит к рыжей окраске, мы не знали до ноября 2024 года, когда с разницей в один день в открытом доступе появились сразу две статьи от двух разных групп исследователей, открывших генетические причины кошачьей рыжести. Чуть позже эти две работы опубликовал в одном и том же номере престижный журнал “Современная биология” (англ. Current biology)74, 75.

Оказалось, что загадочный ген Оранж – это ARHGAP36[35]. У рыжих и черепаховых кошек из Х-хромосомы пропал целый кусок ДНК недалеко от гена Оранж. Из-за этого граничащие с ним районы оказались рядом друг с другом, хотя в норме они рядом быть не должны. Есть две гипотезы, к чему это могло привести. Либо у гена Оранж возник новый энхансер, либо утерянный кусок был его репрессором. В результате активность гена Оранж повысилась в 13 раз (!) в меланоцитах, и только там.

Как мы писали в предыдущей главе, весь процесс синтеза пигмента – это каскад, где один белок активирует следующий, и так по цепочке сигнал доходит до меланосом, где запускается синтез эу– или феомеланина. У обычных кошек о/о в меланоцитах белка Оранж почти нет, а то небольшое количество, что есть, занимается разрушением киназы А. Так как белка Оранж в меланоцитах мало, полностью он киназу А разрушить не может, поэтому сигналы от Экстеншн до меланосом все равно доходят и эумеланин все равно синтезируется (рис. 3–7).

При увеличении количества белка Оранж в 13 раз шансов на то, что черный пигмент будет синтезироваться, почти не остается. Оранж начисто уничтожает свою мишень, на чем каскад поворачивается в сторону синтеза феомеланина, и кошки становятся ослепительно рыжими.

Откуда же берутся полосы на рыжем окрасе? Вы уже знаете, что разницу между светлыми и темными полосами создает пара белков – EDN3 и EDNRB. Лиганд EDN3 связывается с рецептором EDNRB, и через белки-почтальоны они сигнализируют меланосоме, что ей нужно синтезировать эумеланин. Среди этих белков-почтальонов нет киназы А, которую разрушает Оранж, поэтому сигналы от EDN3 – EDNRB даже у рыжих кошек О/_ доходят до меланосом. Однако у кошек О/_ синтезируемый эумеланин перекрывается большим количеством феомеланина, поэтому, хотя у таких кошек светлые и темные полосы хорошо различимы, их цвет становится рыжим.

Рис. 3–7. У нерыжей кошки (о/о) сигналы от Экстеншна через киназу А доходят до ядра, и запускается синтез эумеланина. У рыжей кошки (О/_) большое количество белка Оранж разрушает киназу А, и запускается синтез феомеланина.

Итак, теперь вы все знаете про рыжих кошек и котов. Откуда берутся черепаховые кошки, вы узнаете в главе 8. Нам осталось разобрать последний аспект котовой рыжести. Их необыкновенную удачу.

Как мы писали, в норме белка Оранж в меланоцитах очень мало. Это оттого, что его основное место работы находится не в меланоцитах, а в эндокринных органах, таких как надпочечники, гипоталамус и гипофиз. Пока не совсем ясно, чем он там занимается, но повышенная активность Оранжа в этих органах у человека может приводить к раку и прочим неприятностям. Как видите, кошкам сильно повезло, что аллель О наградила их только рыжим мехом, никак не затронув здоровье.

Шоколадные и коричные коты

От золотых и рыжих котов давайте плавно перейдем к шоколадным и коричным. Они такие красивые потому, что у них черного пигмента эумеланина синтезируется меньше положенного. Их меланосомы не могут “дозреть”, то есть полностью заполниться эумеланином, и в таком немного пустоватом виде они поступают в кератиноциты, разводя черный цвет до шоколадного (вкл., илл. 13, 23).

Это происходит из-за дефекта