Кошки, гены и эволюция - Павел Михайлович Бородин

произошла в одном из энхансеров: ZRS (эта аббревиатура расшифровывается как Zone of polarizing activity Regulatory Sequence – “регуляторная последовательность зоны поляризующей активности”). В позиции 479 (ZRS длиной около 800 нуклеотидов) аденин заменился на гуанин. Эту мутацию (уже по традиции) назвали Hw в честь знаменитого владельца Белоснежки (Хемингуэй по-английски – Hemingway).

ZRS влияет только на ту части лапки, где формируются четыре пальца от мизинца до указательного (если можно применять подобную терминологию к пальцам кошки) (рис. 5–1). Большой палец образуется благодаря работе других генов. Мутация Hw включает ген Соник в области большого пальца, где в норме никакого белка Соник быть не должно. В итоге в этом месте часть клеток формирует нормальный большой палец, а другая часть (где под действием мутантного ZRS включается Соник) начинает думать, что они – мизинец (или безымянный, или какой-либо другой палец, кроме большого), и вырастают в шестой палец.

Рис. 5–1. Энхансер ZRS включает ген Соник в той части зародышевой конечности, из которой формируются четыре пальца, за исключением большого. При мутации ZRS Соник включается и в области большого пальца, провоцируя там формирование лишних пальцев.

Мутация Hw – полудоминантная. У большинства гетерозигот Hw/hw лишние пальцы будут присутствовать, а у некоторых – нет, но при этом такие кошки могут иметь котят-полидактов. Степень полидактилии, по-видимому, не отличается у гетеро– и гомозигот.

Кошки с крабовой клешней

Синдактилия (гиподактилия), или раздвоение стопы, является противоположностью полидактилии. Вместо дополнительных пальцев на передних лапах кошки (редко на задних) два и больше пальцев срастаются друг с другом.

В 1953 году замечательный английский генетик Тони Серл (чуть подробнее мы вам о нем расскажем в главе 10 про котов города Лондона и генетику популяций) описал такую кошку в своей статье “Наследственное расщепление руки у домашней кошки”113: “У домашней кошки обнаружена деформация скелета передних конечностей, которая, по-видимому, гомологична типу эктродактилии у человека, известному как «раздвоенная рука и раздвоенная нога», или «клешня краба»”.

Эту примечательную кошку собирались отдать для исследований ученым-физиологам. Как сказал бы почтальон Печкин – “в поликлинику сдать, для опытов”. Однако находка Тони Серла спасла кошку. Ей сделали рентген и обнаружили “центральную расщелину в каждой кисти с редукцией центрального луча” и отдали генетикам.

В результате в пяти браках с тремя нормальнолапыми котами она произвела 26 котят. Из них семеро имели клешнеобразные передние лапки, но задние лапки – совершенно нормальные. Из этого следовало, что аномалия наследуется как доминантный признак, но проявляется этот признак не у всех мутантных гетерозигот. Котята не сильно страдали от этой аномалии. Они даже использовали свои клешни, чтобы держать игрушки и мелкие предметы.

Детали генетического контроля этой аномалии у кошек до сих пор остаются неизвестными. Однако очень сходную и, скорее всего, гомологичную мутацию у человека и мыши исследовали очень подробно114. Впервые обнаружили мутацию в большой китайской семье. Там тоже наблюдалось слияние четвертой и пятой пястных костей. Оказалось, что мутация наследуется по доминантному типу и обусловлена изменением в гене HOXD13. Чтобы выяснить механизм, вызывающий аномалию развития конечностей, ученые удалили этот ген у мышей. У гетерозигот по такой делеции обнаружили синдактилию, а у гомозигот – напротив, полидактилию. Все эти проблемы возникли оттого, что уже известный нам ген Соник и еще пара важных для развития генов работали не там, где надо. Нарушилась их согласованная работа в развивающейся конечности, они стали путать ее верх и низ: мизинцевую и большепальцевую стороны. Кроме того, в растущей конечности гибло меньше клеток, чем должно было. Притом, что она – запрограммированная клеточная гибель – это важнейший элемент программы развития.

Ну вот теперь, разобравшись с ушами и лапами, можно перейти и к хвостам.

Бесхвостые кошки с острова Мэн

В центре Ирландского моря, зажатого между островами Великобритания и Ирландия, расположен остров Мэн. Бесхвостые кошки и кошки с короткими хвостами появились там около 200 лет назад. В те времена котоводство еще не было достаточно развито. Однако благодаря тому, что бесхвостые кошки хорошо выделялись на фоне своих хвостатых собратьев, они почти сразу были объединены в отдельную породу под названием “мэнкс” (англ. manx[52]).

Длина хвоста или того, что можно назвать хвостом, у мэнксов варьирует от полного отсутствия хвостовых позвонков до наличия небольшого “кроличьего” хвостика. Из-за последнего появилась легенда, что мэнксы – это гибриды между кошкой и кроликом, что, разумеется, не выдерживает никакой научной критики.

Большинство мэнксов – носители доминантных мутаций в гене Brachyury (Брахиури)115. Так как все найденные мутации в этом гене у кошек, собак116 и мышей117 приводят к потере хвоста, то этот ген еще называют Tail (от англ. tail – “хвост”). Нормальный аллель t кодирует белок Брахиури, который работает во время эмбрионального развития и благодаря которому у котиков и вообще всех позвоночных животных формируется позвоночник. Как дирижер руководит оркестром, так и Брахиури руководит целой сетью генов, включая и выключая их в определенные моменты так, чтобы позвоночник сформировался как надо: относительно прямой, с небольшими изгибами, состоящий из определенного числа позвонков.

Судя по всему, Брахиури – суперважный ген. Страшно представить, что произойдет, если он выйдет из строя. Однако потеря хвоста не выглядит очень уж страшным событием… верно?

Брахиури состоит из девяти экзонов. У мэнксов пока найдено три доминантных мутации (аллель Т)[53], все из которых заключаются в потере одного нуклеотида в разных местах. Один нуклеотид теряется в 8-м экзоне, еще два – в 9-м экзоне. Во всех случаях в гене Брахиури образуется незапланированный стоп-кодон, и мутантный белок оказывается короче обычного.

Укорочение белка Брахиури приводит к укорочению хвоста. С коротким хвостом или даже без такового мэнксы нормально живут и никаких затруднений по этому поводу не испытывают. Однако у некоторых мэнксов аллель Т приводит к отсутствию еще и крестцовых позвонков, которые следуют за хвостовыми. Без крестцовых позвонков кошкам становится не очень хорошо, потому что оказывается затронут спинной мозг. У таких котиков нарушается подвижность задних лап и работа кишечника.

Все мэнксы – гетерозиготы T/t по одной простой причине: гомозиготы T/T нежизнеспособны. Пока есть хотя бы одна копия нормального Брахиури, формируется почти нормальный скелет, но при двух мутантных копиях эмбрион гибнет и рассасывается в теле матери еще в начале беременности. Возможно, потому, что ген Брахиури такой важный, все известные нам мутации затрагивают только последние два экзона. Если нуклеотид потеряется в начале или в середине гена, то этого могут не пережить даже гетерозиготы.

Мэнксы – это не единственная порода кошек с коротким хвостом. Помимо них есть курильский бобтейл (вкл., илл. 6, 18), японский бобтейл, пикси-боб и многие другие “бобтейлы” и “бобы”. Про курильских бобтейлов мы говорили в