Кошки, гены и эволюция - Павел Михайлович Бородин

Долгие и, казалось бы, бессмысленные блуждания эмбриональных клеток от места их образования до места их постоянной работы характерны не только для меланобластов и иных производных нервного гребня, но и для многих других типов клеток. Взять хоть половые клетки. Они появляются на 10–12-й день кошачьей беременности, но не внутри самого зародыша, а рядом с ним на задней стенке желточного мешка, там, где зародыш соединяется с этим мешком. Затем они проникают сквозь стенку задней кишки (это часть будущего кишечника зародыша) и ползут вдоль пленки, которая держит кишечник, к зачаткам гонад. Они добираются туда примерно на 3–4-й неделе кошачьей беременности.

Есть разные оправдания для этих движений. Кто-то видит в них очередное доказательство старинного биогенетического закона: онтогенетические движения повторяют эволюционные преобразования. Есть школа мысли, которая рассматривает их как способ контроля качества будущих половых клеток – марафон на выживание. Кто дополз – годен, кто отстал – до свиданья, нам такие хилые половые клетки ни к чему.

Движения клеток во время развития – это отдельная, захватывающая и малопонятная история. “Сколько их! куда их гонят?” Как они узнают, куда им плыть? Они что, слышат далекий зов? Или в теле эмбриона постепенно закладывается дорожная сеть, а вернее, разные сети для транспорта разных типов клеток? Как клетки движутся? Они что, активно переползают с места на место, протискиваясь между другими клетками? Или клетки дорожной сети перебрасывают мигрантов от одного верстового столба до другого?

Меланобласты активно мигрируют между клетками кожи24. При этом они используют стандартный набор белков, определяющих движения клеток. Это внутренние моторные белки (тубулины и актины) и внешние сигнальные белки, которые обеспечивают диалог между различными клетками кожи.

В мембране меланобластов есть специальные белки, которые воспринимают сигналы окружающей среды. Именно эти белки взаимодействуют с белками из межклеточного пространства и белками, выступающими над поверхностью клеток кожи. Благодаря этому происходит перемещение меланобластов от того места, где возникли, к месту назначения. А их несколько. Во-первых, это кожа, во-вторых, сетчатка глаза, в-третьих, улитка внутреннего уха. Расстояния от нервного гребня неблизкие.

Тем не менее нормальные меланобласты эти расстояния преодолевают и прибывают к месту работы точно в тот момент, когда для них подготавливаются рабочие места. О том, что делают они в глазах и ушах, мы поговорим чуть позже, а сейчас сосредоточимся на коже.

Прежде чем заселить волосяные фолликулы по всему телу, меланобласты мигрируют в так называемые пигментные центры. У кошачьего эмбриона они расположены на темени, в основании хвоста, на лопатках и вдоль спинного хребта. Достигнув пигментного центра, меланобласты начинают делиться и уже оттуда диффузно распределяться по коже. Они внедряются в волосяные фолликулы и заканчивают дифференцировку, превращаясь в меланоциты, которые уже готовы к синтезу пигментов.

По-видимому, вероятность образования головного и хвостового пигментных центров у кошки выше, чем грудного и спинного. Поэтому голова и хвост оказываются в терминологии Рулье наиболее устойчивыми районами окраски. А наиболее уступчивыми – те, которые находятся далеко от центров пигментации, – лапы, брюхо, грудь.

Меланобласты, как и все остальные клетки в развивающемся организме, строем не ходят. Кто-то торопится, кто-то зависает. В итоге даже в отсутствие в геноме мутаций сильного эффекта небольшие белые пятнышки могут возникать в местах, удаленных от пигментных центров или по каким-то причинам трудных для прохождения меланобластов. У кошек это манишка и фиговый листочек в паху.

Итак, белые депигментированные пятна возникают на тех частях шкуры животных, к которым предшественники пигментных клеток не успевают прийти вовремя.

От белых пятен на черной кошке до черных пятен на белой кошке

Известно несколько мутаций гена KIT25, 26, которые нарушают размножение и миграцию меланобластов. В классической генетике млекопитающих этот ген обозначают буквой W (Dominant White) по фенотипическому эффекту его мутаций (рис. 2–1).

Ген KIT контролирует синтез одного из белков-рецепторов, расположенных на мембране меланобластов. Этот белок играет ключевую роль в их миграции и пролиферации (размножении). Изменения структуры белка KIT ведут к нарушению этих процессов и в конечном счете к возникновению на теле животного депигментированных белых участков.

Рис. 2–1. Структура нормального (w) и мутантных аллелей (wg, wsal, WS, W) гена KIT кошки. Стрелки показывают направление доминирования.

Рецессивная мутация wg (Gloving – оперчачивание?) снижает скорость миграции меланобластов всего чуть-чуть. В самых далеких от нервного гребня участках кожи – на кончиках лапок, куда меланобласты не пришли вовремя, – шерсть вырастает совершенно белой. Белые перчатки служат дресс-кодом породы бирманская. Но еще Рулье отмечал, что они широко распространены и среди беспородных кошек: “…что заметил простолюдин в остроте своего рода: «вишь… кошка – чулочки надела, а башмачки или сапожки позабыла»”, – писал он23.

Полудоминантная мутация белой пятнистости WS (Piebald Spotting) в гене KIT ведет к гораздо более значительному торможению миграции меланобластов. Здесь белое пятно охватывает грудь, брюхо и бока (вкл., илл. 6, 14, 18, 20, 21, 23). Проявление мутации WS зависит от ее дозы. В двойной дозе – в гомозиготном состоянии – она приводит к образованию большой зоны депигментации. У гетерозигот размер белой пятнистости меньше.

Однако качественную границу между размерами пятен у гомо– и гетерозигот провести трудно. Площадь пятна зависит не только от дозы этого гена, но и от генетического фона, на котором этот ген проявляется. У отдельных гомозигот размер пятна может быть меньше, чем у иных очень пегих гетерозигот. Проявление этого гена модифицируется другими генами более слабого действия, находящимися на других хромосомах. Сами по себе они не приводят к появлению белой пятнистости, но способны увеличивать или уменьшать ее размер у носителей аллеля WS. Такие гены называются генами-модификаторами.

Многие модификаторы не являются генами в традиционном смысле этого слова: они не кодируют белков. Они представляют собой довольно короткие участки ДНК, которые, взаимодействуя с белками транскрипции, могут менять интенсивность или продолжительность продукции белка основным геном, то есть тем геном, проявление которого они модифицируют. Как вы помните, усиливающие модификаторы называются энхансерами, а снижающие – сайленсерами.

В гене KIT есть доминантная мутация Dominant White (символ W). Она практически полностью лишает способности к миграции и пролиферации и меланобласты, и некоторые другие производные нервного гребня25. Иногда меланобластам удается внедриться в волосяные фолликулы, расположенные на голове кошки, и тогда там наблюдаются небольшие окрашенные участки. Количество меланобластов, достигших сетчатки, у разных носителей этой мутации может быть разным. Если их много, то глаза имеют нормальный желтый цвет, если очень мало – голубой. Бывает и так, что в один глаз попало много, а другой мало. В таком