Рыжая окраска котов и трёхцветная окраска кошек зависит от гена, который раньше ни в чём таком не подозревали.
Рыжими чаще бывают коты; рыжие кошки рождаются заметно реже. То же самое, только наоборот, можно сказать про окраски калико и черепаховую: калико – это трёхцветные кошки с чёрными, рыжими и белыми пятнами, а черепаховые – кошки с чёрными и рыжими пятнами. Рыжий у них может быть в широком диапазоне, от кремового до апельсиново-оранжевого, и чёрный может быть в широком диапазоне, от светло-серого до иссиня-чёрного. Но всё это будут кошки; коты такой расцветки появляются на свет очень редко. Притом рыжие коты и трёхцветные кошки часто оказываются братьями и сёстрами, нужно только свести вместе рыжего кота и чёрную кошку: у таких родителей в потомстве будут как однотонные котята, так и разноцветные, и однотонные будут самцами, а разноцветные самками.
Цвет волос, кожи, глаз определяют клетки меланоциты, синтезирующие пигмент меланин. Синтезируют они его в двух формах: чёрно-коричневого эумеланина и жёлто-красного феомеланина. Очевидно, у рыжего кота в шерсти много феомеланина и мало эумеланина (если он вообще есть). Вопрос в том, как регулируется количество того и другого. Особенности наследования рыжей и трёхцветной окраски говорят о том, что ген, или гены, которые тут задействованы, располагаются на Х-хромосоме. У всех млекопитающих самцы несут одну Х-хромосому, самки – две. У самцов она работает во всех клетках, а вот у самок одна из хромосом плотно упаковывается белками и замолкает.
Одна из Х-хромосом в клетке должна замолчать, потому что если Х-хромосомные гены будут работать в двух экземплярах, клетке станет очень плохо (некоторые гены продолжают работать и на отключённой Х-хромосоме, но в целом она всё-таки молчит). При этом выбор из двух «иксов» того, который нужно выключить, происходит случайно в разных клетках на ранних этапах эмбрионального развития. Поэтому и получаются черепаховые кошки: на каком-то участке кожи работает одна Х-хромосома из пары, чьи гены стимулируют синтез эумеланина и/или подавляют синтез феомеланина, а на другом участке работает другая Х-хромосома, чьи гены работают наоборот. (У трёхцветных кошек калико есть белые пятна, также белые пятна могут быть у рыжих котов – там не синтезируется никакого меланина, и там работает другой генетический механизм, который от пола не зависит.)
Кошка окраса калико, или трёхцветная. (Фото: Megan Dujardin / Unsplash.com)
В геноме млекопитающих есть давно известный ген Mc1r, который переключает синтез разных форм меланина в меланоцитах. Рыжие волосы у людей и многих других млекопитающих зависят от определённых мутаций в Mc1r. Проблема в том, что Mc1r находится не в Х-хромосоме, и кошачья рыжесть от мутаций в нём никак не зависит. Несколько десятилетий загадка рыжих котов и черепаховых кошек оставалась неразгаданной, но вот сейчас на портале bioRxiv появилось две работы, которые эту загадку как будто решают. И там, и там речь идёт о гене Arhgap36, который находится как раз на Х-хромосоме – исследователи вышли на него, измеряя количество различных РНК в отдельных меланоцитах. Информация из любого гена сначала переводится в молекулы РНК, поэтому по количеству той или иной РНК можно оценить активность гена. В меланоцитах рыжих котов ген Arhgap36 (судя по его РНК) был в 13 раз активнее, чем у не-рыжих, а у трёхцветных и черепаховых кошек его РНК было больше в коже, на которой росла рыжая шерсть, чем в коже с чёрной или коричневой шерстью. Он переключает клетку на синтез жёлто-красного феомеланина, и действие Arhgap36 не зависит от вышеупомянутого Mc1r. Активность Arhgap36 зависит от близлежащего участка ДНК: если этот участок был вырезан (делетирован), то Arhgap36 был очень активен. Такую мутацию поискали в геномах нескольких сотен кошек: если котики были рыжими, трёхцветными или черепаховыми, то у них в геноме обязательно была делеция того самого участка ДНК рядом с Arhgap36.
Кошка черепахового окраса – с чёрным и рыжим, но без белого. (Фото: Herman Delgado / Unsplash.com)
Нельзя сказать, что Arhgap36 был прежде неизвестен. Однако раньше в нём видели лишь необходимый регулятор эмбрионального развития: мутации, которые затрагивают его активность во всех клетках, делают животное просто-напросто нежизнеспособным. Но та мутация-делеция, которая есть у рыжих котиков, по-видимому, влияет только на Arhgap36 в меланоцитах. По словам исследователей, подобные мутации обычно приводят к подавлению гена, но у котиков в случае с меланоцитным Arhgap36 всё происходит наоборот. В целом такой механизм регуляции окраски – с геном на Х-хромосоме, который зависит одновременно от активности своей хромосомы и стимулирующей мутации-делеции – такой механизм до сих пор ни у кого не видели, хотя не факт, что котики так и останутся в этом смысле уникальными, всё же не обо всех животных на свете мы знаем всё.
С другой стороны, гены никогда не работают в одиночку, и на примере «цветных» генов это особенно хорошо видно: в прошлом году мы писали, что у человека на синтез и созревание меланина в коже влияют 169 генов. Может быть, с кошачьей шерстью всё не так сложно, как с нашей кожей, но, скорее всего, у «гена рыжести» Arhgap36 есть какие-то помощники или подавители, которые ещё предстоит найти.