Hogyan válnak a macskák cirmossá?

Egy új, a házi macskákról készült tanulmány feltárta, mely gének adják a cicák jellegzetes bundamintázatát, az irombát.

Az eredmények többek között arra is engednek következtetni, hogy ugyanezek a gének adják a vadmacskáknak, például a tigriseknek és a gepárdoknak is a jellegzetes szőrmintáikat. Lássuk máris, hogyan alakul ki a cirmos bunda.

Embriókat vizsgáltak a cirmos bunda eredetének meghatározásához

A macskák csíkjainak eredete évtizedek óta rejtély az élettudományokban. Körülbelül 70 évvel ezelőtt a tudósok elkezdtek elméleteket kidolgozni arról, hogy miért és hogyan alakulnak ki az élőlényeken periodikus mintázatok, mint például a zebra csíkjai, vagy a hernyó testének szegmensei, ám a macska csíkjainak eredete hosszú évtizedekig rejtély maradt.

Egyes állatoknál, mint például a zebradániónál ezek a mintázatok különböző típusú sejtek elrendeződése miatt jelennek meg. „Ám az emlősöknél a bőr- és szőrsejtek az egész testben pontosan ugyanazok, és a színmintázat azért alakul ki, mert különbségek vannak a genetikai aktivitásban. Például, egy sötét csík alatti sejtek, és egy világos csík alatti sejtek között” – magyarázza dr. Gregory Barsh, a huntsville-i HudsonAlpha Biotechnológiai Intézet genetikusa, az új tanulmány vezető szerzője a Live Science-nek. Tehát a kérdés az, hogy hogyan kapják meg a macskák a csíkjaikat arra vezethető vissza, hogy mikor és hogyan kapcsolódnak be különböző gének a sejtjeikben, és hogy ezek a gének hogyan befolyásolják az állatok fejlődését. Röviden: ez igen bonyolult.

A Nature Communications című folyóiratban megjelent tanulmányban Barsh és kollégái azonosítottak több olyan gént, amelyek együttműködnek a macskák bundamintázatának kialakításában. Egy gént, amelyet Transmembrane aminopeptidase Q (Taqpep)-nek neveznek, korábban már azonosítottak. Azok a macskák, amelyek a Taqpep gén egy változatát hordozzák, sötét, keskeny csíkokkal rendelkeznek. Míg azok, amelyek a gén mutáns változatát hordozzák, nagyobb sávokban csíkosak; ez a változat a leggyakoribb a vadmacskák között.

Annak érdekében, hogy kiderítsék, milyen további gének formálhatják a macskák bundamintáinak sokféleségét, a kutatócsoport elkezdte gyűjteni a vadmacskák ivartalanítását végző klinikák által eldobott szöveteket. Néhány eltávolított macskaméh nem életképes embriókat tartalmazott, amelyeket a kutatók laboratóriumban vizsgáltak.

Ezt lehetetlen lesz egyszerűbben leírni

Megfigyelték, hogy körülbelül 28-30 napos korukban a macskaembriók vastag és vékony bőrrégiókat fejlesztenek ki. A fejlődés későbbi szakaszaiban a vastag és vékony bőr szőrtüszőkké alakul, amelyek különböző típusú melanint termelnek. Eumelanint a sötét szőrzethez, és feomelanint a világos szőrzethez.

Figyelemre méltó, hogy „a színmintázat kialakulásáért felelős fejlődési mechanizmus korán, a szőrtüszők kialakulása előtt, és olyan sejtekben zajlik, amelyek valójában nem termelnek pigmentet, hanem a szőrtüsző szerkezetéhez járulnak hozzá„. Ennek a mintának a felismerése után a csapat megvizsgálta, mely gének voltak aktívak a vastag bőr kialakulása előtt. Annak érdekében, hogy lássák, vajon specifikus gének irányítják-e a minták kialakulását.

Megállapították, hogy a 20 napos embriókban több, a sejtnövekedésben és fejlődésben résztvevő gén hirtelen bekapcsolódik a később megvastagodó bőrben, ami sötét szőrtermelő tüszőket eredményez. Ezek a gének egy „Wnt jelátviteli útvonal” nevű molekuláris láncreakcióban vesznek részt. Ez arra készteti a sejteket, hogy növekedjenek, és specifikus sejttípusokká fejlődjenek. Különösen egy gént sarkallnak erre, amelyet Dkk4-nek neveznek. A Dkk4 egy olyan fehérjét kódol, amely csökkenti a Wnt jelátvitelt, és a macskaszőr esetében a Dkk4 és Wnt közötti húzd meg, ereszd meg szabályozza, hogy egy szőrfelület sötét vagy világos lesz-e. A sötét foltokban a Dkk4 és a Wnt egyensúlyban vannak, de a világos foltokban a Dkk4 felülkerekedik a Wnt-n.

Ekkor merült fel Alan Turing, matematikus neve

Ez a felfedezés alátámasztja Alan Turing, a modern számítógép-tudomány atyja által az 1950-es években kidolgozott elméletet. Eszerint az állatok periodikus mintázatai, mint a csíkok, akkor jelennek meg, amikor egy „aktivátor” molekula fokozza egy „inhibitor” molekula termelését, és ezek a molekulák ugyanabban a szövetben keverednek. Ebben az esetben a Wnt lenne az aktivátor és a Dkk4 az inhibitor. Turing hipotézisének megfelelően Barsh csapata úgy gondolja, hogy a Dkk4 gyorsabban terjed a szövetben, mint a Wnt jelátvitel. Ez az egyenlőtlen eloszlás periodikus, világos és sötét foltokat eredményez a macskáknál. Mi több, a macska Taqpep genotípusa – vagyis, hogy az állat a keskeny csíkos vagy a vastagabb sávos változatot hordozza-e – szintén meghatározza, hogy a Dkk4 gén hol aktiválódhat. Azt azonban egyelőre nem tudják, hogy ez hogyan történik.

Az embriók elemzésének folytatásaként a csapat megvizsgálta a 99 Lives gyűjtemény adatbázisából származó macskagenom-szekvenciákat. Megállapították, hogy az abesszin és a szingapúri fajták, amelyeknek nincsenek csíkjaik vagy foltjaik, a Dkk4 gén mutáns változatait hordozzák, amelyek tulajdonképpen letiltják a gént. A jövőbeli munkák során a csapat meg akarja vizsgálni, hogy hasonló mutációk megjelennek-e a vadmacskáknál is.

Korábbi tanulmányok szerint a gepárdoknál a macska Taqpep genotípusa befolyásolja a foltok megjelenését, és ugyanez vonatkozhat a Dkk4-re is. Aztán ott van a szervál, amely általában jól körülhatárolható fekete foltokkal rendelkezik, de alkalmanként apró, sűrűn elhelyezkedő pöttyös bundát is növeszt. Lehetséges, hogy egy Dkk4 mutáció magyarázza ezt a variációt? „Az eddigi megfigyeléseink csak házi macskákra vonatkoznak. Nagyon valószínű, hogy a házi macskákon vizsgált molekulák és mechanizmusok mind a több mint 30 vadmacskafajra érvényesek. Azonban további vizsgálatokra van szükség a vadmacska DNS-ével kapcsolatban, hogy ezt biztosan tudjuk.”

A vadmacskákon kívül a csapat azt szeretné vizsgálni, hogy ugyanazok a mechanizmusok működnek-e távoli rokon emlősökben is, mint például a zebrákban és a zsiráfokban.