Мы с тобой одной шерсти

(а) У корниш-рекса усы завитые, короткие и ломкие, волосы на мордочке короткие и прямые. ( в) тело, ноги и хвост покрывает короткая волнистая шерстка (Gandоlfi et al., 2013)
(а) У корниш-рекса усы завитые, короткие и ломкие, волосы на мордочке короткие и прямые. (в) тело, ноги и хвост покрывает короткая волнистая шерстка (Gandоlfi et al., 2013)

Экзотические породы кошек, созданные, чтобы радовать глаз и душу человека, ученые хотят приспособить для исследования заболеваний его волос. У людей и животных за развитие волоса отвечают одни и те же гены, и мутация, благодаря которой у кошек курчавится шерсть, у человека вызывает патологию.

В середине прошлого века селекционеры приступили к созданию нескольких пород рексоидных кошек. Они отличаются отсутствием осевых волос и мягкой, тонкой, короткой, волнистой шерсткой, напоминающей каракуль или, как говорят некоторые, стиральную доску. Усы (вибриссы) у них тоже вьющиеся и ломкие. Существует несколько рексоидных пород: корнишрекс, девонрекс, немецкий рекс и селкиркрекс (они бывают длинношерстными). Породы возникли независимо в разных местах: в Корнуолле, Девоншире, Восточной Пруссии и Соединенных Штатах. Шерсть у рексоидных кошек закурчавилась в результате единственной рецессивной мутации в гене, расположенном на аутосоме. У девонрексов это KRT71 — один из генов, кодирующих кератины волос и эпителия. Мутации в нем также вызывают курчавость у мышей, собак, крыс и людей. При скрещивании девонрексов с корнишрексами и немецкими рексами рождаются котята с прямой шерстью; следовательно, у этих пород курчавость вызвана мутацией в другом гене. В каком именно — разбирались специалисты Калифорнийского университета (University of California — Davis) под руководством доктора Лесли Лайонс (Leslie A. Lyons).

Обычно порода кошек начинается со случайно возникшей рецессивной мутации. Люди замечают необычное животное и приступают к отбору, стараясь зафиксировать признак, то есть добиться того, чтобы все представители породы были гомозиготны по этой мутации. Для селкиркрексов и немецких рексов селекционная работа еще не завершена, и в их потомстве встречаются котята с прямой шерстью. Порода корнишрекс устоялась, расщепления в потомстве нет. Исследователи сравнили геном 11 пород кошек с прямой шерстью и двух независимых популяций корнишрексов. Существуют методы анализа, позволяющие определить, какие именно последовательности генома подвергались отбору. Ученые нашли такой участок, специфический для породы корнишрекс, на хромосоме А1. В нем 31 ген, в том числе LPAR6, отвечающий за качество шерсти. Он кодирует белок рецептора, расположенного на клеточной мембране, в том числе в волосяном фолликуле. Рецептор связывается с лизофосфатидной кислотой, и их взаимодействие регулирует работу кератиновых генов, рост волос и структуру волосяного стрежня. Мутантная последовательность LPAR6 у корнишрексов содержит небольшую делецию, приводящую к сдвигу рамки считывания и образованию стопкодона. В результате получается белок настолько короткий, что едва ли в состоянии вообще выполнять функции рецептора. Эту же мутацию обнаружили у двух непородных котов с волнистой шерстью и у немецких рексов (при скрещивании этих двух пород рождаются кудрявые котята). У кошек с прямой шерстью мутация если и встречается, то лишь в гетерозиготе.

У человека с шерстистыми волосами обычно развивается гипотрихоз: на голове редкие мелкие кудряшки (www.intechopen.com)
У человека с шерстистыми волосами обычно развивается гипотрихоз: на голове редкие мелкие кудряшки (www.intechopen.com)

У человека LPAR6 расположен на 13й хромосоме; замены, вставки и делеции в этом гене приводят к шерстистости волос (они короткие, плотно завитые и легко секущиеся), а также к гипотрихозу — диффузной прогрессивной потере волос. У людей шерстистые волосы и гипотрихоз обычно связаны. У корнишрексов шерсть достаточно густая, хотя структура рецептора LPAR6 нарушена очень сильно. Возможно, дело в том, что генетический фон в клетках кошачьих фолликулов иной, нежели у человека, или есть иные причины: роль белка LPAR6 еще окончательно не определена.

Помимо волнистой шерсти у корнишрексов есть и другие характерные признаки, например белые пятна на шкуре, особая форма головы и ушей, специфическое телосложение. Все относящиеся к ним гены предстоит идентифицировать и изучить. Но сейчас исследователей более всего интересует поиск генов, мутации в которых вызывают наследственные заболевания волос у животных и людей. Ученые предполагают использовать кошек как модель для изучения этих патологий.

Возможно, сами кошки предпочли бы другой объект исследования: мышки и рыбки подходят для этой цели ничуть не хуже.

На мышах, например, можно исследовать гипогидротическую эктодермальную дисплазию, заболевание, при котором люди лишены зубов и волос на теле, а кожа у них тонкая и сухая. За эти нарушения отвечают гены, кодирующие трансмембранный белок эктодисплазинА (EDA) и связывающий его рецептор EDAR.

У мышей описана мутация Tabby, вызывающая развитие только одного из четырех типов волос, а также дефекты зубов. Ген Tabby оказался гомологичным человеческому гену EDA, который регулирует образование производных эктодермы, то есть волос, зубов и потовых желез. Другая мутация, Downless, внешне неотличимая от Tabby, затрагивает ген EDAR. Мутации в генах, препятствующих росту волос у человека, мешают развитию шерсти и у мышей, но, что еще удивительнее, они же отвечают за образование чешуи у костистых рыб.

Хотя чешуя костистых рыб — производное эктодермы, как и волосы, она отличается от них по строению. Волосы (и перья) содержат кератин и произошли от кератинизированной эпидермальной чешуи общего предка млекопитающих и рептилий. В чешуе костистых рыб кератина нет, зато есть дентин и эмаль, что роднит ее с зубами млекопитающих и кожной броней, покрывавшей тело древних позвоночных. Существует даже гипотеза, согласно которой зубы произошли от фрагментов содержащей дентин брони, переместившейся в ротовую полость.

Японская медака oryzias latipes дикого типа и мутантный экземпляр, лишенный чешуи. поскольку пигмент содержат именно чешуи, лысая рыбка кажется прозрачной (Kоndо et al., 2001)
Японская медака oryzias latipes дикого типа и мутантный экземпляр, лишенный чешуи. поскольку пигмент содержат именно чешуи, лысая рыбка кажется прозрачной (Kоndо et al., 2001)

Японские исследователи под руководством профессора Токийского университета Акихиро Сима (Akihiro Shima) описали у рыбки медаки (Oryzias latipes) мутацию rs3 (reduced scale3), которая препятствует развитию чешуи.

Мутантные рыбки практически полностью лысые, других видимых нарушений у них нет. rs3 — рецессивная мутация, возникшая в результате встраивания транспозона в ген EDAR. Испорченный ген не работает, а чешуя у рыб образуется лишь из тех клеток, в которых синтезируется белок. У млекопитающих, дефектных по гену EDAR, нарушено развитие зубов, однако у мутантов rs3 зубы в полном порядке. У медак есть и другие мутации, вызывающие дефекты чешуи, и было бы интересно исследовать их подробно.

Авторы работы впервые доказали, что образование рыбьей чешуи и рост волос позвоночных контролирует один и тот же ген. Они полагают, что EDAR определяет развитие всех производных эпителия у позвоночных. Следовательно, на японских медаках можно изучать развитие волос у млекопитающих. А поскольку рыбка эта мелкая и размножается быстро, работать с ней должно быть удобнее, чем с кошкой.

Еще одну лысую рыбку, трехиглую колюшку Gasterosteus aculeatus, подарила нам мутация в гене EDA. Изначально колюшка водилась в море, но после таяния ледников заселила и пресные водоемы. Теперь существует два ее подвида: морской и пресноводный. Спинку морской колюшки от головы до хвоста покрывают 32−36 крепких пластинок, а в пресноводных популяциях их не более 9. Специалисты Стэнфордского университета (США) и Университета Британской Колумбии (Канада) установили, что потеря пластин вызвана мутацией, приводящей к изменению аминокислотной последовательности экзодисплазинаА.

Почти во всех пресноводных популяциях Северного полушария мутации EDA практически идентичны. Однако маловероятно, чтобы эти популяции, разбросанные по всему миру, имели общего предка: для этого рыбкамоснователям пришлось бы бороздить океан, полный морских колюшек с полным комплектом спинных пластин. Оказалось, что мутантные аллели EDA с небольшой частотой встречаются в популяциях морской колюшки и, видимо, неоднократно и независимо зафиксировались у обитателей разных пресных водоемов.

У млекопитающих мутации в EDA встречаются редко и всегда вызывают патологии. Почему же они повсеместно распространены у пресноводной колюшки? По мнению исследователей, дело в том, что у безволосых млекопитающих ген утрачен почти полностью и нефункционален, а у рыб он лишь изменил последовательность. Вероятно, мутантный белок дает рыбкам преимущества, которые перевешивают неприятные последствия облысения. Известно, например, что изменения в последовательности EDA влияют на регуляцию работы других генов, в том числе ответственных за миелинизацию нейронов и скорость проведения сигнала, слух, толщину кожи и выведение соли, благодаря чему колюшки смогли освоить пресные водоемы. Кроме того, они менее восприимчивы к паразитам, чем морские. Так что лысина не всегда зло, и познать эту истину млекопитающие могут, только изучая рыб.

1. B. Gandolf, H. Alhaddad, V.K. Affolter, J. Brockman, J. Haggstrom, et al. (2013). To the root of the curl: A signature of a recent selective sweep identifes a mutation that defnes the cornish rex cat reed. PLoS ONE 8(6): e67105.

2. S. Kondo, Y. Kuwahara, M. Kondo, K. Naruse, H. Mitani, Y. Wakamatsu, K. Ozato, S. Asakawa, N. Shimizu, A. Shima (2001). The medaka rs3 locus required for scale development encodes ectodysplasinA receptor. Curr Biol, 7, 1202-1206.

3. P.F. Colosimo, K.E. Hosemann, S. Balabhadra, G. Villarreal Jr., M. Dickson, J. Grimwood, J. Schmutz, R.M. Myers, D. Schluter, D.M. Kingsley (2005). Widespread parallel evolution in sticklebacks by repeated fxation of ectodysplasin alleles. Science, 307, 1928-1933.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: