Суббота, 15 августа
My-Dog.kz
My-Dog.kz

Генетика домашних животных. Введение. Как работает меланоцит?

0

Как работает меланоцит? Начало.

Генетика окрасов у собак – это классическое направление научных исследований, в котором еще многое не изучено. Тем не менее, некоторые аспекты формирования разнообразных окрасов у собак хорошо охарактеризованы и активно используются в породном разведении. Удобным инструментом для такой работы служат генетические тесты на гены, связанные с окрасами (https://vetgenomics.ru/coats). Однако для правильного применения генетических тестов важно понимать, какие процессы регулируются этими генами, а это весьма непросто.

Меланоцит – фабрика пигментов

Формирование окраса зависит от процессов, регулирующих синтез пигментов – меланинов. Синтезом меланинов для придания шерсти той или иной окраски занимаются специальные клетки – меланоциты, которые располагаются в волосяном фолликуле. Меланины образуются в результате многоступенчатых процессов, в которых поневоле запутаешься.

Сложные взаимоотношения лично мне всегда проще понять визуально. Поэтому, проводя время в самоизоляции, я решил изобразить в виде схемы, что известно о событиях, которые контролируют синтез меланинов в меланоцитах. Сразу оговорюсь, здесь речь пойдет только об этапах синтеза самого пигмента, пока что без рассмотрения механизмов разбавления цвета и образования пятен.

Как синтезируются меланины?

Итак, взглянем на события внутри меланоцита с точки зрения молекулярной биологии. Какие известны участники процессов, приводящих к синтезу пигментов в этих клетках? Классическая генетика оперирует термином генетический локус, и целый ряд локусов связан с формированием окрасов у собак. Фактически под локусом подразумевается местоположение того или иного гена в хромосоме. В некоторых случаях ген известен и можно понять, каков механизм его действия. В других случаях ген может оставаться неизвестным, и о его функции можно догадываться только по его фенотипическим проявлениям.

Начнем рассмотрение синтеза меланинов с локусов, носящих традиционные названия E, C, B, A и K. У каждого локуса существуют разные аллели, которые по-разному сказываются на окрасах, это известно всем, кто занимается разведением собак. Здесь мы предлагаем рассмотреть, как разные локусы влияют на события в меланоците.

Переключатель меланоцита

Все начинается с белка MC1R, за образование которого в клетке отвечает локус E. Этот белок расположен в клеточной мембране меланоцита и отвечает за получение этой клеткой сигналов от других клеток.

По умолчанию, когда специфических сигналов не поступает, белок MC1R включает и поддерживает в меланоците синтез эумеланина – темного пигмента. При получении определенного внешнего сигнала он переключает меланоцит на синтез желто-красного пигмента – феомеланина. Таким образом, состояние белка MC1R определяет, какой тип пигмента нарабатывается меланоцитом и откладывается в растущем волосе в каждый момент времени.

Борьба за кнопку

Что же представляет собой внешний сигнал, воздействующий на MC1R и переключающий меланоцит? Таким сигналом является белок ASIP (локус A), который производят другие клетки кожи. Если белок ASIP присутствует снаружи меланоцита, он связывается с MC1R, и меланоцит переключается на синтез феомеланина. Производство феомеланина продолжается до тех пор, пока белок ASIP так или иначе не отсоединится от MC1R. Все это время в растущем волосе будет откладываться желто-красный пигмент. Когда белок ASIP отсоединится и распадется, меланоцит снова переключится на синтез темного пигмента.

В норме белок ASIP производится в коже волнами, приводя к тому, что вдоль растущего волоса образуются то темные, то светло-желтоватые области. Такой окрас характерен для волков, но присутствует и в некоторых породах собак, например, у кеесхондов, немецких овчарок, сибирских хаски и др. Различные мутации в локусе A нарушают этот процесс и приводят к образованию других типов окрасов, о которых мы поговорим позже.

Кроме белка ASIP с MC1R может связываться другой сигнальный белок – CBD103, который кодируется локусом K. Связываясь с MC1R, белок CDB103 поддерживает в меланоците синтез эумеланина. Таким образом, CDB103 и ASIP конкурируют за связывание с MC1R и, в зависимости от результата этой конкуренции, меланоцит производит темный или светлый пигмент.

Технологические нюансы

В настоящее время мало известно о том, какие гены необходимы для синтеза желто-красного феомеланина. О темном пигменте –  эумеланине известно больше. Этот пигмент по сути представляет собой смесь двух компонент (они называются DHI и DHICA). За включение в состав эумеланина одной из составляющих (DHICA, показано на рисунке черным цветом) отвечает белок TYRP1 (локус B). В присутствии этого белка получается более темный пигмент, а в его отсутствие образуется коричневый эумеланин, который содержит в составе только DHI.

Наконец, для образования обоих типов меланина необходимы строительные материалы – вещества, из которых они образуются. Синтез меланинов происходит в меланосомах – специальных отсеках внутри меланоцитов, которые являются фабриками для производства этих пигментов.

Чтобы производство шло безотказно, нужно постоянно поставлять в меланосомы сырье для синтеза меланинов. Одним из таких поставщиков является белок SLC45A, за наработку которого отвечает локус C. Понятно, что нарушение этого транспортного потока может прекратить синтез пигментов, даже если остальные участники процесса полностью дееспособны.

Таким образом, здесь мы рассмотрели основные известные на настоящее время процессы, которые важны для правильного функционирования меланоцитов. В следующих статьях мы поговорим о том, как эти процессы изменяются при мутациях в описанных выше локусах. В конце этой серии статей мы рассмотрим, к каким последствиям приводят разные комбинации мутаций.

Степан Белякин, к.б.н., директор по науке ООО «ВетГеномика»

Поделиться