Как работает меланоцит: Фабрика пигментов
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. Однако для правильного применения генетических тестов важно понимать, какие процессы регулируются этими генами
Меланоцит — фабрика пигментов
Формирование окраса зависит от процессов, регулирующих синтез меланинов (пигментов). Синтезом меланинов занимаются специальные клетки — меланоциты, которые располагаются в волосяном фолликуле. Меланины образуются в результате многоступенчатых биохимических процессов.
Для лучшего понимания сложных взаимоотношений между генами и пигментами рассмотрим события внутри меланоцита с точки зрения молекулярной биологии. Мы сосредоточимся на этапах синтеза самого пигмента, без учета механизмов разбавления цвета и образования пятен.
Ключевые локусы и их функции
В классической генетике окрасов оперируют термином генетический локус — местоположение того или иного гена в хромосоме. В случае генетики окрасов собак принято обозначать локусы, где расположены ответственные за фенотип гены, однобуквенными аббривеатурами. Рассмотрим, как локусы E, A, K, B и C влияют на события в меланоците.
1. Переключатель меланоцита (Локус E)
Всё начинается с белка MC1R, который кодируется локусом E. Этот белок расположен в клеточной мембране и служит рецептором для внешних сигналов:
- По умолчанию: MC1R включает синтез эумеланина (темного пигмента).
- При получении определенного сигнала: MC1R переключает меланоцит на синтез феомеланина (желто-красного пигмента).
Состояние белка MC1R определяет, какой тип пигмента нарабатывается и откладывается в растущем волосе в каждый момент времени.
2. Борьба за кнопку (Локусы A и K)
Внешним сигналом, воздействующим на MC1R и переключающим меланоцит, является белок ASIP (локус A), который производят другие клетки кожи.
- Если ASIP связывается с MC1R, меланоцит переключается на синтез феомеланина.
- Когда белок ASIP отсоединится и распадется, меланоцит снова переключится на синтез темного пигмента.
- В норме ASIP производится волнами, что приводит к чередованию темных и светлых (феомеланиновых) областей вдоль растущего волоса (например, у волков, кеесхондов, немецких овчарок).
Кроме ASIP, с MC1R может связываться другой сигнальный белок — CBD103 (локус K). Связываясь с MC1R, CBD103 подавляет связывание ASIP и, таким образом, способствует синтезу эумеланина.
Таким образом, CDB103 и ASIP конкурируют за связывание с MC1R, и результат этой конкуренции определяет, какой пигмент будет произведен.
Технологические нюансы синтеза
3. Качество эумеланина (Локус B)
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 компонента DHICA отвечает белок TYRP1 (локус B). В присутствии этого белка получается более темный пигмент (черный). В его отсутствие образуется только коричневый эумеланин.
4. Поставка сырья (Локус C)
Синтез обоих меланинов происходит в меланосомах. Чтобы их производство шло безотказно, необходима постоянная поставка строительных материалов (сырья).
Одним из таких поставщиков является белок SLC45A, кодируемый локусом C. Нарушение этого транспортного потока может прекратить синтез любых пигментов, даже если все остальные участники процесса полностью дееспособны.
Здесь мы рассмотрели основные известные процессы, важные для правильного функционирования меланоцитов. В других статьях мы поговорим о том, как эти процессы изменяются при мутациях в описанных выше локусах, и к каким последствиям приводят разные комбинации мутаций.