Garfield, de ster van de gelijknamige strip die Jim Davis in 1978 maakte, is, net als veel van de katten die door onze huizen zwerven, oranje. Hij is oranje, net zoals sommige mensen roodharig zijn, sommige paarden bruin zijn en sommige honden Ierse setters zijn, maar er is één belangrijk verschil.
Van alle andere dieren, inclusief roodharige mensen, weten we wat deze karakteristieke kleur veroorzaakt, maar verrassend genoeg wisten we tot nu toe niet wat de oorzaak ervan is bij katten – en bij katten in het algemeen.
Er zijn zojuist twee artikelen gepubliceerd op bioRxiv – een van de populairste pre-publicatiebronnen van niet-beoordeelde artikelen – waarin de genetica achter oranje katten wordt uitgelegd. Eén komt van Het laboratorium van Greg Barsh aan de Stanford Universiteit, Californië. De andere is van Het laboratorium van Hiroyuki Sasaki aan de Kyushu-universiteit, Japan.
De rol van melanine
Zoogdieren hebben slechts twee pigmentenDit zijn twee kleuren melanine: eumelanine (donkerbruin, zwartachtig) en pheomelanine (geelachtig, roodachtig of oranje). Roodharigen produceren alleen pheomelanine, terwijl mensen met een donkere huidskleur voornamelijk eumelanine accumuleren. Alle andere huid- en haarkleuren zitten daar ergens tussenin, dankzij maar liefst 700 genen die de pigmentatie bij dieren reguleren.
Bij primaten, paarden, knaagdieren, honden, koeien en vele andere dieren wordt de melanineproductie en de beslissing om eumelanine of pheomelanine te produceren in handen van een membraaneiwit genaamd MC1R. Dit controleert de huidcellen die bekend staan als melanocyten en die melanine afgeven. Als er een melanocytstimulerend hormoon (alfa-MSH) vrijkomt, beginnen de melanocyten eumelanine te produceren. Als een antagonist, zoals agouti-signalerend eiwit of bèta-defensine bij honden, in het spel komt, stopt de productie van donkere eumelanine en produceren melanocyten in plaats daarvan oranje pheomelanine.
Katten zijn echter een heel ander verhaal. Iedereen die een kat in huis heeft, weet dat het heel bijzondere dieren zijn, heel bijzonder in elk opzicht, en dat geldt ook voor hun pigmentatie.
Bij katten wordt de productie van eumelanine of pheomelanine niet gecontroleerd door de MC1R-receptor. In plaats daarvan is het in handen van een locus (waarvan het gen tot nu toe onbekend was) genaamd “oranje”. Een locus is een fysieke locatie in het genoom waarvan de effecten bekend zijn (bijvoorbeeld zwarte of oranje vacht), maar niet de details van de precieze DNA-sequentie die het bevat, noch het gen waartoe het behoort.
Om deze reden identificeren we meestal eerst de locus en ontdekken en beschrijven we na verloop van tijd het bijbehorende gen in detail. De oranje locus bij katten kan in twee versies voorkomen: een 'O'-variant die de productie van pheomelanine (oranje) ondersteunt, en een'o'-variant die verantwoordelijk is voor de productie van eumelanine (zwart).
Een detail om op te merken is dat de oranje locus zich op het X-chromosoom bevindt. Vrouwelijke katten zijn XX en mannelijke katten zijn XY, net als alle andere zoogdieren. Zoals bij alle vrouwelijke zoogdieren zullen alle cellen tijdens de ontwikkeling willekeurig één van de twee kopieën van het X-chromosoom inactiveren. Oo-vrouwtjes – die de O-variant op het ene X-chromosoom dragen en de o-variant op het andere – zullen delen van hun lichaam genereren die oranje zijn (in gebieden waar ze het 'o'-allel hebben geïnactiveerd) en andere die zwart zijn (bij het inactiveren het 'O'-allel).
Dit betekent dat wanneer we een tweekleurige (zwart/oranje) of driekleurige (zwart/oranje/wit) kat of een van de meer verdunde versies ervan zien, we weten dat het een vrouwtje moet zijn en dat het pigmentatiepatroon volledig uniek zal zijn.
Katers zijn oranje of zwart (ze hebben slechts één X-chromosoom), maar kunnen niet tweekleurig of driekleurig zijn, tenzij ze een chromosomale verandering hebben die gelijkwaardig is aan Klinefelter-syndroom bij mensen (waarbij mannen worden geboren met een extra X-chromosoom).
Calico katten
Vrouwtjes kunnen daarom de unieke mozaïekpatronen krijgen die zo gewaardeerd worden door kattenliefhebbers. Wanneer dit samenvalt met een andere mutatie die de proliferatie en differentiatie van melanocyten beïnvloedt (waardoor witte vlekken ontstaan, zonder pigmentatie), ontstaat er een driekleurige kat, beter bekend als een lapjeskat.
Elke calico is uniek, omdat de inactivatie van een van de X-chromosomen in elke pigmentcel willekeurig plaatsvindt tijdens de ontwikkeling. Hoe eerder deze inactivatie plaatsvindt tijdens de ontwikkeling, hoe groter de resulterende plek. Hoe later het gebeurt, hoe kleiner de vlekken.
Het katachtige oranje vachtgen
Tot nu toe wisten we niet welk gen verborgen was achter de oranje locus bij katten. Barsh En SasakiUit recent werk is gebleken dat het niet de kattenhomoloog van MC1R is, maar een andere: het Arhgap36-gen. Mannelijke katten met oranje jassen, evenals de oranje vlekken van lapjeskatten, dragen een mutatie in dit gen die de productie van eumelanine blokkeert en de productie van pheomelanine mogelijk maakt.
Deze twee onderzoeken zijn een prachtig voorbeeld van goed, fundamenteel en solide onderzoek, dat alleen maar tot doel heeft de wetenschappelijke nieuwsgierigheid te bevredigen zonder de onmiddellijke toepassingen ervan te kennen, en om, in dit geval, te begrijpen waarom die stoute kat Garfield oranje is.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op Het gesprek door Lluís Montoliu bij Centro Nacional de Biotecnología (CNB – CSIC). Lees de origineel artikel hier.
