Parti egerek – 3.

A hosszú ideje tartó tudományos bloggolás egyik előnye, hogy időnként lehetőségünk nyílik egy-egy hosszabb sztori befejezésére is (a hátrányok is nyilvánvalók: sokkal jobban tudatában vagyunk az idő visszafordíthatatlan múlásának). Jelen esetben egy olyan megfigyeléssorozatról van szó, ami a színében a floridai tengerpart homokdűnéihez alkalmazkodott Peromyscus egérpopuláció evolúciójáról szól, pontosabban a színeváltozásuk molekuláris mibenlétéről.

Bő három és fél évvel ezelőtt írtam a Hopi Hoekstra vezette kutatásról, ami akkor addig a pontig jutott el, hogy a színváltozást három gén mutációja okozhatta, amelyek közül egyik az a mintázat evolúcióknál mindeig előkerülő Mc1r, a másik a c-Kit, és a harmadik a mai történetünk szempotjából is fontos Agouti. Az Agouti érdekessége, hogy már hosszú ideje tudjuk, hogy szerepet játszik a pigmentáció szabályozásában (konkrétan gátolja azt), de sejtszintű hatása mindeddig homályban maradt.

Hoekstra csoportja legelőször részletesen elemezte a mintázat változást, ami a színezetet létrehozó ún. melanocita sejtek számának ill. előfordulási területüknek a csökkenésére vezethető vissza. Mint azt az alábbi ábra mutatja, ennek következménye az általában világosabb szőr-szín, illetve ez a jelenség, már születéskor nyilvánvaló, mint azt az egynapos egerek bőrén is látni.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Gipszdűnék lakói

Méltatlanul elhanyagoltuk egyik kedvenc témánkat, a pigmentáció evolúcióját, de most remek apropó nyílik arra, hogy visszatérjünk rá.

Az utóbbi időben egyre aktívabb Hopi Hoekstra csoportja most az egerek után egy másik kistermetű gerinces csoportot célzott meg: az Új Mexikóban élő gyíkokat.

Egész pontosan három fajt, a keleti sövényleguánt (Sceloporus undulatus), a csíkos teju (Aspidoscelis inornata) és a Holbrookia maculata-t (magyar nevéért még nyomozok) tüntették ki figyelmükkel, mivel mindhárom fajnak ismertek “albínó” populációi, amelyek a Chihuahuan sivatag White Sands nevű gipszdűnéin élnek. Ebben a környezetben érelemszerűen előnyös fehérnek lenni, hiszen így kevésbé keltik fel az állatok a ragadozóik figyelmét, s mivel a táj kb. 6000 éve alakult ki, így ez egy viszonylag friss formáját jelenti az evolúciónak.

Az fő gyanúsított (mint ilyen esetekben lenni szokott) a pigmentációs útvonal kulcsgénje, a melanocortin-1-receptor (mc1r) volt: tudjuk, hogy ha ez a receptor-gén olyan mutációt szed össze, ami folytán folyamatosan aktív lesz, az fekete mintázathoz, ún. melanizációhoz vezet, míg a működését tönkretevő mutációk, világos (vöröses) színkomplexiót okoznak. (Itt egy kicsit szakmai, de zanzásított képi összefoglaló az útvonal működéséről.)

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Gipszdűnék lakói

Méltatlanul elhanyagoltuk egyik kedvenc témánkat, a pigmentáció evolúcióját, de most remek apropó nyílik arra, hogy visszatérjünk rá.

Az utóbbi időben egyre aktívabb Hoppi Hoekstra csoportja most az egerek után egy másik kistermetű gerinces csoportot célzott meg: az Új Mexikóban élő gyíkokat.

Egész pontosan három fajt, a keleti sövényleguánt (Sceloporus undulatus), a csíkos teju (Aspidoscelis inornata) és a Holbrookia maculata-t (magyar nevéért még nyomozok) tüntették ki figyelmükkel, mivel mindhárom fajnak ismertek “albínó” populációi, amelyek a Chihuahuan sivatag White Sands nevű gipszdűnéin élnek. Ebben a környezetben érelemszerűen előnyös fehérnek lenni, hiszen így kevésbé keltik fel az állatok a ragadozóik figyelmét, s mivel a táj kb. 6000 éve alakult ki, így ez egy viszonylag friss formáját jelenti az evolúciónak.

Az fő gyanúsított (mint ilyen esetekben lenni szokott) a pigmentációs útvonal kulcsgénje, a melanocortin-1-receptor (mc1r) volt: tudjuk, hogy ha ez a receptor-gén olyan mutációt szed össze, ami folytán folyamatosan aktív lesz, az fekete mintázathoz, ún. melanizációhoz vezet, míg a működését tönkretevő mutációk, világos (vöröses) színkomplexiót okoznak. (Itt egy zanzásított képi összefoglaló az útvonal működéséről.)

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Fekete farkasok

És akkor egy kis visszatérés egyik kedvenc vesszőparipánkhoz, a pigmentáció evolúciójához. Ezúttal az észak amerikai szürkefarkasokat vesszük nagyító alá, ugyanis ennél a fajnál egy érdekes színezeti trend figyelhető meg: az északi, fátlan tundrán fiatalon világosszürkék, idősebben pedig piszkosfehér színűek ezek a ragadozók, viszont délebbre, ahogy nő az erdővel borított területek aránya, úgy nő egy olyan színváltozat gyakorisága is, amelyik fiatalon fekete, majd később sötétszürkévé válik.

A fekete szín ilyen esetekben mindig egy kicsit árulkodó: mivel már számos faj esetében feltérképezték a besötétülést, azaz melanizációt okozó mutációt, tudjuk, hogy leggyakrabban ez a egy ún. melanocortin receptorhoz, vagy az általa aktivált útvonalhoz köthető. Így aztán kézenfekvő volt a fekete farkasokban is először a receptort kódoló mc1r gént, ill. a jelátviteli út anatgonistáját kódoló agouti-t megvizsgálni. A vizsgálat azonban nem hozta a várt eredményt: a két említett génben semmilyen olyan változás nem tapaszatlható, ami megmagyarázná a pigmentációs útvonal extra aktivációját.

Így aztán más jelöltek után kellett nézni, és az egyik az történetesen az a K lókusz lett, amiről nemrég kutyák esetében derült ki, hogy mutálódva fekete szőrszínt okozhat. Itt már több szerencsével járt a kutatás: kiderült, hogy a szóbanforgó gén, a fekete egyedekben valóban tartalmaz egy rövid, 3 bázispárnyi deléciót, ami működésképtelenné teszi. Ami azonban furcsává teszi a dolgot, hogy pont ugyanezt a mutációt lelték a fekete ebekben is.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Fehérló – 2.

Az autó előtt volt a ló, s ez időben a fehér hátas számított az abszolút státuszszimbólumnak. Nem meglepő hát, hogy a tenyésztők mindent megtettek a privilegizált kevesek ezirányú igényeinek kielégítéséért. E törekvések eredményeként, egymástól függetlenül, több világos lóparipafajta jött létre, melyek többnyire különböző mutációknak köszönhetik színüket. Az egyik ilyen genetikai elváltozásról nemrég már ejtettünk szót, most lássunk a “fehérló-probléma” egy másik lehetséges “megoldását”.

Pontosabban, ha teljesen hűek akarunk maradni a valósághoz, ezek a lovak nem is fehérek, a szó szoros értelmében. Legalábbis életük elején nem azok (hanem szürkék), csak viszonylag hamar “megőszülnek”, s szőrük fehérré változik. Ennek a pontos biológiai (sejt szintű) mechanizmusa még nem ismert, de a korai őszülés mögött levő gén(ek) azonosításával, egy igencsak jó képet alkothatunk arról, mi is történik.

Azt már eddig is tudni lehetett, hogy a tulajdonság 25. kromoszómához kötődő, domináns jelleg (vagyis elég ha csak a kromoszómapár egyik tagján megtalálható a mutáció, akkor is látható lesz a hatása). Ami csak most derült ki, hogy pontosan, hol is van a kormoszómán a genetikai változás.

Több mint 700 ló megvizsgálása után (na és persze a jól haladó ló genom-projectnek is köszönhetően) a kutatást végzők egy szűkebb régióra kezdtek összpontosítani, ahol mindössze négy gén található. Ezek egyikét sem hozták korábban összefüggésbe a színezettel, bár sejtbeli funkciója alapján legalább az egyikük esetében nem zárható ki elviekben ilyesmi. Ez pedig egy synatxin gén (STX17), amelynek a sejt belsejében levő kis “csomagok”, ún. vezikulumok szállításáért felel: mivel a színanyagot termelő melanocita sejtek ilyen csomagokban tartják a színanyagukat, már látszólag meg is van a tettes. A gond, elsőre, csak az, hogy a STX17 fehérje szerkezetileg teljesen normális (sőt, a másik három fehérje esetében is hasonló a helyzet). Ha azonban a fehérjét kódoló gént vesszük jobban szemügyre, akkor hamar felfedezhető, hogy egyik nem kódoló régiója, intronja megduplázódott. S mivel ebben a DNS szakaszban olyan szabályozó elemek vannak, amelyek a gén expresszióját alapvetően meghatározzák, a duplikáció eredményeképpen a STX17 gén túltermelődik.

A már-már idilli képet azonban egy makacs tény nem hagyja összeállni: ha ezekben a lovakban valóban a kis “csomagocskák” szállításával lenne elsősorban gond a szőrzetért felelős szőrtüszők melanocitáiban, akkor az már születésüktől fogva evidens kellene legyen. De nem az, hiszen amint írtam születésükkor még igencsak színesek. Azaz mindent összevetve valószínűtlen, hogy a STX17 lenne a ludas. De akkor mi más?

Mint kiderült, a duplikáció nemcsak a synatxin gén expresszióját változtatta meg, hanem a szomszédos NR4A3 génét is megnövelte. Ennek szerepe a sejtciklus szabályozásában van, így például azt is meghatározza, hogy milyen ütemben jöjjenek létre a már emlegetett melanociták az őssejtjeikből. Ha túl sok NR4A3 van a sejtben a ciklus túlpörög és a túlerőltetett őssejtek elpusztulnak, vagyis egy idő után már nem jönnek létre új melanociták a szőrtüszőben, s ennek következményeként nem termelődik új színanyag. Ezt a “felpörgetős” modellt látszik alátámasztani az is, hogy a fiatal lovak, az őszülés beállta előtt, paradox módon kicsit besötétülnek – épp mint azt elvárnánk, ha kezdetben, az őssejtek kifáradása előtt, túlpörög a színanyag termelés.

A sejtciklusba való belepiszkálásnak azonban másfajta hatásai is lesznek: a 15 évnél idősebb szürke lovakban 70-80 százalékos valószínűséggel bőrrák lesz diagnosztizálható. Ennek elsődleges oka a melanociták egy másik típusának, a bőrben levő pigmentsejteknek a kóros elburjánzása. Különösen magas a dagant kialakulásának a gyakorisága a lipicai lovakban, így érdemes volt annak is utánanézni, hogy ezt milyen (további) mutáció okozhtaja?

A STX17 intron-duplikáció mellett ezekben a hátasokban az agouti nevű gén működésével is gondok vannak. Ez elsőre nagyon furcsa: más fajokban, ha ez a gén nem működik, annak sötét szőrzet az eredménye. A lipicai lovakban azonban a szőrtüszők melanocitáinak hiányában minderre nincs lehetősége az agouti által befolyásolt MC1R-jelátviteli-útvonalnak. Helyette viszont a bőrben levő további pigment sejtekben kavarnak (az STX17-el karöltve), s ennek lesz eredménye a melanoma.

(A lipicai lovak képe a kalandtabor.hu-ról származik.)


Rosengren Pielberg G, Golovko A, Sundström E, Curik I, Lennartsson J, et al. (2008) A cis-acting regulatory mutation causes premature hair graying and susceptibility to melanoma in the horse. Nat Genet 40(8): 1004-1009.

Bőrszínek – 2.

Az elmúlt év legvisszatérőbb témája az állati szőrszínezet, vagyis pigmentáció evolúciója volt, így talán stílszerű, hogy az év utolsó postjának tervezett, de persze az új évbe átcsúszó beírás is ezzel a témával foglalkozzon.

Mondjuk a pigmentációs posztok közt talán meglepő módon ez alkalommal egy nem-emlős gerincesről lesz szó. Ugyanakkor a rendszeresebb olvasók számára nem lesz meglepő utóbbi kiléte, hiszen az evodevo kutatások egyik új sztárjáról lesz szó, a tüskéspikóról. Az új eredményt ugyanaz a David Kingsley (illetve csoportja) követte el, aki korábban a pikók tengeri és édesvízi változatai közt megjelenő csontozatbeli különbségek molekuláris okait kutatta.

Ezúttal is az említett két populációhoz nyúltak vissza, de ez alkalommal nem a hasúszók jelenlétére és csontlemezek számára koncentráltak, hanem a halak színére. Ugyanis felfigyeltek arra, hogy az édesvízi tüskéspikók lényegesen világosabbak, mint tengeri társaik. Ráadásul ez nemcsak egy helyen figyelhető meg, hanem számos, földrajzilag egymástól távol levő tóban, valószínűvé téve, hogy a halak “kivilágosodása” többször, párhuzamosan végbement.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Fehérló

A fehér ló regék és mítoszok visszatérő szereplője, mesebeli királyfik és valódi kormányzók választott hátasa. Pedig a fehér ló is csak ló, egyetlen különlegessége színében rejlik.

Hogy mi okozza ezt a színt, pontosabban színtelenséget, eddig kicsit rejtélyes volt, bár ahogy egyre többet tudtunk meg a pigmentáció biológiájáról, egyre közelebb kerültünk a megoldáshoz (na, meg persze az sem ártott, hogy a genom szekvenálás elterjedésével egyre egyszerűbb és gyorsabb lett viszonylag nagyméretű gének megszekvenálása is). Rendszeres olvasóimban már biztos felébredt a sanda gyanú, hogy a poszt csak egy újabb apropót kínál arra, hogy újabb bőrt húzzak le a testszín-meghatározásban kulcsfontosságú Mc1r receptorról, így gyorsan megnyugtatnék mindenkit, hogy (kivételesen) nem erről lesz szó ;-).

Egy kattintás ide a folytatáshoz….

Fekete ebek

Hát akkor ismét szőrszín, mert ez (szinte) kifogyhatatlan téma, már csak azért is, mert a laikusok számára is evidens, könnyen érzékelhető változásról van szó.

A természetben a legkülönbözőbb állatokban megfigyelhető egyik leggyakoribb változás a teljesen fekete (ún. melanizált) formák megjelenése. A dolog érdekessége, hogy a fajok elsöprő többségében, két gén, a melanocortin-1 receptor (mc1r) és az agouti mutációja felelős a melanizált fomrák kialakulásáért (és, ami azt illeti, sok más szőrszínváltozat kialakulásáért is). Épp ezért keltett feltünést, amikor pár éve a genetikai vizsgálatok kiderítették, hogy a kutyák esetében a fekete szőrszínt nem ezek a gének okozzák, hanem valami más, egy misztikus K lókusz.

A K lókusz molekuláris mibenléte sokáig homályban maradt és csak a napokban derült fény arra, hogy β-defensin génről van szó. Ez első blikkre finoman szólva is meglepő, hiszen a defensineknek az immunválaszban van jól dokumentált szerepe és nem a szőrszín kialakításában, így aztán jópár kísérletet kellett elvégezni ahhoz, hogy kiderüljön, miként is keletkeznek a fekete ebek.

Megnyugtató módon, már a legelején tisztázódott, hogy valami úton-módon, a β-defensin is a klasszikus, Mc1r függő jelátviteli útvonalba szól bele. Sőt, kitartóbb vizsgálódás azt is bizonyította, hogy a fehérje fekete szőrszínt okozó formája erősen tud magához a receptorhoz kötődni, aktivizálva a fekete pigment szintézisét katalizáló folyamatokat. Mindez szép, logikus és kerek, de van egy bökkenő: a β-defensin gén “normál” (nem fekete színt okozó) verziója is képes hasonló erősséggel a receptorhoz kötődni, azaz a kapcsolat puszta ténye önmagában nem lehet a válasz.

Hogy ne sokat kerteljek, a lényeg úgy tűnik a β-defensin fehérje molekulák mennyiségén van. Ugyanis a gén “fekete” alléljáról átíródó mRNS-ből több lesz a sejtben, mint a normál allélról átíródóból (ergo több fehérje is készül belőle) és ez épp elég az útvonal felpörgetéséhez. (Ha a normál allélból készíttetünk a sejttel többet, akkor az szintén fekete színt idéz elő.)

Persze azt még jó lenne tisztázni, hogy a természetben pontosan miért van kölcsönhatás a melanocortin receptorok és a defensin fehérjék között, mert ez továbbra is rejtély maradt…


Candille SI, Kaelin CB, Cattanach BM, Yu B, Thompson DA, et al. (2007) A β-Defensin Mutation Causes Black Coat Color in Domestic Dogs. Science doi: 10.1126/science.1147880

Vörösek

Úgy tűnik, hogy hirtelen nagyon trendi lett neandervölgyi géneket vizsgálni, hiszen a múlt heti “beszéd-génes” cikk után, a Science-ben most az egyik szőrzetszínt befolyásoló génnek (mc1r) estek neki.

Az érdeklődés persze nagyon is indokolt, hiszen a H. neanderthalis a legközelebbi (bár már nem élő) rokonunknak tekinthető, így aztán génjeinek vizsgálata jó eséllyel választ adhat arra, hogy mi az ami konkrétan a mi fajunkat egyedivé teszi. Ugyanakkor, mint ez az aktuális cikkből is kiderül, a közeli rokonság egyben technikai buktatót is jelent. Az ősi csontok vizsgálata során mindig komoly gondot jelent a modern “szennyeződés”, vagyis a csontokat feltáró és kezelő régészektől származó DNS szennyeződés, ugyanis ez gyakran félrevezetheti a később vizsgálódó genetikusokat. Épp ezért egy-egy gén vizsgálatakor csak akkor lehetnek a kutatást végzők biztosak abban, hogy valóban egy ősi gént leltek, ha az minimum egy bázisnyi különbséget tartalmaz a modern emberi génekhez képest. A teljesen azonos szekvenciáknál ugyanis a mai módszerekkel nem dönthető (még) el, hogy valóban megegyező szekvenciákkal állunk szemben, vagy pechünkre a genetikai szennyeződést vizsgáljuk.

A szóbanforgó cikkben viszgált MC1R receptorról már esett korábban is szó (még paleogenomikai kontextusban is), s mivel ez a gén felelős leginkább az emlősök körében tapasztalható szőrszínvariációkért, logikusnak tűnik a vizsgálata, ha valaki arra kíváncsi, hogy esetleg voltak-e világos színkomplexiójú egyedek a neandervölgyiek között.

Működése során az aktiválódott MC1R egy apró jelátvivő molekula, a cAMP szintjét növeli meg, és ez vezet majd ahhoz, hogy a sárga/vörös pigment helyett fekete pigment keletkezzen. Épp ezért, ha az MC1R nem működik teljes gőzzel, világosabb vagyis szőkés/vöröses szőr- ill. hajszálak jönnek létre.

A neandervölgyi mc1r különlegessége, hogy bizonyos esetekben a jelek szerint egy olyan jellegzetes mutációt hordoz(ott), aminek a következtében, működésbe lépésekor a cAMP koncentráció nem éri el azt a szintet, amit a sötét hajú emberekben figyelhetünk meg. Érdekes módon, ez nem azért van (volt), mert a receptor kevésbé hatékony, hanem mert (pontosan nem tisztázott okok miatt) eleve kevesebb mutáns receptorfehérje jut el a sejtek belsejéből a felszínükre. A végeredmény szempontjából azonban ez mindegy és a létrejövő alacsonyabb cAMP szint megegyezik azzal, amit vöröshajú emberekből izolált MC1R hoz létre – azaz jó eséllyel feltételezhető, hogy az ősi neandervölgyiek kb. 1%-a vörös fej- és arcszőrzettel büszkélkedhetett.


Lalueza-Fox C, Römpler, H, Caramelli D, Stäubert C, Catalano G (2007) A Melanocortin 1 Receptor Allele Suggests Varying Pigmentation Among Neanderthals. Science doi: 10.1126/science.1147417

Szőke mamutok, parti egerek

A jelek szerint a történelem valóban ismétli önmagát, különösen ha a szőrszín megváltozásáról van szó.

Az emlősök között egy Arizonában élő egérfaj (Chaetodipus intermedius) a klasszikus példa arra, hogy a szőrzetszín miként alkalmazkodik a környezethez. A sziklák között élő egér természetes színe a barnás-szürke, de azok az egérpopulációk, amelyek a környéken több helyen előforduló, sötétszínű, megkövesedett láva-folyamok környékén élnek a fekete szőrzet szín dominál. Ennek adaptív hasznát könnyű belátni, hiszen a ragadozók könnyebben kiszúrnak egy barna egeret a fekete környezetben, mint egy ugyancsak feketét.

A bundaszín változás különböző fekete-populációk esetében általában különböző génre vezethető vissza, azonban az egyik esetben a melanocortin-1-receptor (mc1r) génben következett be a változás. Normális esetben ennek a receptornak csak olyan területeken aktivizálódik, ahol pl. később egy sötét színű folt alakul ki az állat szőrzetében, ezeken a helyeken serkentve egy sötét színű pigment, az eumelanin termelését. A fent említett populációban azonban egy olyan mutáció következett be a génben, amely miatt a receptor folyamatosan aktív lett, így aztán az egeret (többé-kevésbé) egyenletes fekete színű bunda borítja.

Egy kattintás ide a folytatáshoz….