خطوط راه راه روی پوشش گربه‌ها از کجا می‌آید؟

تا به حال به این موضوع فکر کرده‌اید که خطوط راه‌راه روی پوشش گربه پشمالوی شما از کجا آمده است؟ مطالعه جدیدی از گربه‌های اهلی آشکار کرده است که کدام ژن‌ها عامل ایجاد الگوی متمایز خز گربه‌ها است و اشاره می‌کند که همان ژنتیک ممکن است علت پوشش متمایز گربه‌های وحشی مانند ببرها و یوزپلنگ‌ها نیز باشد.

دکتر گریگوری بارش، نویسنده ارشد مقاله و ژنتیکدانی در مؤسسه بیوتکنولوژی هادسون آلفا در آلاباما در ایمیلی به لایوساینس نوشت این موضوع که گربه‌ها الگوی پوشش خود را چگونه به دست می‌آورند، در علوم زیستی معمایی با قدمت چندین دهه است. حدود ۷۰ سال پیش، دانشمندان شروع به طرح تئوری‌هایی درباره این موضوع کردند که چرا و چگونه موجودات زنده الگوهای تناوبی مانند نوارهای روی پوشش گورخر یا قسمت‌های ژله‌ای روی بدن کرم پیله‌ساز را به دست می‌آورند.

در برخی حیوانات مانند گورخرماهی، این الگوها به دلیل چیدمان انواع مختلف سلول ظاهر می‌شود؛ اما در پستانداران، سلول‌های پوست و مو در سراسر بدن دقیقا یکسان هستند و الگوی رنگ به دلیل تفاوت در فعالیت ژنتیکی بین مثلا سلول‌هایی که زیر نوار تیره قرار دارند و سلول‌های زیر نوار روشن ایجاد می‌شود. بنابراین، این سؤال که نوارهای روی پوشش گربه‌ها از کجا می‌آید، به این موضوع وابسته است که ژن‌های مختلف چگونه و چه زمانی در سلول‌های آن‌ها فعال می‌شوند و این ژن‌ها چگونه بر نمو حیوان اثر می‌گذارند. به‌طورخلاصه، این موضوع پیچیده است.

حال، در مطالعه جدیدی که ۷ سپتامبر در مجله Nature Communications منتشر شده است، بارش و همکارانش چندین ژن را شناسایی کردند که با همکاری هم الگوی پوشش گربه‌ها را مشخص می‌کنند.

در مطالعه‌ای که سال ۲۰۱۲ در مجله Science منتشر شد، ژنی به نام Taqpep یا آمینوپپتیداز تراغشایی Q شناسایی شده بود. گربه‌هایی که دارای یک نسخه از ژن Taqpep بودند، نوارهای تیره و نازکی داشتند، درحالی‌که گربه‌های دارای نسخه جهش‌یافته از این ژن دارای حلقه‌های بزرگی از خز تیره رنگ بودند. نسخه حلقه‌ای این ژن در گربه‌های رمیده بیشترین فراوانی را دارد.

پژوهشگران برای بررسی این موضوع که چه ژن‌های دیگری ممکن است موجب الگوهای متنوع پوشش گربه‌ها شود، شروع به جمع‌آوری بافت‌های دورریخته‌شده از کلینیک‌هایی کردند که گربه‌های رمیده را عقیم می‌کنند. برخی از رحم‌های جدا شده گربه‌ها حاوی رویان‌های زیست‌ناپذیر بود که پژوهشگران در آزمایشگاه آن‌ها را بررسی کردند.

آن‌ها متوجه شدند که در حدود ۲۸ تا ۳۰ روزگی، مناطق ضخیم و نازکی در پوست رویان‌های گربه ایجاد می‌شود. در مراحل بعدی نمو، در این پوست ضخیم و نازک فولیکول‌های مو ایجاد می‌شود که انواع مختلفی از ملانین را تولید می‌کنند: یوملانین برای خز تیره و فیوملانین برای خز روشن.

به‌گفته بارش، مکانیسم مسئول الگوی رنگ در اوایل روند نمو اتفاق می‌افتد؛ یعنی پیش از تشکیل فولیکول‌های مو و درون سلول‌هایی که رنگدانه‌ای نمی‌سازند بلکه در تشکیل ساختار فولیکول مو مشارکت دارند. پژوهشگران با کشف این الگو، بررسی کردند که کدام ژن‌ها فعال بودند و به توسعه پوست ضخیم منجر می‌شدند تا ببینند که آیا ژن‌های خاصی شکل‌گیری این الگو را تحت کنترل دارند.

پژوهشگران دریافتند که در رویان‌های ۲۰ روزه، چندین ژنِ دخیل در رشد‌ونمو سلول، به‌طور ناگهانی روی پوستی که بعدا قرار بود ضخیم شده و فولیکول‌های تولیدکننده خز تیره در آن رشد کنند، فعال می‌شدند. این ژن‌ها در مسیر سیگنال‌دهی Wnt نقش دارند که واکنش زنجیره‌ای مولکولی است که سلول را درجهت تمایز پیدا کردن به انواع خاصی از سلول ها هدایت می‌کند.

یکی از ژن‌های فعال Dkk4 بود. ژن Dkk4 پروتئین را رمزگذاری می‌کند که سیگنال‌دهی Wnt را تضعیف می‌کند. درمورد خز گربه، به‌نظر می‌رسد رقابت میان Dkk4 و Wnt تعیین می‌کند که قطعه‌ای از خز به رنگ تیره یا روشن درآید. در تکه‌های تیره، Dkk4 و Wnt یکدیگر را خنثی می‌کنند؛ اما در تکه‌های روشن، Dkk4 بر Wnt غلبه می‌کند.

یافته‌های پژوهشگران از تئوری حمایت می‌کند که آلن تورینگ، ریاضی‌دان برجسته در دهه ۱۹۵۰ مطرح کرد. تورینگ پیشنهاد کرد که الگوهای متناوب حیوانات مانند راه‌راه‌ها، زمانی ظاهر می‌شوند که یک مولکول فعال‌کننده تولید یک مولکول مهارکننده را افزایش می‌دهد و این دو مولکول در یک بافت با هم درمی‌آمیزند. در این مورد، Wnt فعال‌کننده و Dkk4 مهارکننده است.

همسو با فرضیه تورینگ، گروه بارش فکر می‌کند که Dkk4 نسبت‌به سیگنال‌دهی Wnt با سرعت بیشتری در بافت منتشر می‌شود و حاصل این امر توزیع نابرابر تکه‌های متناوبی از رنگ‌های تیره و روشن در گربه‌ها است. علاوه‌بر‌این، ژنوتیپ Taqpep گربه (یعنی اینکه آیا نسخه نواری یا حلقه‌ای از ژن را حمل کند) نیز تعیین می‌کند که ژن Dkk4 کجا می‌تواند فعال شود. ژن Taqpep کدکننده یک پروتئاز است که آنزیمی است که پروتئین‌های دیگر را می‌شکند؛ اما درحال‌حاضر پژوهشگران نمی‌دانند که این آنزیم فعالیت Dkk4 را به شکل مستقیم یا غیرمستقیم تحت‌تأثیر قرار می‌دهد.

پژوهشگران در ادامه تجزیه‌و‌تحلیل‌های خود، توالی ژنوم گربه‌ها را از پایگاه داده‌ای به نام مجموعه 99 Lives بررسی کردند. آن‌ها دریافتند که نژادهای حبشی و سنگاپوری که هیچ خط یا لکه‌ای ندارند و ظاهری یکدست دارند، نسخه‌های جهش‌یافته از Dkk4 را دارند که این ژن را غیرفعال می‌کند.

پژوهشگران قصد دارند در کارهای آینده خود ببینند که آیا جهش‌های مشابهی در گربه‌های وحشی وجود دارد یا نه. مطالعات گذشته نشان داده است که حداقل در یوزپلنگ‌ها (Acinonyx jubatus)، ژنوتیپ Taqpep گربه بر ظاهر لکه‌های آن تأثیر می‌گذارد و به‌گفته دانشمندان درمورد Dkk4 نیز ممکن است چنین باشد.

یوزگربه (Felis serval) نیز وجود دارد که نوعی گربه وحشی آفریقایی است که دارای لکه‌های سیاه درشتی است؛ اما گاهی‌اوقات به جای آن پوششی از خال‌های ریز و نزدیک به هم را ایجاد می‌کند. آیا جهش Dkk4 می‌تواند این تنوع را توضیح دهد؟ بارش گفت:

مشاهدات ما تا به امروز فقط روی گربه‌های اهلی است. این احتمال وجود دارد که مولکول‌ها و مکانیسم‌های موردمطالعه در گربه‌های اهلی در تمام بیش از ۳۰ گونه گربه وحشی نیز وجود داشته باشد؛ اما برای اطمینان از این موضوع باید مطالعات اضافه‌ای روی DNA گربه‌های وحشی انجام دهیم.

همچنین، پژوهشگران قصد دارند بررسی کنند که آیا همین مکانیسم‌ها در پستانداران دورتری مانند گورخرها یا زرافه‌ها نیز وجود دارد.