Nuevo descubrimiento sobre el patrón de los gatos

 Recomendamos leer los artículos de este blog antes que éste: Patrón y color en los gatos y Genética express

El pelaje de los gatos puede parecer la obra de un artista, con marcas delicadas sobre la piel o con manchurrones de tinta. Por ejemplo, el guepardo común tiene marcas spotted mientras que su primo hermano, el guepardo rey, muestra una especie de fascinante blotched. Son tan diferentes, que se consideraban especies distintas. Sin embargo, en 1981 se confirmó que en realidad el guepardo rey era una mutación del normal, cuando dos hembras normales capturadas dieron a luz dos cachorritos de tipo “rey”.


 

Guepardo rey a la izquierda; Guepardo normal a la derecha

Dos equipos de científicos, liderados por Grez Barsh del Instituto HudsonAlpha de Biotecnología de la universidad de Stanford, y Stephen O´Brien del laboratorio nacional Frederick para la investigación en cáncer, han descubierto el gen responsable de la mutación causante de esta distribución de manchas. Es el mismo gen que convierte un tabby “mackerel” en un “blotched”.

En 2010, Eduardo Eizirik, del equipo de O´Brien, encontró una región de DNA que parecía controlar las diferentes marcas del mackerel y el blotched. Pero como sólo se disponía de un borrador del genoma del gato, no pudo identificar ningún gen específico de esa área. Este estudio llamó la atención de Barsh, que desde hacía tiempo andaba interesado en saber cómo los gatos adquirían sus patrones de pelaje, desde las rayas de los tigres a las rosetas de los leopardos. Ambos equipos empezaron a trabajar juntos.

Christopher Kaelin y Xing Xu se centraron en la región que Eizirik había identificado, usando muestras de DNA tomadas de gatos ferales californianos que se habían capturado para esterilizar. Comparando los mackerel con los blotched, el equipo encontró un gen responsable de las diferentes marcas. Lo llamaron Taqpep. Todos los blotched tenían dos mutaciones críticas en ambas copias del gen taqpep, mientras que los mackerel sólo tenían una o ninguna mutación en sus alelos.

Taqpep es también responsable del manto espectacular del guepardo rey. Kaelin y Xu secuenciaron el gen en el guepardo Kgosi, un guepardo rey cautivo, y encontraron otra mutación en Taqpep, una que aumenta el tamaño de forma considerable de la proteína codificada por este gen.

Kaelin contactó con Ann van Dyk, la mujer que primero identificó los guepardos rey como mutantes de los normales. Ella corrió al centro de conservación del guepardo de Sudáfrica, de donde procedía Kgosi y otros guepardos rey. Analizando los otros guepardos, van Dyck confirmó que la mutación de Taqpep que tenía Kgosi se encontraba en el resto de guepardos rey y en ninguno de los 271 guepardos normales. Además, las pruebas de laboratorio revelaron que las mutaciones del Taqpep, son responsables del patrón atigrado en manchas, tanto en los gatos domésticos como en una cepa rara de felinos en el África al sur del Sáhara. 

Taqpep se activa en la piel de los gatos y no en otros órganos. Pero tanto en los guepardos como en los gatos domésticos, es activa a bajos niveles tanto en las manchas claras como en las oscuras. Asi que, ¿Qué hace realmente Taqpep si no cambia el color del pelo?.

Otro miembro del equipo, Nelly McGowan, encontró otra importante pista. Las marcas tabby comienzan a aparecer en el feto a las 7 semanas de edad. En este estadío, los folículos están plenamente desarrollados y empiezan a producir los pelos. Si el folículo produce mucha melanina, el pigmento oscuro, crece pelo negro. Asi que, ¿Por qué unos pelos fabrican mas o menos melanina?.

Click para agrandar

Para descubrirlo, Lewis Hong buscó genes cuya actividad variara entre las zonas claras y oscuras de la piel del guepardo. Su búsqueda encontró 60 genes que eran más activos en la zona oscura, y uno de ellos destacaba, Edn3.

Edn3 produce una hormona que mantiene el crecimiento y la división de los melanocitos, las células que producen melanina. Está activo en los folículos, mucho más en las regiones oscuras que en las claras, algo que Hong confirmó en guepardos, gatos tabby e incluso en un leopardo. Cuando artificialmente incrementaba la actividad de Edn3 en la piel de ratones de laboratorio, sus pelajes se oscurecían.

Juntando toda la información, el equipo piensa que Taqpep de alguna forma crea zonas periódicas en la piel de los fetos de gato. Esas zonas determinan cómo de activo estará Edn3, que dictaminará el número de melanocitos en el folículo. A mas melanocitos, mas melanina, y más color. Hay que destacar que las zonas delimitadas por Taqpep son “invisibles” y sólo serán aparentes cuando Edn3 se active. Si Taqpep se rompe por ciertas mutaciones, como en los blotched o los guepardos rey, las zonas se vuelven erráticas y más anchas, dando lugar a rayas caóticas en lugar de spots. Como el papel de Taqpep se produce en el temprano desarrollo del animal, esto explica porqué las rayas o los spots no cambian a medida que el gato crece (a diferencia de otros animales no mamíferos con manchas, como las salamandras o los peces).

Cómo Taqpep crea esas zonas: hay unas cuantas posibilidades, pero hay una muy intrigante: Taqpep crea una proteina llamada Tabulina que normalmente está en la membrana de las células de la piel, pero que puede separarse y viejar entre las células. Así que Taqpep podría estar activa, liberando a la Tabulina para migrar a lo largo de la piel y volverse concentrada en algunas áreas.

Este hallazgo es muy importante, ya que la difusión de las moléculas es un rol central para entender los patrones animales. En 1952, Alan Turing, un científico legendario computacional y descifrador de códigos, sugirió que las pieles de animales produciían esos complejos patrones mediante dos moléculas, un activador y un inhibidor. Ambas difundian por la piel y reaccionaban la una con la otra. A distancias cortas, el activador se auto reforzaba, pero a largas distancias, el inhibidor lo bloquea. Dependiento de cómo de rápido se movieran y cómo de fuerte interaccionaran, producían desde spots a blotched (este enlace simboliza lo que se quiere explicar (http://cgjennings.ca/toybox/turingmorph/index.html)

Los científicos han probado las ideas de Turing de “reacción-difusión” en muchos animales, pero ha sido imposible encontrar los activadores y los inhibidores. Barsh piensa que Taqpep (o Tabulina) puede ser uno de ellos, y su equipo lo está investigando.

Hopi Hoekstra, que estudia la genética del color en la universidad de Harvard, está muy impresionado con este estudio: “Sabíamos muy poco de cómo los patrones se forman y se mantienen en los mamíferos. Este es debido principalmente a que el animal de experimentación por excelencia, el ratón, no tiene ni rayas ni spots”. El equipo de Kaelin estudia la diversidad en gatos salvajes y domésticos. Gracias a su trabajo, nos estamos acercando a la historia real sobre cómo el leopardo o el guepardo tienen sus manchas, o el tigre sus rayas.

O´Brien y sus colaboradores Barsh y Kaelin se preguntan porque los gatos tienen esa plétora de variaciones de color y porque la mutación de Taqpep simplemente no desaparece en una generación o dos en la naturaleza. O´Brien está convencido de que el blotched provocado por la mutación de Taqpep no está relacionado solamente con la ventaja del camuflaje. Aunque es útil en la naturaleza, no es esencial. O´Brien predice que los genes responsables del color tendrán algo que ver en otro rol vital, como la resistencia a enfermedades. Dice que Taqpep pertenece a una familia de genes involucrados en la inmunidad y produce receptores que son identificados por virus que pretenden entrar a nuestras células. Una mutación en este gen podría ayudar a los gatos a sobrevivir a una infección.

Sin embargo, aun queda mucho por descubrir, como por ejemplo porqué los leones o los gatos abisinios no tienen un patrón de manchas independientemente del estatus de Taqpep. Es posible que haya una mutación u otro gen que suprima la formación de manchas en los felinos.

Artículo original: Haelin, Xu, Hong, David, McGowan, Schmidt-Kuntzel, Roelke, Pino, Pontius, Cooper, Manuel, Swnson, Marker, Harper, van Dyk, Yue, Mullikin, Warren, Eizirik, Kos, O’Brien, Barsh & Menotti-Raymonds. 2012. Specifying and Sustaining Pigmentation Patterns in Domestic and Wild Cats. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.1220893