Come si formano le strisce sul mantello dei gatti

Quando Rudyard Kipling ha raccontato quale sia la causa delle macchie del leopardo, ha commesso un grande errore. I leopardi hanno “coccarde“; mentre i ghepardi hanno macchie, afferma Gregory Barsh, genetista dell’HudsonAlpha Institute for Biotechnology.
In qualunque modo chiamiamo i segni, il motivo per cui i gatti selvatici e i gatti domestici acquisiscono le loro “macchie” è stato a lungo un mistero. Ora, Barsh e i suoi colleghi hanno trovato la risposta, dimostrando che una teoria vecchia di 70 anni, che spiega i modelli in natura vale anche per il colore della pelliccia nei gatti e probabilmente anche in altri mammiferi.
“Questo è un documento importante che svela parte della base genetica [dei] segni di colore del mantello così importanti in molti mammiferi”, afferma Denis Headon, biologo dello sviluppo del Roslin Institute. Spiega inoltre come questi geni operano durante lo sviluppo, formando quello che chiama un “meccanismo altamente adattabile” che risponde alle modifiche genetiche per produrre diversi modelli di mantello, che vanno dalle strisce alle macchie.
I biologi hanno identificato la fonte dei pigmenti neri, marroni, gialli e rossi che colorano i capelli o la pelliccia,le cellule del follicolo pilifero. “Ma non sapevamo quando e dove si è svolto il processo di creazione del modello di colore”, spiega Barsh.
Il pioniere dell’informatica Alan Turing suggerì nel 1952 che le molecole che si inibiscono e si attivano a vicenda potrebbero formare schemi periodici se si diffondessero a diversa velocità attraverso i tessuti. Trent’anni dopo, altri scienziati hanno applicato la teoria di Turing per sviluppare un’ipotesi su come si formano macchie, strisce e altri modelli di colore nella fase dello sviluppo degli animali. In questo schema, le molecole attivatrici colorano una cellula ma attivano anche la produzione di inibitori, che si diffondono più velocemente degli attivatori e possono interrompere la produzione del pigmento. Lo scorso anno, l’idea di Turing si è dimostrata corretta nelle piante chiamate fiori di scimmia: i ricercatori hanno dimostrato che le macchie scure sui petali vengono circondate da tessuto non pigmentato grazie alla diffusione degli inibitori. E i ricercatori hanno dimostrato che le molecole che seguono il modello di Turing favoriscono lo sviluppo dei follicoli piliferi nei topi. Ma il modo in cui si sviluppa il colore del mantello nei mammiferi è rimasto in gran parte un mistero perché i topi e altri animali da laboratorio facili da studiare non hanno macchie o strisce.
Quindi il team di Barsh, per tracciare l’identità degli attivatori molecolari e degli inibitori del colore del mantello è ricorso ai gatti domestici. Circa dieci anni fa, hanno rintracciato un gene, Tabby, che, una volta mutato, dà ai gatti soriani macchie nere invece delle solite strisce scure. Il genetista dell’Hudson-Alpha Christopher Kaelin ha scoperto la stessa mutazione nei ghepardi reali le cui macchie erano insolitamente grandi, suggerendo che gli stessi geni danno il colore sia ai gatti selvatici che a quelli domestici.
Occorreva vedere quali altri geni e quali mutazioni agiscono durante lo sviluppo, per questo la collega di Kaelin McGowan ha trascorso diversi anni a raccogliere tessuti scartati da cliniche che sterilizzano i gatti selvatici. I due hanno notato ispessimenti temporanei della pelle degli embrioni di 28-30 giorni, dove in seguito sarebbero apparse le strisce nere sulla pelliccia. “C’è un cambiamento [nella pelle] che precede e imita ciò che osservi nella [pelliccia] adulta”, spiega McGowan.
I ricercatori hanno quindi isolato e sequenziato i geni attivi nelle singole cellule della pelle di questi embrioni. A circa 20 giorni di età, gli embrioni hanno mostrato un forte aumento dell’attività di diversi geni coinvolti in un percorso di sviluppo noto come segnale Wnt, in aree cutanee destinate a ispessirsi prima che l’area diventi permanentemente scura. Uno dei geni più attivi era il Dkk4, come riportato il 16 novembre su bioRxiv. Il team ha inoltre scoperto che le mutazioni che inattivavano Dkk4 spiegavano la perdita di segni distinti nelle razze Abissina e Singpura, rendendo le loro macchie troppo piccole per essere distinguibili. Tabby e Dkk4 “Sono nello stesso percorso” e probabilmente funzionano sia con i gatti domestici che con quelli selvatici, spiega Barsh, anche se non sa ancora come sono collegati.
Dkk4 è un noto inibitore della segnalazione Wnt, che aiuta a determinare il destino delle cellule e stimola la crescita cellulare durante lo sviluppo in molti animali. Il team ha scoperto che nei gatti domestici, Wnt e Dkk4, rispettivamente, sono l’attivatore e l’inibitore. Nella pelle scura, esistono in quantità pressoché uguali. Ma nelle aree più chiare, la proteina Dkk4 che si muove più velocemente, molto probabilmente spegne Wnt, interrompendo la produzione di pigmento e quindi generando strisce, proprio come aveva previsto la teoria di Turing. “È straordinario, anche se non del tutto sorprendente, vedere che il segnale Wnt-Dkk4 gioca ancora un ruolo fondamentale”, afferma Larissa Patterson, biologa dello sviluppo del Rhode Island College.
“Questo documento fornisce intuizioni stimolanti sui potenziali meccanismi di diversità dei modelli nei gatti selvatici“, aggiunge Patterson. “Si aggiunge all’evidenza” che questo processo è all’opera nei gatti e, molto probabilmente, in altri mammiferi, concorda Roland Baddeley, neuroscienziato computazionale dell’Università di Bristol.
I ricercatori avevano già dimostrato che il meccanismo di Turing che coinvolge Wnt e Dkk4 determina la formazione dei follicoli piliferi, ma non il colore del mantello nel topo. Il team di Barsh, tuttavia, ha scoperto che il modello di colore nei gatti e forse in altri mammiferi è stabilito ben prima della comparsa dei follicoli piliferi, suggerendo che i primi modelli di colore possono guidare la pigmentazione del follicolo pilifero.
La semplice interazioni tra molecole che porta alla varietà di modelli di colore del mantello nei mammiferi che osserviamo è un esempio della parsimonia della natura, dice Headon. “Ciò suggerisce che è probabile che le stesse molecole e percorsi vengano riutilizzati per modellare strutture molto diverse e su scale molto diverse per formare gli elementi intricati dell’anatomia dei vertebrati”.
Fonte: Science