De genetische verklaring voor de patroontjes van de kattenpels

Biologie Minutieus onderzoek aan embryo’s heeft opgehelderd hoe katten aan de patronen in hun pels komen.

Donkere vlekken of strepen ontstaan uit de dikke stukjes huid in een kattenembryo. Daar is het gen Dickkopf-4 het meest actief. Foto Getty Images

Donkere vlekken of strepen ontstaan uit de dikke stukjes huid in een kattenembryo. Daar is het gen Dickkopf-4 het meest actief.

Foto Getty Images

Camouflagepatronen zoals tijgerstrepen en luipaardvlekken in de vacht van katachtigen ontstaan al heel vroeg in de embryonale ontwikkeling. Dat gebeurt zelfs al weken voordat er in de huid haarzakjes zijn aangelegd. Een gen in het dna, met de poëtische naam Dickkopf-4, legt dan al het patroon vast dat later de basis van de vachttekening zal worden van het dier. Dat schrijven Amerikaanse onderzoekers onder leiding van Gregory Barsh van Stanford University dinsdag in het wetenschappelijke blad Nature Communications.

De vondst van Dickkopf-4 lost een mysterie op dat was ontstaan was na eerder succesvol onderzoek naar de genetica van patronen in de kattenpels. Daarbij identificeerden genetici, onder wie Barsh zelf, verschillende genen en genvariaties die heel mooi het specifieke vlekken- en strepenpatroon bij raskatten konden voorspellen. Maar hoe die genen de patronen in het embryo tot stand konden laten komen, was niet opgehelderd. Bij gestreepte vissen, zoals de zebravis, migreren gepigmenteerde huidcellen tijdens de ontwikkeling, waardoor van lieverlee bij de volwassen vis het patroon ontstaat. Maar dat proces is volgens Barsh bij zoogdieren lastig voor te stellen en bovendien nog nooit waargenomen.

Ongeboren worpen

Minutieus onderzoek aan kattenembryo’s in combinatie met genetische analyses heeft nu Dickkopf-4 aangewezen als de grote genetische regisseur die de patroonvorming in de vacht aanstuurt. Het team van Barsh verkreeg de kattenembryo’s uit sterilisatieprogramma’s voor zwerfkatten in Californië. In het voorplantingsseizoen bleek ongeveer de helft van de gevangen poezen drachtig. Bij het operatief verwijderen van de baarmoeder en de eileiders van deze poezen konden de onderzoekers meer dan tweehonderd ongeboren worpen verzamelen. Dat leverde een ruime voorraad embryo’s op van verschillende leeftijden, meer dan genoeg om de ontwikkeling van dag tot dag te kunnen volgen.

Bekeken onder de microscoop viel het de onderzoekers op dat de embryonale opperhuid aanvankelijk overal bestond uit een egale enkele laag cellen. Maar in een embryo van een paar weken ouder had zich in de huid een afwisselend patroon ontwikkeld van dikke en dunne opperhuid. Bij analyse van enkele cellen uit die gebiedjes van verschillende diktes zagen de onderzoekers dat er ook genetische verschillen tussen huidcellen waren. Dickkopf-4 sprong eruit als grootste verschil, en was een stuk actiever in de dikke huid. Nader onderzoek leerde dat donkere vlekken of strepen ontstaan uit de dikke stukjes huid, aangezien hier haarzakjes ontstaan met donker pigment.

De conclusie van Barsh en zijn team is dat het Dickkopf-gen de basis legt voor het patroon, waarna andere kleur- en patroongenen dat nog verder kunnen bewerken.

Moleculaire signalen

Dickkopf is een ‘oude bekende’ uit de ontwikkelingsbiologie. Er zijn bij gewervelde dieren vier verschillende Dickkopf-eiwitten bekend, die allemaal een rol spelen in de cascade van moleculaire signalen waarmee cellen onderling de embryonale ontwikkeling sturen. Zulke signalen bepalen in het embryo wat voor en achter, boven en onder is, sturen de herhaalde patronen zoals die van de wervels in de ruggengraat en dirigeren de aanleg van de ledematen. Deze stoffen werken samen in een symfonie van activators en remmers, waardoor het genetische bouwplan van het dier strak ten uitvoer wordt gebracht.

Barsh identificeert het regel-gen Dickkopf-4 nu als hetzelfde gen dat eerder ‘Ticked’ werd genoemd in de kattengenetica. Ticked was een lastige want het leek bij sommige kattenrassen streeppatronen te onderdrukken (bijvoorbeeld bij abbessijnen, burmezen of singaporezen), terwijl het in andere rassen (zoals de Egyptische mau) juist verantwoordelijk zou zijn voor een heel fijn stippelpatroon in de vacht. Maar met de ontdekking van Dickkopf-4 is dat goed te verklaren; rassen zonder streping hebben een mutatie in het Dickkopf-gen waardoor het patroon überhaupt niet wordt aangelegd.

De Dickkopf-eiwitten werden in 1998 ontdekt bij kikkervisjes van de klauwkikker, waarbij experimenten lieten zien dat ze noodzakelijk waren voor de ontwikkeling van de kop en de ogen. Bij de embryonale ontwikkeling zijn deze eiwitten onmisbaar, maar ook bij volgroeide dieren spelen ze nog een cruciale rol in de regulatie van cellen. Mutaties in Dickkopf-eiwitten zijn ook in verband gebracht met het ontstaan van bijvoorbeeld kanker, alzheimer en botziekten.

Lees ook: Waarom heeft een kat vaak witte sokjes?