A szürke szín és mutációi: összefoglaló
A lovakra jellemző szürke szín, mely színes alapszínből alakul ki az évek során, egy igen egyedülálló tulajdonság az állatvilágban, s egy kifejezetten kedvelt jelleg volt évszázadokon át. Ezt támasztja alá az a tény is, hogy a mutáció egyetlen lóra vezethető vissza, leszármazottai által, tudatos tenyésztéssel igen hamar elterjedt világszerte. A színről részletesebben az általános, szürkékről szóló cikkben olvashattok.
A szürkeségért a Syntaxin17 (STX17) gén egy nemkódoló részének mutációja a felelős, amely domináns öröklésmenetű. 2021-ben és 2024-ben felfedezték, hogy az eredetileg egyfajta mutációnak hitt génváltozás nemcsak génszakasz-megkettőződés, hanem megháromszorozódás is lehet, így a korábbi domináns G allél helyett G2 és G3 allélokról beszélünk. A G2 allél lassú, míg a G3 allél gyors szürkülést okoz – ám nemcsak a szürkülés sebessége, hanem a mutációhoz kötött melanóma-gyakoriság is változik annak függvényében, hogy egy ló mely variánsokat hordozza.
Genotípus – a korábbi kutatások szerint
A szürkülés szemmel is látható folyamatát bár már viszonylag jól ismerjük, molekuláris szinten viszont még közel sem értjük annyira ennek a mechanizmusát, mint szeretnénk. A korábbi kutatások megállapították, hogy a mutáció a Syntaxin17 (STX17) génen belül található, a gén egy “nemkódoló” részén belül bekövetkezett megkettőződése okozza a szürke színt. (A STX17 gén 6-os intronjának egy 4,6kb hosszúságú szakaszának duplikációja).
Ezáltal ezt a mutációt mutató génvariánst (allélt) G, mint Grey / Gray domináns allélnak jelölték, a mutációt nem hordozó gént pedig g-nek. A színes lovak tehát g/g genotípusúak, míg a szürke lovak lehetnek heterozigóta G/g, ha csak az egyik szülőtől örökölték a szürke génmutációt, vagy homozigóta G/G genetikájúak, ha mindkét szülőtől örökölték, így ez utóbbiak 100%-os színörökítők.
A mutáció jellege miatt a pontos genetikai feltérképezés korábbi módszerekkel még nem volt lehetséges, így a kutatók az eredményekből következtettek arra, hogy a mutáció egy megkettőződés lehet. A rutinban is használatos genetikai tesztek emiatt a komplexebb mutáció miatt nem feltétlenül tudtak zigozitásra eredményt adni a színgenetikai tesztet kérő lovasoknak, azaz nem tudták megmondani, egy ló heterozigóta vagy homozigóta-e a szürkére, mindösszesen annyit, hogy jelen van-e a mutáció (present) vagy sem (absent).
Mindettől függetlenül egyértelmű volt, hogy a szürke mutációra jellemző az allél-dózis hatás: azok a lovak, akik csak egy szürke alléllal (heterozigóta szürkék, G/g) rendelkeznek, lassabban szürkülnek, nagyobb eséllyel lesznek legyesszürkék teljesen kifehéredett ezüstszürke helyett, és kisebb számban lesz rájuk jellemző a melanoma, ellentétben a homozigóta szürke (G/G) lovakkal, akik a két szürke allél miatt gyorsabban szürkülnek és nagyobb eséllyel jelenik meg életük folyamán a mutációhoz társított melanóma.
Korábban is leírtak extrém lassan szürkülő egyedeket, ahol sejthető volt, hogy a lassan vagy későn szürkülő (slow graying vagy late greying) fenotípus mögött valamilyen jól leírható genetikai ok áll, ezt az okot azonban sokáig még nem fedezték fel.
Újabb, meglepő kutatási eredmények
2021-ben lengyel kutatók sikeresen alkalmaztak egy újabb, pontosabb molekuláris módszert (droplet digital PCR – ddPCR) a STX17 génmutáció feltérképezésére, és legnagyobb meglepetésükre azt tapasztalták, hogy szürke lovakban a releváns 4,6kB génszakasz egy génen belül nem duplán, hanem nagyobb számban, triplán van jelen. Az általuk vizsgált szürke lovakban a STX17 génben a génszakasz megháromszorozódott (triplikáció) formájában volt megtalálható, így míg a színes lovak az eredeti, vad típusnak megfelelően összesen kettő (1+1 a két STX17 génen) kópiát hordoztak ebből a génszakaszból, addig a heterozigóták 4-et (3+1), a homozigóták pedig 6-ot (3+3).
number study using droplet digital PCR reveals a new pattern. doi: 10.1111/age.13044
2024-ben további két szakcikk (egy részletesebb kutatás a génmutációról, valamint egy összefoglaló review-cikk) jelent meg, mely megoldotta a rejtélyt, miszerint az adott génszakasz duplikációja és triplikációja is jelen lehet a szürke lovakban. Az ok, amiért a lengyel kutatók csak triplikációval találkoztak, abból eredt, hogy ez a variáns jóval elterjedtebb a világon, mint a tandem duplikációs szürke mutáció. Ezt a jelenséget, amikor egy adott génszakasz több pldányban is jelen lehet, kópiaszám variációnak (copy number variation, CNV) hívjuk.
G1, G2 és G3 allélok
Az újabb, 2024-es kutatás kiindulópontja az volt, hogy a Connemara pónik egy része extrém lassú szürkülő (slow grey) fenotípussal rendelkezik, míg más egyedek gyorsan szürkülnek, így a kutatók célja az volt, hogy felfedezzék, mi rejlik a látványos fenotípus-különbség mögött. A részletes genetikai módszertanoknak (teljes genom szekvenálás, szekvenciaanalízis, …) köszönhetően felfedezték, hogy két különböző szürke allél is létezik, attól függően, hogy az érintett (intron6 4,6kB hosszúságú) génszakasz duplikációjából kettő, vagy három példány van-e jelen A domináns G allél helyett a továbbiakban G2 és G3 allélként jelölik a mutációt.
A szürke és nem szürke lovak genotípusának leírása tehát megváltozott. Mivel a STX17 gén eredeti formájában az említett 4,6kB hosszúságú génszakasz csak egyszer található meg, így a színes lovak genotípusát G1-nek jelölték meg a korábbi g helyett. (Egyes tesztekben találkozhatunk a megszokott N, mint normal vagy non-gray jelöléssel.) Ha ez a génszakasz egy génen belül kétszer (G2) vagy háromszor (G3) található meg duplikáció vagy triplikáció miatt, a ló szürke lesz.
A színes lovak genotípusa így minden esetben G1/G1. (N/N vagy g/g)
Heterozigóta szürkéké lehet G2/G1, vagy G3/G1.
Homozigóta szürkéknél mivel mindkettő allél előfordulhat, lehetnek G3/G3, ritkábban G2/G2 vagy G2/G3 genotípusúak. (Utóbbit ugyan genetikai értelemben nem neveznénk homozigótának, hiszen két különböző allélról van szó, de az egyszerűség kedvéért a “homozigóta szürke” kalap alá vesszük most őket.)
A G3 allélt a kutatásban sokkal több lóban azonosították, míg a G2 csak elvétve fordult elő. A két allél különböző módon hat a szürkülés sebességére, így az elterjedtebb G3 allél oka az, hogy korábban a szürkéket a minél gyorsabban szürkülő, minél “fehérebb” egyedekre igyekeztek szelektálni, így ez a variáns vált sokkal elterjedtebbé, főleg bizonyos fajtákban, melynek élén a Lipicai lovak járnak.
Mindkét allél ugyanabból az ősi mutációból származik, azaz valóban egy lóra vezethető vissza minden szürke. Az viszont nem ismert, hogy az ősi allél két vagy három kópiát hordozott-e a 4,6kB génszakaszból.
A lókuszra azonban jellemző a dinamikus evolúció, azaz a két allél képes egymásból keletkezni, egymásba átalakulni a sejtosztódás különböző fázisában. A szakcikkben részleteznek egy esetet Japánban, ahol a gyors-szürkülő fenotípussal rendelkező angol telivérek családfájában egyszercsak megjelent egy slow grey fenotípusú egyed. Megállapították, hogy a G3/G3 genotípusú kanca és a színes G1/G1 csődör csikója lassan szürkülő tulajdonsággal rendelkezett, G2/G1 genetikával született: a G3->G2 mutáció a kanca petesejtjeinek létrejöttekor, a meiózis egy fázisában következett be, utólag sajnos nem lehetett megállapítani a pontos mutációs mechanizmust (intrakromoszómális, vagy inter-kromoszómális mutációról lehetett-e szó).
Mivel hasonló mutációs események korábban és továbbra is előfordulhatnak, nem kizárt, hogy létezhetnek G4 vagy afeletti kópiaszámú szürkék, jelenleg azonban nincs adat arra vonatkozóan, valóban előfordulhat-e, és ha igen, milyen gyakorisággal.
A G2 és G3 allélok dózis-hatás effektusa meghatározza a szürkülés sebességét és a melanóma kockázatát
A G2 allél okozza a lassan szürkülő fenotípust, a melanóma kockázata ekkor alacsony.
Bár a G2 allél kevésbé elterjedt, számos fajtában megtalálható; ezeknél a lovaknál a szürkülés lassan megy végbe. A kutatók a következő lófajták egyedeiben mutatták ki a G2 allélt a kutatás időtartama alatt (azaz természetesen más fajtákban is jelen lehet még): Andalúz, Connemara póni, Miniatűr ló, Mangalarga Marchador, Mustang, Quarter Horse, Tennessee Walking Horse, Welsh póni.
A G3 allél gyors szürkülést eredményez, a melanóma előfordulásának nagyobb az esélye. G3/G3 homozigóták körében a szürkülés extrém gyorsan megy végbe, a melanóma kockázata igen magas.
Bár a két allélhoz különböző fenotípusok társíthatók, valószínűleg további genetikai faktorok is közrejátszhatnak a szürkülés sebességéhez, valamint a melanóma esélyéhez.
G1/G1: nincs szürkülés, alacsony melanoma előfordulás.
G1/G2: lassú szürkülés, alacsony melanoma előfordulás.
G1/G3: gyors szürkülés, magas melanoma előfordulás.
G3/G3 homozigóták: nagyon gyors szürkülés, nagyon magas melanoma előfordulás.
G2/G3 heterozigóták és G2/G2 homozigóták: kevés megfigyelés áll rendelkezésre a G2/G3 és G2/G2 homozigóták fenotípusának pontos leírására. Valószínűsíthető, hogy a G2/G3 lovak köztes fenotípust mutatnak a G1/G3 és G3/G3 genotípusokhoz képest, mind a szürkülés, mind a melanoma előfordulás tekintetében.
A melanóma kockázata és a szürke allélvariánsok közötti összefüggés nem lineáris, sokkal inkább egy threshold-effect (küszöbhatás)-ról beszélünk, azaz a mutáció csak akkor vált ki tényleges hatást, mikor elér egy bizonyos küszöbértéket. Ezt támasztja alá az az eredmény, hogy a 25 vizsgált, 15 év feletti G1/G2 szürkék között egy melanómás esetet sem diagnosztizáltak, míg az ugyanilyen korú G1/G3 heterozigóták több, mint fele mutatta a melanóma jeleit.
Az új allélokra már mindenki számára elérhető a genetikai teszt az UC Davis laborban.
A tandem ismétlődés miatt a négy kópiával rendelkező szürkéknél (G2/G2 vagy G1/G3) a pontos zigozitás-meghatározás a mai napig nehézkes, így náluk a genetikai teszt is csak annyit ír, hogy négy kópiát hordoznak, de a zigozitás nem állapítható meg.
A gyorsan szürkülő csikókra jellemző a grey goggles, azaz a szemek körül található “szürke szemüveg”. A csikók akár már az első hetekben hordozhatnak szürke szőrszálakat, az extrém gyorsan szürkülők akár már az első egy-két vedlés után drasztikus színváltozáson mennek keresztül. Általában tizenéves korukra teljesen “fehérek”, ezüstszürkék lesznek.
A lassan szürkülő csikókra nem jellemző a grey googles, a szürke tűzöttség sokáig nem jelenik meg rajtuk, akár néhány éves korukig is színesek maradhatnak, egyértelmű szürkülés nélkül. Fehér fejjegyek jelenlétében a szürkülés gyakran a jegyek elmosódásával kezdődik. Legtöbbször nem érik el a világos ezüstszürke színt, ha mégis kiszürkülnek, gyakran legyesszürke árnyalatúak lesznek.
Forrás
Nowacka-Woszuk, J., Mackowski, M., Stefaniuk-Szmukier, M., & Cieslak, J. (2021). The equine graying with age mutation of the STX17 gene: A copy number study using droplet digital PCR reveals a new pattern. Animal genetics, 52(2), 223–227. https://doi.org/10.1111/age.13044
Andersson L. (2024). White horses – non-coding sequences drive premature hair greying and predisposition to melanoma. Upsala journal of medical sciences, 129, 10.48101/ujms.v129.10626. https://doi.org/10.48101/ujms.v129.10626
Rubin, C. J., Hodge, M., Naboulsi, R., Beckman, M., Bellone, R. R., Kallenberg, A., J’Usrey, S., Ohmura, H., Seki, K., Furukawa, R., Ohnuma, A., Davis, B. W., Tozaki, T., Lindgren, G., & Andersson, L. (2024). An intronic copy number variation in Syntaxin 17 determines speed of greying and melanoma incidence in Grey horses. Nature communications, 15(1), 7510. https://doi.org/10.1038/s41467-024-51898-2
Lószíngenetika 