От Сильвестра в Looney Tunes до мистера Мистоффлиса в мюзикле 1980-х некоторые из самых известных (хотя и вымышленных) кошек имеют отчетливо резкую внешность благодаря своим черно-белым пальто в стиле смокинга. Кошки с кожей и мехом, отмеченные белыми пятнами таким образом, известны как « биколор» или «пегий» . Piebaldism также распространен в ряде домашних и сельскохозяйственных животных, включая собак, коров и свиней, оленей, лошадей и встречается реже у людей . Это вызвано мутацией в гене под названием «KIT» .
Команда исследователей из университетов Бата, Эдинбурга и Оксфорда работала, чтобы раскрыть тайну того, как эти животные получают свои отличительные особенности. Они обнаружили, что способ формирования этих поразительных пигментных узоров гораздо более случайный, чем первоначально предполагалось. Результаты имеют значение для изучения широкого спектра серьезных эмбриональных нарушений у людей, включая заболевания, влияющие на слух, зрение, пищеварение и сердце.
Piebaldism обычно проявляется в виде белых областей меха, волос или кожи из-за отсутствия пигментных клеток в этих областях. Эти области обычно возникают на передней части животного, обычно на животе и на лбу. Piebald узоры являются одними из самых ярких рисунков шерсти животных в природе.
Хотя последствия пебалдизма относительно незначительны, это один из ряда более серьезных дефектов, называемых нейрокристопатиями . Они являются результатом дефектов развития тканей и могут проявляться в виде проблем с сердцем, глухоты, проблем с пищеварением и даже рака. Все болезни связаны с их зависимостью от семейства эмбриональных клеток, называемых клетками нервного гребня. Лучше понимая пегость, можно лучше понять эти связанные и более серьезные заболевания.
У животных появляются пигментные пигментные пятна на коже, когда у них все еще развиваются эмбрионы. Пибальдизм возникает, когда предшественники пигмент-продуцирующих клеток неправильно распространяются через эмбрион. При нормальном развитии пигментные клетки начинаются около задней части эмбриона и распространяются через его развивающуюся кожу к животу. По мере того как клетки распространяются, они также размножаются, создавая больше клеток, некоторые из которых остаются, чтобы гарантировать, что вся кожа пигментирована.
Однако при пегости, пигментные клетки темного цвета не достигают живота вовремя, чтобы пигментировать волосы и кожу. Это приводит к заметным белым пятнам меха и кожи, обычно вокруг живота животного, самой дальней точки, откуда они начали. Ученые сначала думали, что пигментные клетки движутся непосредственно от задней части к переднему , и что отсутствие пигментации спереди из-за того, что пигментные клетки не двигаются достаточно быстро .
Однако выводы, опубликованные в Nature Communications , рисуют другую картину. Ученые обнаружили, что клетки у пегих животных движутся быстрее, чем у нормальных животных, но они делятся не так часто. Это означает, что просто не хватает клеток для пигментации всех областей развивающегося эмбриона.
Химерные животные развиваются из слияния двух эмбрионов на ранней стадии. Если исходные зародыши были бы по-разному окрашены (например, черный и белый), у химерического животного часто бывают полосатые или пятнистые рисунки шерсти, представляющие собой смесь двух цветов. Ранее преобладающей теорией было то, что каждая полоса была создана небольшим количеством клеток-инициаторов, которые распространялись сзади вперед.
В исследовании использовалась комбинация биологических экспериментов и сложного математического моделирования, чтобы продемонстрировать, что пигментные клетки мигрируют случайным образом. Вместо того, чтобы двигаться в определенном направлении, таком как спринтеры в забеге на 100 метров, клетки движутся практически без настойчивости, как пьяные, выходящие из местного бара во время закрытия. Полосатые узоры, наблюдаемые у некоторых химерических мышей, могут быть просто результатом случайного объединения нескольких групп клеток одного цвета.
Используя математическую модель, можно исследовать и оценивать огромный спектр возможных альтернативных биологических гипотез для формирования паттерна. Это дает более глубокое понимание, которое было бы невозможно только с помощью экспериментов. Это также означает, что можно уменьшить количество животных, используемых в экспериментах в этой важной области исследований.
Удивительно, теперь есть возможность использовать ту же математическую модель для исследования других типов клеток во время раннего развития. Это создает новую возможность узнать больше о медицинских состояниях, связанных с ранним позиционированием клеток, включая те, которые вызывают определенные виды рака нервной системы и другие изнурительные заболевания, такие как синдром Ваарденбурга , болезнь Гиршпрунга и проклятие Ундина , респираторное расстройство, которое смертелен, если не лечить.