Окраска, которая формируется только за счет полосатости волоса, называется “агути” по имени южноамериканского грызуна, у которого такая полосатость волос выражена особенно отчетливо. Она обеспечивает незаметность жертв (грызунов) для хищников (котов) и хищников (котов) для жертв (грызунов)^45,[25].

Как возникает полосатость волоса? Вы уже знаете (см. главу 1), что окраску кошачьей шерсти обеспечивают два пигмента: эумеланин (черный – коричневый) и феомеланин (желтый – красный). Оба этих пигмента синтезируются в меланосомах – специальных структурах в цитоплазме пигментных клеток – меланоцитов.

Полосатость волоса формируется за счет того, что в меланоцитах чередуются синтезы эумеланина и феомеланина, поэтому в волос поочередно поступают меланосомы, забитые преимущественно то одним, то другим пигментом (рис. 3–1).

Синтез обоих пигментов происходит в одних и тех же меланосомах, и начинается он одинаково. Фермент тирозиназа превращает аминокислоту тирозин в допахинон⁴⁶. Судьба допахинона зависит от того, есть ли в клетке аминокислота цистеин или нет. Если цистеин есть, то он присоединяется к допахинону, и это поворачивает дорожную стрелку в сторону синтеза феомеланина. Если цистеина в клетке нет, то допахинон превращается в эумеланин при участии тирозиназы и еще некоторых ферментов, одним из которых является TYRP1 (tyrosinase-related protein 1)[26], который в догеномную эру назывался Brown (Браун, о нем мы поговорим чуть позже).

После того как меланосома “созрела”, то есть загрузилась под завязку меланином, синтез в ней прекращается, а сама меланосома уходит из меланоцита в кератиноциты, которые располагаются у основания волоса (рис. 3–1). Кератиноциты делятся асимметрично, выталкивая старые, накопившие пигмент клетки вверх. Те постепенно отмирают и становятся частью волосяного стержня – так волос растет⁴⁷. В процессе отмирания кератиноциты накапливают в себе белки кератины. Кератины попарно скручены между собой в двойные спирали, а эти спирали, в свою очередь, – в еще более толстые спирали, и еще… все ради того, чтобы волос был ровным, гибким и прочным.

Рис. 3–1. Строение волоса.

Откуда меланоцит узнает, какой пигмент ему нужно синтезировать в первую очередь? В многоклеточном организме клетки, ткани и органы работают согласованно. Согласование обеспечивают сигнальные молекулы. Чаще всего сигнальные молекулы представлены белками и бывают двух видов: лиганд и рецептор. Лиганд передает сигнал, химически присоединяясь к рецептору, а рецептор этот сигнал воспринимает и включает или выключает в клетке те или иные процессы.

Формирование полос вдоль волоса регулируется взаимодействием “лиганд – рецептор”. Здесь в роли лиганда выступает белок ASIP, который в догеномную эру назывался Agouti (Агути)⁴⁸. Здесь и далее везде, где можно, мы будем использовать догеномные названия – они более понятные и благозвучные, чем геномные.

Белок Агути синтезируется в клетках кожи, которые прилегают к меланоцитам. Из них Агути выходит во внеклеточное пространство и направляется к меланоциту. Агути действует как лиганд – он присоединяется к мелакортиновому белку-рецептору 1 (MС1R). Его кодирует ген MС1R, который в догеномную эру назывался Extension (Экстеншн)⁴⁹. Этот рецептор так заякорен в клеточной мембране, что часть его выступает на поверхность клетки, а часть – в цитоплазму внутри клетки. С наружной частью вступают в химическую связь лиганды. У рецептора Экстеншн есть два основных лиганда – это Агути и альфа-меланоцит-стимулирующий гормон (α-Melanocyte-stimulating hormone, α-MSH).

У обычных полосатых котов с белком Агути все в порядке (его кодирует доминантный аллель А). Агути без проблем находит рецептор Экстеншн (доминантный аллель Е), связывается с ним и отключает его. После этого запускается программа синтеза пигмента по умолчанию (рис. 3–2). На фоне отключенного Экстеншна активизируется белок – транспортер цистеина. Этот белок накачивает в клетку аминокислоту цистеин⁵⁰. В условиях достаточного количества цистеина запускается синтез феомеланина. В итоге он доверху забивает меланосомы, и волос растет светлым.

Откуда же берутся темные полосы на волосе? В клетке кожи существуют две противоборствующие белковые группировки: одна всеми силами старается поддержать синтез Агути, другая, наоборот, старается этот белок уничтожить. Каждая из группировок с переменным успехом то выигрывает, то проигрывает, поэтому концентрация Агути то растет, то падает (рис. 3–2).

Рис. 3–2. Взаимодействие Агути, α-MSH и Экстеншна обеспечивает переключение между синтезом фео– и эумеланина, благодаря чему вдоль волоса формируются светлые и темные полосы.

Когда Агути мало, то с Экстеншном связывается его второй лиганд – α-MSH (рис. 3–2). В отличие от Агути, α-MSH активирует Экстеншн, и тот изменяет свою форму. На выступающем в цитоплазму конце Экстеншна сидит белок Gsα. Так как конец Экстеншна искривляется, то белок Gsα больше не может удержаться и отваливается. Делать ему теперь нечего, поэтому он идет и донимает своим вниманием другой белок – киназу А. От повышенного внимания белка Gsα киназа А активируется, идет в ядро и там через посредников запускает синтез белков, участвующих в производстве эумеланина, среди которых есть белок Браун. Вдобавок ко всему активированный Экстеншн через белки-почтальоны тормозит работу транспортера цистеина.

Из-за уменьшающегося количества цистеина в меланосомах тормозится синтез феомеланина, а новоприбывший белок Браун с товарищами начинают синтезировать эумеланин. В итоге зрелые меланосомы оказываются набитыми эумеланином, а феомеланина в них мало – отчего формируется темная полоса вдоль волоса. Теперь, разобравшись с нижним уровнем полосатости (полосы вдоль волоса), перейдем к среднему уровню – градиенту от темной спины к светлому животу.