Warum Garfield orange ist: Forscher lüften das Geheimnis der Katzenfarben

Was macht eine Katze orangefarben – und warum kann man das Geschlecht manchmal an der Fellfarbe erkennen? Forscher haben das Geheimnis gelüftet. Ein Gastbeitrag.

Garfield, der Star des gleichnamigen Comics von Jim Davis aus dem Jahr 1978, ist wie viele Katzen, die durch unsere Häuser streifen, orange. Er ist orange, so wie manche Menschen rothaarig, manche Pferde braun oder manche Hunde Irish Setter sind, aber es gibt einen wichtigen Unterschied.

Bei allen anderen Tieren, einschließlich Menschen mit roten Haaren, wissen wir, was diese charakteristische Farbe verursacht, aber überraschenderweise wussten wir bisher nicht, was sie bei Katzen – und Katzenartigen im Allgemeinen – verursacht.

Auf bioRxiv, einem der beliebtesten Repositorien für unveröffentlichte wissenschaftliche Artikel, sind jetzt zwei Arbeiten erschienen, die die Genetik hinter orangefarbenen Katzen erklären. Die eine stammt aus dem Labor von Greg Barsh an der Stanford University in Kalifornien. Die andere stammt aus dem Labor von Hiroyuki Sasaki an der Kyushu-Universität in Japan.

Eumelanin und Phäomelanin: die beiden Pigmente der Säugetiere

Säugetiere haben nur zwei Pigmente, die zwei Farben des Melanins sind: Eumelanin (dunkelbraun, schwärzlich) und Phäomelanin (gelblich, rötlich oder orange). Rothaarige bilden nur Phäomelanin, während dunkelhäutige Menschen hauptsächlich Eumelanin ansammeln.

Alle anderen Haut- und Haarfarben liegen irgendwo dazwischen, dank der mehr als 700 Gene, die die Pigmentierung bei Tieren regulieren.

Bei Primaten, Pferden, Nagetieren, Hunden, Kühen und vielen anderen Tieren liegt die Melaninproduktion und die Entscheidung, ob Eumelanin oder Phäomelanin gebildet wird, in den Händen eines Membranproteins namens MC1R.

Es steuert die Hautzellen, die Melanozyten, die Melanin freisetzen. Wenn ein Melanozyten-stimulierendes Hormon (alpha-MSH) freigesetzt wird, beginnen die Melanozyten mit der Produktion von Eumelanin.

Kommt ein Gegenspieler hinzu, wie das Agouti-Signalprotein oder Beta-Defensin beim Hund, wird die Produktion des dunklen Eumelanins gestoppt und die Melanozyten produzieren stattdessen das orangefarbene Phäomelanin.

Bei Katzen verhält es sich ganz anders. Jeder, der eine Katze zu Hause hat, weiß, dass Katzen sehr eigenwillige Tiere sind, sehr speziell in jeder Hinsicht, und das gilt auch für ihre Pigmentierung.

Bei Katzen wird die Produktion von Eumelanin und Phäomelanin nicht durch den MC1R-Rezeptor gesteuert. Stattdessen wird sie von einem Locus (dessen Gen bisher unbekannt war), der "orange" genannt wird, kontrolliert.

Ein Locus ist ein physischer Ort im Genom, von dem man weiß, was er bewirkt (z. B. schwarzes oder oranges Fell), aber man kennt weder die genaue DNA-Sequenz, die er enthält, noch das Gen, zu dem er gehört.

Aus diesem Grund identifizieren wir normalerweise zuerst den Locus und entdecken und beschreiben dann im Laufe der Zeit das zugehörige Gen im Detail. Der Orange-Locus bei Katzen kann in zwei Versionen auftreten: eine "O"-Variante, die die Produktion von Phäomelanin (orange) unterstützt, und eine "o"-Variante, die für die Produktion von Eumelanin (schwarz) verantwortlich ist.

Zu beachten ist, dass sich der orange Genort auf dem X-Chromosom befindet. Weibliche Katzen sind XX und männliche Katzen sind XY, wie bei allen anderen Säugetieren auch. Und wie bei allen weiblichen Säugetieren wird während der Entwicklung zufällig eine der beiden Kopien des X-Chromosoms in allen Zellen inaktiviert.

Oo-weibliche Katzen - die die "O"-Variante auf einem X-Chromosom und die "o"-Variante auf dem anderen X-Chromosom tragen – entwickeln Körperregionen, die orange sind (in Regionen, in denen sie das "o"-Allel inaktiviert haben), und andere, die schwarz sind (wenn sie das "O"-Allel inaktiviert haben).

Wenn wir also eine zweifarbige Katze (schwarz/orange) oder eine dreifarbige Katze (schwarz/orange/weiß) oder eine ihrer aufgehellten Varianten sehen, wissen wir, dass es sich um eine weibliche Katze handelt, und ihr Pigmentmuster ist völlig einzigartig.

Kater sind entweder orange oder schwarz (sie haben nur ein X-Chromosom), aber sie können nicht zweifarbig oder dreifarbig sein, es sei denn, sie tragen eine Chromosomenveränderung, die dem Klinefelter-Syndrom beim Menschen entspricht (bei dem Kater mit einem zusätzlichen X-Chromosom geboren werden).

Schildpattkatzen

Weibchen können daher das einzigartige Mosaikmuster aufweisen, das Katzenliebhaber so schätzen. Wenn dies mit einer anderen Mutation zusammentrifft, die die Vermehrung und Differenzierung der Melanozyten betrifft (was zu weißen Flecken ohne Pigmentierung führt), entsteht eine dreifarbige Katze, die allgemein als Schildpatt bekannt ist.

Jede schildpatt gefärbte Katze ist einzigartig, da die Inaktivierung eines X-Chromosoms in jeder Pigmentzelle während der Entwicklung zufällig erfolgt. Je früher diese Inaktivierung während der Entwicklung stattfindet, desto größer ist der resultierende Fleck. Je später sie erfolgt, desto kleiner sind die Flecken.

Das Gen für das orange Fell der Katze

Bisher war nicht bekannt, welches Gen sich hinter dem orangen Genort bei Katzen verbirgt. Die jüngsten Arbeiten von Barsh und Sasaki haben gezeigt, dass es nicht das Katzenhomolog von MC1R ist, sondern ein anderes Gen: das Arhgap36-Gen.

Männliche Katzen mit orangefarbenem Fell und den orangefarbenen Flecken der Schildpattkatzen tragen eine Mutation in diesem Gen, die die Produktion von Eumelanin blockiert und die Produktion von Phäomelanin ermöglicht.

Diese beiden Studien sind ein wunderbares Beispiel für gute, solide Grundlagenforschung, die nur darauf abzielt, die wissenschaftliche Neugier zu befriedigen, ohne ihre unmittelbare Anwendung zu kennen – in diesem Fall zu verstehen, warum der freche Kater Garfield orange ist.