Deze blogpost is geschreven door: HolyCow

Let op: Dit onderwerp kan vrij ingewikkeld zijn. Voor het snappen van dit blog raad ik echt aan de eerdere blogs als parate kennis te hebben. Dit genetica blog is echt bedoeld voor spelers die meer dan alleen die basis willen weten.

Let's get ready to rumble: ɑ-MSH vs ASIP
Heyhoi! Welkom bij dit nieuwe geneticablog. Zoals benoemd bij blog Geneticablog #9A, worden enkele van de geneticablogs nu gesplitst. Hierbij zijn de A-delen de makkelijke versies gericht op genetica, en de B-versies die dieper ingaat op specifieke genen en mutaties.

In dit blog wil ik graag ingaan op de basis genen in de paarden genetica: Extension en Agouti. Deze genen werken samen om vachtkleuren te maken die men vaak als de basiskleuren ziet. Maar hoe?

Er zijn veel verschillende factoren, zowel genetisch als omgevingsfactoren, die de aanmaak van pigment beïnvloeden. Om deze allemaal te benoemen en uit te leggen, gaat in een blog niet lukken. Realiseer je dus ook dat de blogs een versimpelde situatie zullen geven. 

I'm Black, da ba dee da ba di
Laten we beginnen met Extension. Extension wordt ook wel MC1R genoemd. Dit staat voor: Melanocortin 1 Receptor. Dit stukje DNA codeert dus voor het MC1R receptor eiwit. Deze receptoren zitten onder andere op pigmentcellen, de melanocyten. Verschillende stofjes kunnen MC1R activeren wanneer ze hieraan binden. α-MSH (α-Melanocyt-stimulerend-hormoon) is hiervan de belangrijkste. Wanneer MC1R geactiveerd is zorgt dit uiteindelijk voor een verhoogde aanmaak van het enzym tyrosinase. 

Tyrosinase zorgt ervoor dat er van het aminozuur tyrosine uiteindelijk melanine wordt gevormd. Als er veel tyrosinase is, wordt eumelanine (bruin tot zwart) aangemaakt. Bij lagere hoeveelheden van tyrosinase, wordt feomelanine (geelbruin tot rood) aangemaakt. Bij te lage hoeveelheden tyrosinase wordt helemaal geen melanine aangemaakt.

Wanneer MC1R geactiveerd wordt door bijvoorbeeld binding van α-MSH, en er als gevolg veel tyrosinase wordt aangemaakt, zorgt dit dus voor aanmaak van veel donkerbruin / zwart pigment (eumelanine). 

I see a Black horse and I want to paint it (partly) Red
Zwart is eigenlijk niet de oorspronkelijke kleur van het paard. In de normale situatie MC1R dus niet continu geactiveerd. Dit komt doordat niet alleen activerende stofjes zoals α-MSH aan MC1R kunnen binden, maar ook stofjes zoals Agouti. 
Agouti is een afkorting voor Agouti-signaling protein, oftewel ASIP, en wordt gecodeerd door het ASIP gen. Doordat ASIP bindt met MC1R kunnen stofjes zoals α-MSH hier niet meer aan binden. ASIP blokkeert dus de activering van MC1R. Hierdoor zal MC1R geen signaaltje doorgeven. Het gevolg hiervan is een lage hoeveelheid Tyrosinase en dus uiteindelijk de aanmaak van feomelanine / rood pigment. ASIP zorgt dus eigenlijk voor de aanmaak van meer rood pigment. 

Normaal gesproken is het dus het samenspel tussen α-MSH en ASIP die bepaald of MC1R geactiveerd wordt en dus welk pigment wordt aangemaakt. 
In de meeste dieren werkt ASIP pulsatiel: Het ene moment wordt er veel ASIP afgegeven, en dan weer niet. Hierdoor krijg je op een haar kleurbandjes van licht (feomelanine) en donker (eumelanine).
Bij paarden is dit echter niet het geval: Hier is ASIP actiever op het lichaam, en minder actief aan de uiteinden van het lichaam zoals bij de benen en de oorpuntjes. Dit zorgt ervoor dat op het lichaam veel rood pigment komt, en op de benen en oorpuntjes veel zwart pigment. Uiteindelijk krijg je dan een bruin paard.


Bruin is een populaire kleur bij veel paardenrassen en wordt vaak een beetje gezien als de  ‘standaard’ paardenkleur.

Alles kan kapot!
Zoals we hopelijk allemaal nu wel weten, heb je niet alleen bruine paarden. Hoe ontstaan dan vos, en zwart? 
Bij mutaties kunnen twee dingen gebeuren: Ofwel heb je een ‘loss-of-function’ mutatie. Hierbij wordt het gecodeerde eiwit zodanig aangetast dat het zijn functie (deels) verliest. Vaak is het zo dat wanneer het andere chromosoom wél de niet-gemuteerde allel heeft wat codeert voor een intact eiwit, dit genoeg kan compenseren voor het verlies van functie door het andere, gemuteerde, allel. Hierdoor merk je vaak pas wat als beide allelen de variant zijn met een verminderde functie. Daarom zijn loss-of-function mutaties vaak (maar niet altijd) recessief. 
Bij ‘gain-of-function’ mutaties wordt het gecodeerde eiwit als het ware over-actief. Er wordt bijvoorbeeld meer van het eiwit aangemaakt of het eiwit kan beter werken. Het effect hiervan is vaak groot genoeg dat je hiervan iets merkt, ook als het andere allel wel normaal is. Daarom zijn gain-of-function mutaties vaak (maar niet altijd) dominant.

Hoe vertaalt dit zich naar vos en zwarte paarden?

Te starten met vos: Vos bestaat uit alleen rood pigment. Oftewel: wanneer er weinig tyrosinase is door bijvoorbeeld weinig activatie van MC1R. Dit gebeurd wanneer MC1R defect is. Er is dan dus sprake van een ‘loss-of-function’ mutatie.
Bij paarden zijn er twee van zulke DNA mutaties gevonden. ‘e’ en het zeldzame ‘e^a’. De ‘intacte’ genvariant/allel van MC1R is ‘E’. Als beide chromosomen een van de mutaties hebben die leiden tot een defect MC1R eiwit, dan is aanmaak van zwart pigment niet mogelijk. De hoeveelheid α-MSH of ASIP maakt dan niet meer uit. MC1R zal geen signalen doorgeven, de hoeveelheid tyrosinase blijft laag en er zal dus alleen rood pigment worden aangemaakt. Je krijgt dan een vos. ‘e’ en ‘e^a’ (in de volksmond vaak ‘vosgen’ of ‘roodfactor’) zijn dus de recessieve allelen, terwijl ‘E’  (in de volksmond vaak ‘zwartgen’ of ‘rood/zwart factor’) dominant is. 


Bij knabstruppers is vos vrij zeldzaam. Desondanks komt, naast het ‘el  allel ook het zeldzame e^a allel wel bij knabstruppers voor.

De kleur zwart wordt bij paarden ook veroorzaakt door een ‘loss-of-function’ mutatie met als gevolg een verminderde aanwezigheid van ASIP. Hierdoor zullen ASIP eiwitten zich niet meer binden aan MC1R, is er dus geen blokkering van MC1R en heeft α-MSH vrij spel. Deze activerende stofjes zijn er meestal echt genoeg, waardoor er veel tyrosinase is en dus veel aanmaak van eumelanine / zwart pigment. Het komt dan zelden tot niet voor dat de hoeveelheid tyrosinase zodanig laag is dat feomelanine / rood pigment wordt aangemaakt. Omdat er vrijwel alleen zwart pigment wordt aangemaakt, wordt het paard overal zwart. 
Het wildtype, intacte ASIP allel, aangeduid met ‘A’, is dominant, terwijl de gemuteerde variant ‘a’ recessief is. 


Bij friezen zijn alleen zwarte paarden toegestaan, al kan er soms een vos voorkomen

Bij paarden is er een theorie dat er meer agouti varianten zijn dan ‘A’ en ‘a’. Zo dacht men dat er ook nog een apart agouti allel is wat seal brown veroorzaakt (‘At’) en zelfs eentje die zorgt voor ‘Wild Bay’ (A+). Of dit werkelijk zo is, is nog steeds niet bewezen. Het enige agouti allel wat is gevonden is de gemuteerde variant die zorgt voor een zwarte vacht, ‘a’. Een paard wordt met een agouti-test dus getest op aanwezigheid of afwezigheid van het ‘a’ allel, en niet zozeer op de aanwezigheid van het intacte allel. 

Dan nog een kleine fun fact als afsluiter: De versie van zwart die bij paarden voorkomt wordt ‘recessief zwart’ genoemd. Dit dus omdat een paard homozygoot moet zijn voor het recessieve agouti allel. Bij andere diersoorten, zoals honden, komt (ook) ‘dominant zwart’ voor. Dominant zwart-mutaties worden meestal veroorzaakt door ‘gain-of-function’ mutaties die zorgen voor meer activering van het MC1R eiwit. Bijvoorbeeld omdat er meer activerende stofjes aanwezig zijn. 
Er zijn bij paarden nog geen ‘dominant zwart’ mutaties gevonden, alle huidige zwarte paarden lijken gewoon recessief zwart te zijn. 

Dat was het dan voor deze keer! Hopelijk hebben jullie er weer wat van geleerd.

Opfrisser nodig? Lees de vorige geneticablogs!
Geneticablog #1: Back to the Basics 1.0
Geneticablog #2: Back to the Basics 2.0: Mendeliaanse genetica en notatie van genotype
Geneticablog #3: Back to the Basics 3.0: Niet-Mendeliaanse overerving
Geneticablog #4: Back to the Basics 4.0: Welke genen zijn belangrijk in kleurgenetica bij paarden?
Geneticablog #5: Moleculaire genetica 1.0
Geneticablog #6: Moleculaire genetica 2.0
Geneticablog #7: Moleculaire genetica 3.0