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.

Genetisch onderzoek

Alhoewel er heel veel onderzoek wordt gedaan met behulp van dieren, wordt er relatief weinig onderzoek gedaan naar dieren. Zeker als het om vachtkleuren gaat kan het lastig zijn om uit te zoeken hoe het nou precies zit, omdat er simpelweg weinig over bekend is. Over schimmelpaarden is echter gemiddeld veel onderzoek te vinden, en helaas niet om de meest fijne reden. Bij schimmels komen vaak melanomen voor, een bepaald type huidtumor. Het ontwikkelen van melanomen is afhankelijk van meerdere factoren, maar geschat wordt dat zo’n 80% van de schimmels boven de 15 jaar, melanomen heeft. Ondanks dat melanomen zeker niet altijd een probleem gaan vormen, kunnen ze toch erg groot worden en op vervelende plekken zitten. Desondanks wordt er in veel rassen niet geselecteerd tegen schimmel, en is het in veel rassen zelfs de meest voorkomende kleur. 

Vachtkleur

Schimmels staan bekend om hun witte vacht. Ze worden echter geboren met een andere vachtkleur. Vaak is deze vachtkleur feller dan die van niet-schimmelveulens. Zo zijn veel zwarte veulens in het begin wat grijs met vrij lichte benen, terwijl zwarte veulens die gaan schimmelen vaak pikzwart zijn. Daarnaast hebben schimmelveulens meestal een brilletje van grijze haren rondom het oog. Naarmate ze ouder worden, krijgen ze steeds meer grijze en witte haren. 


Bron: Tylwyth Eldar@wikimedia commons

Wacht… hoe dan? Het gen STX17

Het gen STX17, die zich bij paarden op chromosoom 25 bevindt, speelt de belangrijkste rol in de schimmelvacht en bijbehorende melanomen. In eerste instantie werd gedacht dat de schimmel-mutatie een duplicatie in STX17 was. In 2021 kwam er echter onderzoek uit wat liet zien dat de oorzaak meestal geen duplicatie was, maar een triplicatie! Toch zaten ze met die duplicatie niet helemaal verkeerd… daarover later meer.

De triplicatie betekent eigenlijk dat het gen vaker dan eens aanwezig is, per chromosoom waar deze mutatie zich bevindt. Een normaal paard heeft een kopietje voor elk chromosoom 25, dus twee keer kopietjes per paard. Bij een paard dat heterozygoot is voor de mutatie, heb je in totaal vier kopietjes: op één chromosoom 3 kopietjes, en op het andere chromosoom 1 kopie. Bij een paard dat homozygoot is voor de mutatie heb je op beide chromosomen 3 kopietjes, dus een totaal van 6 kopietjes.

Door deze triplicatie is er eigenlijk over-expressie, niet alleen van het STX17 gen, maar ook van een gen wat daar in de buurt ligt: NR4A3. Dat wil zeggen: Zowel van de producten van STX17 als NR4A3 (mRNA en het eiwit), is te veel aanwezig. Hoe de mechanismen achter het schimmelen en de melanomen niet helemaal bekend zijn, wordt nu aangenomen dat de over-expressie van STX17 en/of NR4A3 zorgt dat de hoeveelheid pigmentcellen in de haarzakjes te snel toeneemt. Deze over-expressie van pigmentcellen zorgt waarschijnlijk voor die felle kleur als veulen. Door deze snelle toename van pigmentcellen, worden er te veel voorlopers van deze pigmentcellen gebruikt. Langzaamaan blijven er geen voorlopers meer over en kunnen er in deze haarzakjes geen pigmentcellen en dus pigment aangemaakt worden. Hierdoor verliest het paard langzaam zijn basiskleur en krijgt het steeds meer grijze en witte haren, totdat de vacht (bijna) wit van kleur is. 

In de huid - en dan met name huid zonder haarzakjes zoals de lippen, staartbasis en rond de anus - zorgt de over-expressie ook voor een toename van pigmentcellen. Dit zorgt ervoor dat er tumoren van de pigmentcellen, oftewel melanomen, kunnen ontstaan. 

Alhoewel de Schimmel-mutatie vaak als dominant wordt gezien, gedraagt het zich ook enigszins incompleet dominant. Schimmels die homozygoot zijn voor de triplicatie, schimmelen sneller en hebben een hogere kans op melanomen, vergeleken met heterozygote schimmels. 


Bron: Amélie Tsaag Valren@wikimedia commons

Waarom sommige paarden sneller schimmelen

Ondanks deze uitleg bleven er veel vragen over. Hoe komt het bijvoorbeeld, dat bepaalde paarden heel snel schimmelen? Sommigen paarden worden zelfs niet wit maar blijven een vrij donkere appelschimmel. En hoe komt het dat er ook schimmels zijn die geen melanomen ontwikkelen? 

Triplicatie, of duplicatie?

In 2024 kwam nieuw onderzoek uit, waaruit bleek dat er niet alleen een triplicatie mogelijk is, maar ook een duplicatie die wel degelijk mogelijk was! Alhoewel de triplicatie het meest voorkomend is, is de duplicatie al gevonden in 8 verschillende rassen: Het vaakst komt de duplicatie voor bij de de Connemara en Japanse lijnen van de Engels Volbloed. Het allel met de duplicatie wordt nu G2 genoemd, terwijl het allel met de triplicatie nu G3 genoemd wordt. Het wildtype allel, is ‘g’, ‘n’,  ‘N’, of ‘G1’. G1 wil in dit geval dus niet zeggen dat het paard het schimmel-allel heeft, maar dat het paard één kopie heeft van STX17 per chromosoom. 

Paarden die heterozygoot zijn voor G2 schimmelen hebben minder over-expressie van STX17 en NR4A3, en schimmelen dus minder snel en hebben een lagere kans vergeleken met paarden met het G3-allel. Paarden 1x G2 en 1x G3 (een ‘compound heterozygote’) schimmelen op hun beurt minder snel dan paarden die homozygoot zijn voor G3. 

Een korte samenvatting van de mogelijke combinaties en de bijbehorende hoeveelheid kopietjes
G1/G1 = 2 kopietjes. Hierbij heb je géén schimmel, en vrijwel nooit melanomen zoals die bij schimmels voorkomen. 
G2/G1 = 3 kopietjes. Hier heb je een traag schimmelend paard, met een lage kans op melanomen
G2/G2 = 4 kopietjes.
G3/G1 = 4 kopietjes. Hier heb je een snel schimmelend paard, met een grote kans op melanomen.
G3/G2 = 5 kopietjes
G3/G3 = 6 kopietjes. Hier heb je een paard wat nóg sneller schimmelt, met een nog grotere kans op melanomen.

G2/G2 en G3/G1 hebben dus dezelfde hoeveelheid kopietjes. Een zogenaamde ‘copy number test’, die test op de hoeveelheid kopietjes, kan meestal geen onderscheid maken tussen G2/G2 en G3/G1. Omdat G2 zo zeldzaam is, is de kans echter groot dat je een paard hebt met G3/G1.

Gezien de hoeveelheid kopietjes, zou het logisch zijn als G3/G1 en G2/G2 paarden even snel schimmelen en een even grote kans hebben op melanomen. Onderzoekers/testlabs geven aan dat ook paarden homozygoot voor G2 een lagere kans hebben op melanomen en minder snel schimmelen dan G3 heterozygoten. In gepubliceerd onderzoek is er echter slechts één paard beschreven met G2/G2. De snelheid van het schimmelen zat tussen tussen die van G1/G2 en G1/G3 paarden in, en schimmelde dus inderdaad minder snel dan G3/G1 paarden. Ook waren er geen melanomen gevonden op dit paard. Echter gaat het dus om één paard. Er zijn verschillende onderzoeken gedaan in Schimmel paarden die, gezien de zeldzaamheid van G2, waarschijnlijk allemaal G3 droegen. Hieruit bleek dat er ook dan meerdere factoren zijn die de snelheid van het schimmelen en groei van melanomen bepalen. Dit is zeer waarschijnlijk ook het geval voor paarden met G2. Vanuit wat er nu gepubliceerd is kan er dus niet veel gezegd worden over de snelheid van het schimmelen en groei van melanomen van G2/G2 paarden. 


Bron: Olaf K.@wikimedia commons

Andere factoren

Naast G2 vs G3 is er nog meer onderzoek gedaan naar de snelheid van schimmelen en kans op melanomen. Wegens de zeldzaamheid van G2 is dit onderzoek waarschijnlijk vooral gedaan op paarden met G3. Het valt dus niet met zekerheid te zeggen of de bevindingen in deze onderzoeken tellen voor álle schimmels, of alleen schimmels met de G3-versie.

Een van de factoren die meetelt, is de onderliggende vachtkleur. Zo is gebleken dat paarden met het recessieve ‘a’-agouti allel, een hogere kans hadden op melanomen. Mogelijk telt hierbij ook mee welke MC1R-variant het paard heeft. 
Daarnaast maakt ras misschien wat uit, en zijn er andere genmutaties die een rol lijken te spelen.

Doordat we steeds meer te weten komen over risicofactoren voor het ontwikkelen van melanomen, kunnen er ook steeds beter bewuste keuzes gemaakt worden in fokbeleid. Echter blijft het een lastig probleem, zeker gezien in veel rassen slechts beperkte genetische diversiteit is. 
Gelukkig wordt er ook in de behandeling van melanomen steeds meer ontdekt en ontwikkeld!


Bron: Fitindia@wikimedia commons

Aanvullende informatie

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
• Geneticablog #9B: Let's get ready to rumble: ɑ-MSH vs ASIP
• Geneticablog #15A: Schimmel: Een magische make-over

Wil je meer weten over schimmels op My Horsez? Lees dan deze wikipagina!
• Genetica

Wil je nog dieper ingaan op schimmels? De volgende literatuur kan je wellicht meer informatie bieden
• Rosgengren Pielberg, Gerli, et al. A cis-acting regulatory mutation causes premature hair graying and susceptibility to melanoma in the horse. Nature genetics, 2008, 40.8: 1004-1009.
• Teixeira, R. B. C., et al. Coat color genotypes and risk and severity of melanoma in gray quarter horses. Journal of veterinary internal medicine, 2013, 27.5: 1201-1208.
• Nowacka‐Woszuk, J., et al. The equine graying with age mutation of the STX17 gene: A copy number study using droplet digital PCR reveals a new pattern. Animal genetics, 2021, 52.2: 223-227.
• Rubin, Carl-Johan, et al. An intronic copy number variation in Syntaxin 17 determines speed of greying and melanoma incidence in Grey horses. Nature Communications, 2024, 15.1: 7510.