Reproduksjon hos katter er ikke styrt av sesongmessige endringer i daglengde



Det er mye spennende faglitteratur og ny kunnskap som man kan grave seg ned i når det gjelder reproduksjon hos katt! Dette populærvitenskapelige bloginnlegget handler om hvordan reproduksjonen hos tamkatter (og andre husdyr) er frikoblet fra fotoperioden - slik at de sesongmessige endringene i daglengde og sekresjonen av hormonet melatonin ikke regulerer reproduksjonen. Tusen takk til mine gode venner Dr. Gabriela Wagner (ekspert i kronobiologi) og oppdretter Marita R Sørensen (Taschanas Maine Coon) for kritisk gjennomlesning og hjelp med teksten!
Dr. Monica A Sundset


"Domestiseringsgener" forklarer arvbare ulikheter mellom husdyr og deres ville artsfrender
Domestisering er prosessen dyr gjennomgår når de tilpasser seg et menneskeskapt miljø og blir tamme husdyr. Genetiske endringer gjennom generasjoner med selektiv utvelgelse gjør at husdyrene er ulik sine ville artsfrender. Et eksempel på en slik endring er at reproduksjonen ikke lengre er styrt av sesongmessige variasjoner i daglengde (Lincoln et al 1990, Trut et al 2009, Faya et al 2011). Det har nemlig vært gunstig og selektere for at reproduksjon skal kunnet skje året rundt. For eksempel høns som kan legge egg også på vinteren. Forskerne har identifisert flere mutasjoner som er koblet til slike endringer som har skjedd gjennom domestisering. Disse såkaldte "domestiseringsgenene" kan forklare de arvbare forskjellene mellom husdyr og deres ville artsfrender (Rubin et al 2010; Flink et al 2014; Carneiro et al 2015).


Melatonin og reproduksjon
Daglengden er det eneste stimulus som varierer gjennom året på en konstant og forutsigbar måte, og som dermed kan sikre at avkommene blir født på et tidspunkt av året når det er rikelig med mat og større sjanse for overlevelse (se feks Hazlerigg & Wagner 2006). Sesongmessig endring i daglengde regulerer sekresjonen av hormonet melatonin fra pinealkjertelen. Melatonin skilles bare ut når det er mørkt, og sekresjonen av melatonin er direkte hemmet av lys. Melatoninsekresjonens start og varighet bestemmes slik av daglengde - eller kanskje bedre forklart av lengden på natten.

Forskerne har studert hvordan "varigheten av melatonin sekresjonen" regulerer reproduksjon hos ulike dyr og fugler (se feks Hazlerigg & Wagner 2006, Dardente et al 2014). Et "kortvarig melatonin signal" (kort natt = sommer) induserer reproduksjon hos dyrearter som formerer seg på sommeren og har en kort drektighetsperiode (feks hamster). Mens hos dyr med lang drektighetsperiode, vil et "langvarig melatonin signal" (lengre netter = vinteren er i anmars) indusere reproduksjon / parring på høsten (feks reinsdyr).


Mekanismen bak fotoperiodisk regulering av reproduksjon
De neuroendokrine mekanismene og det molekylære grunnlaget for reguleringen av sesongmessig reproduksjon hos ville pattedyr og fugler er godt kjent og beskrevet (Hazlerigg & Wagner 2006, Yoshimura 2010, Nishiwaki-Ohkawa & Yoshimura 2016). Lyset stimulerer reseptorer i øyets retina. Informasjonen overføres fra retina videre til SCN (suprakiasmatisk nukleus) i hypothalamus - der den cirkadianske "sjefsklokken" er lokalisert. Hypothalamus innerverer (er koblet sammen med) pinalkjertelen via en multisynaptisk pathway (nerveforbindelse). SCN påvirker pinealkjertelen slik at den starter produksjon og sekresjon av melatonin på kvelden når lysnivået faller. Men produksjonen av melatonin stopper med en gang det første lyset treffer retina på morgenen. Det skjer altså ingen produksjon av melatonin på dagen / når det er lyst. Og det trenges både en circadiansk klokke og mørke for at melatoninsekresjonen skal starte.

En mutasjon i genet for TSH-reseptoren "frikobler" reproduksjonen fra fotoperioden
Vi har gjennom domestiseringsprosessen selektert for "genotyper" som kan reprodusere seg hele året. Forskerne har sett på ulike gener i jakten på den arvbare mutasjonen som forårsaker denne "frikoblingen" av reproduksjonen fra fotoperiode / de sesongmessige endringene i lys hos våre husdyr (Carneiro et al 2015). Melatonin regulerer lokal sekresjonen av hormonet TSH fra pars tuberalis i hypofysestilken. TSH kontrollerer aktiviteten til spesielle celler kalt tanycytes og deres produksjon av enzymene DIO2 og DIO3. Dette skjer ved at TSH bindes til reseptorer (TSH-reseptorer) på tanycytes-cellene. Deiodinase enzymet DIO2 aktiverer T4 til den biologisk aktive formen av T3 (thyroidhormonet), mens DIO3 lager den inaktive formen av T3 (reverse T3) (Dardente et al 2014). Biologisk aktivt T3 i hypothalamus har en viktig funksjon i reguleringen av sesongmessig reproduksjon.

Ny forskning viser at TSH resptorene (TSHR) på tanycytes-cellene er genetisk selektert ved domestisering (Karlsson et al 2015). Hos høns som er homozygot for mutanten av TSHR allelet (d/d) ser man en klart redusert effekt av daglengde på reproduksjon, sammenlignet med fugler som er homozygot for villtypen av dette allelet (w/w) (Karlsson et al 2016). Genet for TSHR kalles derfor "domestiseringsgenet".



Tamkatter har ikke fotoperiodisk reproduksjon
Katten har lenge vært viktig for mennesker som skadedyrbekjemper. Den har opp gjennom historien også hatt symbolsk verdi, og den har vært et kjæledyr. Domestiseringen av katter har vært en lang og kompleks prosess med omfattende forflytninger som på ulike tidspunkt også tillot blanding mellom geografisk adskilte kattebestander. Ottoni et al (2017) undersøkte DNA fra mer enn 200 katter. De eldste prøvene var over 9000 år gamle og inkluderte gamle romerske gjenlevninger og egyptiske kattemumier. De fant at både østlige og egyptiske kattelinjer på forskjellige tidspunkt bidro til genpoolen til dagens tamkatter (Felis catus). 

Dagens tamkatter har ikke sesongmessig regulering av reproduksjon. De kan parre seg og få unger året rundt, også midt i mørketiden her nord for polarsirkelen. Melatonin spiller derfor trolig minimal rolle når det gjelder regulering av reproduksjon hos tamkatter.

De første artiklene jeg fant da jeg søkte etter artikler om reproduksjon hos katt, var studier der man så på bruk av melatonin som prevensjon til katter (Goericke-Pesch 2010). Disse studiene forutsatte at "linken mellom melatonin og reproduksjon" var "intakt" hos tamkattene. Slik er det imidlertid ikke. Mye forskning gjennstår på dette feltet - men mekanismene er godt forstått, og man mener altså at det er en mutasjon i genet for TSH-reseptoren som er årsaken til at reproduksjonen er "frikoblet" fra fotoperiode hos våre husdyr.

Et helt nytt studie fra Italia viser at fertile hunnkatter (Bengal, Maine Coon, Norsk skogkatt og Perser) kan ha løpetid hele året (Romagnoli et al. 2019). Hos katter som ikke parres er det gjennomsnittlig ni dager mellom hver løpetid. Så lenge hunnkatten ikke parres vil sekresjonen av folikkelstimulerende hormon (FSH) bidra til at follikler og østrogener dannes (Figur 1). Østrogener stimulerer til sekresjon av gonadotrophin releasing hormon (GnRH) fra hypothalamus og sekresjonen av FSH (folikkelstimulerende hormon) fra fremre hypofyse.


Figur 1. Neuroendokrin kontroll av løpetid / reproduksjon hos katt.


Indusert og spontan eggløsning
Eggløsning hos katt er indusert / fremkalt av selve parringen (Goericke-Pesch 2010). Stimulering av reseptorer i vagina resulterer i frigjøring av luteiniserende hormon (LH) (Figur 2). Gjentatte parringer sikrer at det frigjøres tilstrekkelig med LH slik at eggløsning / ovulering skjer (Wildt et al 1980). Men eggløsningen kan også skje spontant - uten parring med hannkatt (Gudermuth et al 1997), og det mye ofter enn man tidligere hadde trodd - i hele ett av tre tilfeller (Binder et al 2019). Hos katter som blir parret - men som ikke ble drektig - kan det gå mye lengre tid før katten igjen får løpetid (35-76 dager) enn om katten ikke hadde blitt parret (Wildt et al 1980; Root et al 1995).

Sjansen for vellykket parring er imidlertid stor - nesten 80% av parringene resulterer i kattunger. Etter en vellykket parring skjer befruktningen av egget 12-64 timer etter eggløsning, og implanteringen skjer ca dag 13 (Root et al 1995). Drektigheten varer 66 (52-74) dager (Root et al 1995). Et stort epidemologisk studie av katter i Frankrike viser at hele 86.6% av Maine Coon kattene (n=1838) som ble parret ble drektig, 9% aborterte og 78.7% fikk til slutt kattunger (4.5+2.2 katterunger per kull) (Fournier et al 2016).

Man kunne kanskje forvente en lavere andel vellykkede parringer pga ekstra stress for kattene når man bruker en "innlånt" hannkatt. Fournier og medarbeidere (2016) fant imidlertid at drektighetsprosenten var lik for hunnkatter som ble parret av hannkatter fra samme katteri (internal mating) (85%), som for hunnkatter parret av en hannkatt som kom på parringsbesøk (external mating) (85.5%).



Figur 2. Ytre stimuli, som gjenntattet parringer eller det at vi koser med hunnkatten, vil indusere en bølge av LH (luteiniserende hormon) fra fremre hypofyse. Dette resulterer i eggløsning og dannelse av et gule legemet som igjen lager progesteron. Progesteron hemmer sekresjonen av GnRH fra hypthalamus og FSH fra fremre hypofyse (drektighet og innbilt drektighet). 


Referanser
Binder C, Aurich C, Reifinger M, Aurich J (2019) Spontaneous ovulation in cats — Uterine findings and correlations with animal weight and age. Animal Reproduction Science 209, Oktober 2019.
Carneiro M, Piorno V, Rubin CJ, Alves JM, Ferrand N, Alves PC, Andersson L (2015) Candidate genes underlying heritable differences in reproductive seasonality between wild and domestic rabbits. Animal Genetics 46: 418-425.
CarnFaya M, Carranza A, Priotto M, Abeya M, Diaz JD, Gobello C (2011) Domestic queens under natural temperate photoperiod do not manifest seasonal anestrus. Animal Reproduction Sciences 129: 78-81.
Dardante H, Hazlerigg DG, Ebling FJP (2014) Thyroid hormone and seasonal rhythmicity. Frontiers in Endocrinology 5: 19.
Flink LG, Allen R, Barnett R, Malmstöm H, Peters J, Eriksson J, Andersson L, Dobney K, Larson G (2014) Establishing the validity of domestication genes using DNA from ancient chickens. PNAS 111: 6184-6189.
Fournier A, Masson M, Corbière F, Mila H, Mariani C, Grellet A, Chastant‐Maillard S (2016) Epidemiological analysis of reproductive performances and kitten mortality rates in 5,303 purebred queens of 45 different breeds and 28,065 kittens in France. Reproduction in Domestic Animals 52: 153-157.
Goericke-Pesch S (2010) Reproduction control in cats: New developments in non-surgical methods. Journal of Feline Medicine and Surgery 12: 539-546.
Gudermuth DE, Newton L, Daels P, Concannon P (1997) Incidences of spontaneous ovulation in young, group-housed cats based on serum and faecal concentrations of progesterone. J Reproduction Fertil 51: 177-184.
Hazlerigg D, Wagner GC (2006) Seasonal photoperiodism in vertebrates: from coincidence to amplitude. Trends in Endocrinology and Metabolism 17: 83-91.
Karlsson AC, Svemer F, Eriksson J, Darras VM, Andersson L, Jensen P (2015) The Effect of a Mutation in the Thyroid Stimulating Hormone Receptor (TSHR) on Development, Behaviour and TH Levels in Domesticated Chickens. PLoS One. 2015; 10(6): e0129040.
Karlsson AC, Fallahshahroudi A, Johnsen H, Hagenblad J, Wright D, Andrsson L, Jensen P (2016) A domestication realted mutation in the thyroid stimulation hormone receptor gene (TSHR) modulates photoperiodic response and reproduction in chickens. General and Comparative Endocrinology 228: 69-78.
Lincoln GA, Lincoln CE, McNeilly AS (1990) Seasonal cycles in the blood plasma concentration of FSH, inhibin and testosterone, and testicular size in rams of wild, feral and domesticated breeds of sheep. J. Reprod. Fertil., 88: 623-633.
Nishiwaki-Ohkawa T, Yoshimura T (2016) Molecular basis for regulating seasonal reproduction in vertebrates. Journal of Endocrinology 229: R117-127.
Ottoni C et al (2017) The palaeogenetics of cat dispersal in the ancient world. Nature Ecology and Evolution 1, Article number: 0139
Romagnoli S, Bensaia C, Ferré-Dolcet L, Santos HD, Stelletta C (2019) Fertility parameters and reproductive management of Norwegian Forest Cats, Maine Coon, Persian and Bengal cats raised in Italy: a questionnaire-based study. Journal of Feline Medicine and Surgery 1-11.
Root W, Johnston SD, Olson PN (1995) Estrous length, pregnancy rate, gestation and parturition lengths, litter size, and juvenile mortality in the domestic cat. J Am Anim Hosp Assoc 31: 429-433.
Rubin CJ et al (2010) Whole-genome resequencing reveals loci under selection during chicken domestication. Nature 464: 587-591.
Trut L, Oskina I, Kharlamova A (2009) Animal evolution during domestication: the domesticated fox as a model. BioEssays 31: 349-360.
Yoshimura T (2010) Neuroendocrine mechanisms of seasonal reproduction in birds and mammals. Animal Sciences Journal 81: 403-410.
Wildt DE, Saeger SWJ, Chakraborty PK (1980) Effect of copulatory stimulation incidence of ovulation and on serum luteinizing hormone in the cat. Endocrinology 107: 1212-1217.

Kommentarer

Populære innlegg fra denne bloggen

The genetics of polydactyly in Maine coon cats

Alterskjaer Dan moving to Belgium

Polydaktyli hos Maine Coon katter