Gen koji daje bijelu kožu. Pronađeni su geni odgovorni za različite nijanse kože

Međunarodni tim istraživača, kao rezultat genotipizacije dvije hiljade ljudi koji žive u različitim regijama Afrike, otkrio je glavne genetske varijante odgovorne za intenzitet pigmentacije kože. Čini se da varijante odgovorne za tamnu kožu povezuju Afrikance sa južnoazijskom i australo-melanezijskom populacijom, a jedan od alela povezanih sa svijetlom kožom nije afričkog porijekla i donio je izvana. Osim toga, naučnici su uspjeli ustanoviti funkciju jednog od gena ( MFSD12), polimorfizmi u kojima su povezani s bojom kože kod ljudi. Istraživanje objavljeno u časopisu Nauka.

Boja kože je važna prilagodba za život na jednoj ili drugoj geografskoj širini i varira u prilično širokom rasponu - na primjer, među Afrikancima možete sresti i ljude s relativno svijetlom kožom i potpuno crne. Intenzitet pigmentacije korelira sa intenzitetom ultraljubičastog zračenja karakterističnog za datu regiju. Dostiže maksimum na ekvatoru, a minimum - u visokim geografskim širinama, gdje žive ljudi najljepše puti. Dok tamna koža štiti svog nosioca od viška UV zračenja, bijela koža je adaptacija na njen nedostatak, jer je nešto UV zraka potrebno za sintezu vitamina D.

Distribucija intenziteta ultraljubičastog zračenja, izražena u broju doza ultraljubičastog zračenja potrebnih za "spaljenje" kože (eritemska doza)

Glavni pigment koji pruža UV zaštitu je melanin. Sintetizira se u posebnim stanicama - melanocitima, lokaliziranim u dubokim slojevima kože.

Boja kože je složena genetska osobina – različiti geni određuju količinu, strukturu i distribuciju pigmenta. Studije na životinjama identificirale su oko 350 gena koji su na neki način povezani s pigmentacijom, ali kod ljudi su, očigledno, mnogo manji.

Istraživači sa nekoliko američkih univerziteta, u suradnji s kolegama iz Bocvane, Tanzanije i Etiopije, proveli su opsežnu potragu za genetskim varijantama koje određuju raznolikost tonova kože. U istraživanju su učestvovale 2092 osobe koje su kvantitativno određivale refleksiju svjetlosti od kože, intenzitet pigmentacije i rađene krvne pretrage za genotipizaciju. Učesnici su predstavljali različite etničke grupe koje žive na teritoriji gore navedenih zemalja. Osim toga, za poređenje su korišteni genomi predstavnika euroazijske i australo-melanezijske populacije, koji su ranije pročitani.

Među ispitanicima, predstavnici naroda San (Bušmani) koji žive u južnoj Africi imali su najsvjetliju kožu, a predstavnici nilo-saharske jezičke makrofamilije istočne Afrike imali su najtamniju kožu. Najznačajnije veze sa bojom kože pronađene su za četiri genetska lokusa – polimorfizmi u genima SCL24A5,MSFD12 iu regulatornim regionima gena DDB1/TMEM138 i OCA2/HERC2. Prema naučnicima, varijacije u ovim lokusima čine otprilike 30 posto uočene raznolikosti. Dakle, kod ljudi boja kože, iako je složena karakteristika, nije tako složena kao, na primjer, visina.

Primjeri distribucije alela gena SLC24A5 (lijevo) i MFSD12 (desno) u svjetskim populacijama. Varijanta SLC24A5 (G) povezana je sa tamnom kožom, dok je varijanta SLC24A5 (A) povezana sa svijetlom kožom. MFSD12 (T) varijanta je povezana sa tamnijom kožom, dok je MFSD12 (C) varijanta povezana sa svjetlijom kožom.

Nicholas G Crawford et al / Nauka, 2017

Za neke od pronađenih gena, funkcije su bile poznate, na primjer, genski proizvod DDB1(Damage Specific DNK Binding Protein 1) je uključen u popravak oštećenja DNK uzrokovanih ultraljubičastim zračenjem, i OCA2 kodira transporter jona koji reguliše kiselost u melanosomima. Međutim, za gen MSFD12, u kojem varijacije čine skoro pet posto raznolikosti, funkcija nije uspostavljena. U okviru studije, autori rada su to pokušali da urade.

Bilo je poznato da se u genu nalaze dvije mutacije MSFD12, nalaze se samo u afričkoj populaciji, posebno na istoku, i povezuju se s najtamnijom kožom. Istraživači su otkrili da su ovi polimorfizmi povezani sa smanjenom ekspresijom gena. Kada izraz MSFD12 umjetno snižene u melanocitima, stanice su počele akumulirati crni pigment. Dakle, funkcija proteina MSFD12 bila je povezana sa supresijom sinteze melanina.

Najjače povezan sa bojom kože Afrikanaca bio je polimorfizam u genu SCL24A5, koji je također izražen u melanocitima i kodira transporter jona. Istraživači su pokazali da je alel svijetle puti ovog gena uobičajen u afričkim populacijama s utvrđenim azijskim porijeklom (Etiopija i Tanzanija), ali je rijedak u "autohtonim" afričkim populacijama Sana i Bocvane. Očigledno, ova varijanta se pojavila u Africi kao rezultat protoka gena iz Evroazije u posljednjih 3-9 hiljada godina, a njeno prisustvo tamo se prati već 30 hiljada godina.

Ranije se znalo da je verzija ovog gena "svetle puti" uobičajena među Evropljanima i da se ukorijenila u populaciji kao rezultat selekcije. Štoviše, aleli svijetle puti pronađeni su i u genomima neandertalca i denisovana, što ide u prilog hipotezi da je tamna boja kože kasno stjecanje, a naši su preci, nakon gubitka dlake na tijelu, bili prilično umjereno pigmentirani.

Ranije smo govorili o studiji njemačkih naučnika koji su sugerirali da je svijetla koža modernih Evropljana naslijeđena od drevnih lovaca i sakupljača koji su živjeli na ovoj teritoriji, ali ne i od prvih farmera koji su došli iz Azije.

Daria Spasskaya

Istraživači predvođeni Sarah Tishkoff sa Univerziteta Pennsylvania objavili su rad koji prati evoluciju i širenje gena koji određuju boju ljudske kože svijetom.

Predstavnik naroda Agau iz sjeverne Etiopije i Eritreje (lijevo)
i etnička grupa Surma iz južne Etiopije i Južnog Sudana
© Alessia Ranciaro, dr. Simon R. Thompson

Prema naučnicima, ljudski preci - Australopithecus - imali su svijetlu kožu, prekrivenu vunom. „Ako obrijete šimpanzu, videćete da mu je koža svetla“, kaže Sara Tiškof. “Ako imate dlake na tijelu, nije vam potrebna tamna koža za UV zaštitu.” Donedavno se pretpostavljalo da nakon što su ljudski preci izgubili većinu svog tijela (prije oko dva miliona godina), brzo su dobili tamnu kožu kako bi se zaštitili od štetnog djelovanja ultraljubičastog zračenja. Zatim, kada su ljudi migrirali iz Afrike na sjevernije geografske širine, njihova koža je postala svjetlija kao adaptacija na nedostatak sunčeve svjetlosti, jer bljeda koža sintetizira više vitamina D.

Prethodne studije gena za boju kože bile su u skladu sa ovom slikom. Na primjer, "gen za depigmentaciju" (SLC24A5) povezan sa svijetlom kožom proširio se širom europske populacije u posljednjih 6.000 godina. Rad Tiškof i njenih kolega pokazao je da nije sve tako jednostavno.

Autori rada izmjerili su refleksiju kože kod 2092 osobe iz Etiopije, Tanzanije i Bocvane. Najtamnija koža pronađena je kod stočara istočne Afrike, poput naroda Mursi i Surma, najsvjetlija - kod naroda San u Južnoj Africi. Osim njih, pronađene su mnoge prijelazne nijanse. Istovremeno, istraživači su prikupili uzorke krvi za ekstrakciju DNK. Oni su sekvencionirali više od četiri miliona jednonukleotidnih polimorfizama (odsječaka DNK koji se razlikuju samo po jednom nukleotidu, odnosno zamjeni jednog "slova" genetske abecede). Pronašli su četiri ključna područja genoma gdje specifični polimorfizmi pojedinačnih nukleotida koreliraju s bojom kože.

Prvo iznenađenje bilo je da je gen SLC24A5, karakterističan za Evropljane, čest i u istočnoj Africi, gdje se nalazi kod gotovo polovine predstavnika nekih naroda Etiopije. Ova varijanta je nastala prije 30.000 godina i vjerovatno su je u istočnu Afriku donijeli ljudi koji su migrirali sa Bliskog istoka. Ali, iako ga mnogi istočnoafrikanci imaju, njihova koža nije postala bijela, budući da je SLC24A5 samo jedan od niza gena koji određuju boju kože.

Istraživači su također pronašli varijante dva susjedna gena, HERC2 i OCA2, koji su povezani sa svijetlom kožom, svijetlim očima i bojom kose kod Evropljana, a porijeklom su iz Afrike. Vrlo su drevni i česti među narodom San. Autori rada sugeriraju da su ove varijante nastale u Africi prije milion godina i kasnije prešle na Evropljane i Azijate. “Mnoge varijante gena koje uzrokuju svijetlu kožu u Evropi potiču iz Afrike,” kaže Sarah Tishkoff.

Najdramatičnije otkriće uključivalo je gen MFSD12. Dvije mutacije koje smanjuju ekspresiju ovog gena javljaju se s velikom učestalošću kod ljudi s najtamnijom kožom. Ove varijante su nastale prije otprilike pola miliona godina, tako da su stariji ljudi mogli imati samo umjereno tamnu kožu, a ne duboku crnu koja se sada nalazi zbog ovih mutacija. Iste dvije varijante nalaze se kod Melanezijanaca, australskih Aboridžina i nekih Indijanaca. Oni su možda naslijedili ove varijante gena od drevnih migranata iz Afrike koji su slijedili "južni put" od istočne Afrike, duž južne obale Indije do Melanezije i Australije. Možda su među njima postojali i nosioci drugih varijanti povezanih sa svjetlijom nijansom, ali su se izgubili na putu za Melaneziju.

Autori rada izveli su laboratorijski eksperiment kako bi razumjeli kako mutacije gena MFSD12 utječu na boju kože. Smanjili su ekspresiju ovog gena u ćelijskim kulturama, oponašajući varijantu pronađenu kod ljudi s tamnom kožom. Ćelije su počele proizvoditi više eumelanina, pigmenta koji određuje crnu i smeđu boju kože, kose i šarenice očiju. Druga varijanta mutacije blokira proizvodnju žutih pigmenata, što također dovodi do tamnije boje. Naučnici su reproducirali ovaj efekat na zebrice i laboratorijske miševe.

Rezultati do kojih su došli Sarah Tishkoff i njene kolege pokazuju da je tradicionalna klasifikacija vrsta Homosapiens o rasi ne odražava njenu stvarnu istoriju. Kako se ispostavilo, neke varijante gena iz Evroazije kasnije su se ponovo pojavile u Africi, a mutacije povezane sa svijetlom bojom kože Evropljana su afričkog porijekla. Sarah Tishkoff kaže da unutar Afrike postoji toliko visok nivo raznolikosti da ne postoji takva stvar kao što je jedna afrička rasa.

Najpoznatija osobina povezana s klimatskim prilagođavanjem je boja kože. Tamo gdje je ultraljubičasto svjetlo najintenzivnije je tamo gdje je ljudska koža najtamnija. U sjevernim geografskim širinama ljudi imaju najsvjetliju kožu, da nije tako, djeca bi imala rahitis, jer tamna koža štiti od ultraljubičastog zračenja, pod čijim djelovanjem nastaje vitamin D. Vitamin D je neophodan za apsorpciju kalcija .

Intenzitet pigmentacije kože povezan je s nakupljanjem pigmenta melanina, koji je kontroliran proteinom receptora melanokortina. Gen koji kodira ovaj protein proučavan je kod različitih naroda, a pokazalo se da se nakupljanje mutacija koje su dovele do smanjenja pigmentacije dešavalo kod Azijaca i Evropljana. Zanimljiva je činjenica da iako narodi Afrike imaju najveću genetsku raznolikost, ne postoje mutacije za ovaj gen, jer je svijetla koža tamo neprilagodljiva. Slika prikazuje geografsku distribuciju pigmentacije kože.

Intenzitet pigmentacije kože negativno korelira sa zemljopisnom širinom, iako postoje izuzeci. Na primjer, Eskimi imaju nešto tamniju kožu od ostalih populacija koje žive na istoj geografskoj širini. Pretpostavlja se da je to zbog činjenice da su u skorijoj prošlosti došli iz južnijih krajeva i nisu imali vremena da se prilagode, ili zato što jedu dosta jetre morskih životinja, gdje ima dosta vitamina D. .

Visina i oblik tijela također su prilagođavanje klimatskim uvjetima. Na sjeveru je najpovoljnije biti nizak, sa kraćim udovima, jer će biti najmanje gubitka topline kroz kožu, na jugu, naprotiv, mršavi i visoki da bi više gubili toplinu.

Boja kože svake osobe je drugačija, da ne govorimo o rasnim razlikama. A sve to osigurava pigment melanin, koji proizvode posebne stanice - melanociti. Melanociti se nalaze u donjim slojevima epiderme. Melanin je odgovoran ne samo za bojenje kože, već i za boju očiju i kose. Krvni sudovi određuju i boju kože: bljedilo ili crvenilo kože zavisi od njihovog širenja/sužavanja.

http://training.seer.cancer.gov/ss_module14_melanoma/unit02_sec02_anatomy.html

Koža različitih dijelova kože sadrži različite količine melanina. Dlanovi i stopala su lišeni melanina – na ovim područjima koža je najsvjetlija. U predjelu bradavica i skrotuma kod muškaraca je povećana koncentracija melanina, pa su ta područja obojena tamnije od ostatka kože. Melanociti se nalaze ne samo u koži, već iu unutrašnjem uhu, retini i vaskularnom sloju oka.

Nekada su svi ljudi bili tamnoputi, a tek kako su se preselili na sjever, fiksirana je mutacija gena, koja je davala sve svjetliju boju kože za bolju sintezu vitamina D. Sada postoji vrsta mutacije u kojoj je melanin potpuno odsutni - takvi albini imaju vrlo svijetlu kožu i kosu.

Šta određuje količinu melanina

Broj melanocita kod svih ljudi je otprilike isti, ali količina proizvedenog melanina uvelike varira. Zavisi od genetskih karakteristika, intenziteta UV zračenja, a takođe i od pola (koža žena je u proseku 3-4% svetlija od muške).

Izlaganjem suncu povećava se proizvodnja melanina. Ovo je neophodno za zaštitu od UV zračenja. Što se više melanina proizvodi, koža postaje tamnija - pojavljuje se preplanulost. Što je originalna koža bljeđa, to su niže zaštitne sposobnosti melanina. Zbog toga dolazi do opekotina od sunca pri prekomjernom izlaganju suncu. Previše opekotina od sunca u životu povećava rizik od raka kože.

Sintezu melanina stimulira ne samo djelovanje ultraljubičastog zračenja, već i hormoni (melanostimulirajući hormon i ACTH). U starijoj dobi dolazi do smanjenja proizvodnje hormona, uslijed čega se smanjuje proizvodnja melanina, koža postaje svjetlija – povećava se rizik od opekotina i razvoja raka kože.

Melanom

Maligna degeneracija melanocita uzrokuje melanom – jedan od najbržih tipova raka s vrlo visokim mortalitetom (80% smrti od raka kože javlja se u melanomu).

Genetske mutacije ponekad toliko mijenjaju ljude da je to nevjerovatno. I nije jasno da li ih je priroda prevarila, ili kaznila. Ali izgledaju zaista jedinstveno.

Ljudi sa genetskim abnormalnostima nisu krivi što tako izgledaju. Njihova pojava ne zavisi od volje čoveka. Stoga se prema njihovim vlasnicima treba odnositi s razumijevanjem i taktom.

Vitiligo

Ova mutacija dovodi do promjene boje kože, kose, a ponekad čak i noktiju. Ne postoji lek za nju.

Winnie Harlow, koja ima vitiligo, radi kao model. Poznata je po bijelim prugama na koži negroidnog tipa.

Različiti blizanci

Ove bebe su se razvile iz istog jajeta, ali su rođene drugačijeg izgleda, suprotno standardnom stereotipu da bi monozigotni blizanci trebali biti kao dva zrna graška u mahuni.

piebald skin

Osoba s ovom mutacijom se rađa sa potpuno bijelim, bez melanocitnih mrlja na koži. I također bijeli, slični sedi, pramenovi kose.

Albinizam

Albinizam pogađa ljude svih etničkih grupa. Osobe s ovom mutacijom karakterizira urođeni nedostatak pigmenta melanina, koji daje boju koži, kosi i šarenici.

Ova djevojka je Afroamerikanka, ali zbog jedne anomalije izgleda kao obična plavuša iz Evrope, samo sa loknama.

Waardenburgov sindrom

Ljudi sa ovom mutacijom imaju sivu crtu iznad čela, urođeni gubitak sluha, telekantus i heterohromiju šarenice. Ova majka i sin su samo posljednji. Zato imaju tako neverovatnu boju očiju.

distihijaza

Uz ovu razvojnu anomaliju, na gornjem kapku pojavljuje se dodatni red trepavica. A trepavice na dnu postaju gušće.

heterohromija

Ova djevojka nema istu boju šarenice desnog i lijevog oka. Njen pogled je istovremeno zastrašujući i očaravajući.

Gigantizam

Silva Kruz je najviša devojka na svetu. A razlog za to je otvorena epifizna zona rasta, koja se javlja kod ljudi s gigantizmom.

podijeljenu bradu

Neki ljudi misle da kovrčava brada ukazuje na karakter jake volje. Ali zapravo - o mutaciji gena. Ova djevojka nema gen u svom tijelu koji pomaže da kosti brade rastu zajedno.