Gen koji daje bijelu boju kože. Otkriveni geni odgovorni za raznolikost tonova kože

Međunarodni tim istraživača, kao rezultat genotipizacije dvije tisuće 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 s južnoazijskim i australo-melanezijskim stanovništvom, a čini se da je jedan od alela povezanih sa svijetlom kožom neafričkog podrijetla i donesen izvana. Osim toga, znanstvenici su uspjeli utvrditi funkciju jednog od gena ( MFSD12), polimorfizmi koji su povezani s bojom kože kod ljudi. Studija je objavljena u časopisu Znanost.

Boja kože je važna prilagodba za život na određenoj geografskoj širini i varira u prilično širokom rasponu - na primjer, među Afrikancima možete pronaći i ljude s relativno svijetlom kožom i potpuno crne. Intenzitet pigmentacije korelira s intenzitetom ultraljubičastog zračenja karakterističnog za određeno područje. Maksimum doseže na ekvatoru, a minimum u visokim geografskim širinama, gdje žive najsvjetlije puti ljudi. Dok tamna koža štiti svog vlasnika od viška ultraljubičastog zračenja, bijela koža je prilagodba na njegov nedostatak, jer je nešto ultraljubičastog zračenja potrebno za sintezu vitamina D.

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

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

Boja kože složena je genetska osobina – različiti geni određuju količinu, strukturu i raspodjelu pigmenta. Studije na životinjama identificirale su oko 350 gena koji su na neki način povezani s pigmentacijom, ali čini se da ih je kod ljudi puno manje.

Istraživači s nekoliko američkih sveučilišta, u suradnji s kolegama iz Bocvane, Tanzanije i Etiopije, proveli su opsežnu potragu za genetskim varijantama koje određuju različitost tonova kože. U studiji je sudjelovalo 2092 ljudi čiji je intenzitet pigmentacije kvantificiran refleksijom svjetla s njihove kože te im je uzeta krvna slika za genotipizaciju. Sudionici su predstavljali različite etničke skupine koje žive u gore navedenim zemljama. Osim toga, za usporedbu smo koristili genome predstavnika euroazijske i australo-melanezijske populacije, pročitane ranije.

Među ispitanicima najsvjetliju kožu imali su predstavnici naroda San (Bušmani) koji žive u južnoj Africi, a najtamniju su imali predstavnici nilosaharske jezične makroporodice istočne Afrike. Najznačajnije povezanosti s bojom kože utvrđene su za četiri genetska lokusa - polimorfizme u genima SCL24A5,MSFD12 te u regulatornim regijama gena DDB1/TMEM138 I OCA2/HERC2. Znanstvenici procjenjuju da varijacije na tim lokusima čine približno 30 posto promatrane raznolikosti. Dakle, kod ljudi boja kože, iako kompleksna značajka, nije tako složena kao npr. visina.

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

Nicholas G Crawford et al / Znanost, 2017

Za neke od pronađenih gena bile su poznate funkcije, na primjer, genski produkt DDB1(Damage Specific DNA Binding Protein 1) uključen je u popravak oštećenja DNA uzrokovanih ultraljubičastim zračenjem, i OCA2 kodira ionski prijenosnik koji regulira kiselost u melanosomima. Međutim, za gen MSFD12, u kojem varijacije čine gotovo pet posto raznolikosti, funkcija nije utvrđena. U sklopu studije pokušali su to učiniti autori rada.

Bilo je poznato da su dvije mutacije smještene u genu MSFD12, nalaze se samo u afričkim populacijama, osobito na istoku, i povezuju se s najtamnijom kožom. Istraživači su otkrili da su ti polimorfizmi povezani sa smanjenom ekspresijom gena. Kada izraz MSFD12 umjetno smanjen broj melanocita, stanice su počele nakupljati crni pigment. Stoga je funkcija proteina MSFD12 povezana sa supresijom sinteze melanina.

Polimorfizam u genu bio je najjače povezan s afričkom bojom kože SCL24A5, koji se također izražava u melanocitima i kodira ionski prijenosnik. Istraživači su pokazali da je alel ovog gena povezan sa svijetlom kožom čest u afričkim populacijama s utvrđenim azijskim podrijetlom (Etiopija i Tanzanija), ali je rijedak u "autohtonim" afričkim populacijama Sana i Bocvane. Čini se da se ova varijanta pojavila u Africi kao rezultat protoka gena iz Euroazije u posljednjih 3000 do 9000 godina i tamo je prisutna već 30 000 godina.

Prethodno je bilo poznato da je varijanta ovog gena "svjetle puti" uobičajena među Europljanima i da se ustalila u populaciji kao rezultat selekcije. Štoviše, aleli svijetle puti pronađeni su u genomima neandertalaca i denisovaca, podupirući hipotezu da je tamna boja kože kasno stečena i da su naši preci bili prilično umjereno pigmentirani nakon što su izgubili dlake na tijelu.

Ranije smo govorili o studiji njemačkih znanstvenika koji su sugerirali da je svijetla koža modernih Europljana naslijeđena od drevnih lovaca i sakupljača koji su živjeli na ovom području, ali ne i od prvih farmera koji su došli iz Azije.

Daria Spasskaya

Istraživači predvođeni Sarah Tishkoff sa Sveučilišta u Pennsylvaniji objavili su rad koji prati evoluciju i distribuciju gena koji određuju boju ljudske kože diljem svijeta.

Pripadnik naroda Agaw iz sjeverne Etiopije i Eritreje (lijevo)
i etnička skupina Surma iz južne Etiopije i Južnog Sudana
© Alessia Ranciaro, Dr. Simon R. Thompson

Prema znanstvenicima, ljudski preci - Australopithecus - imali su svijetlu kožu prekrivenu dlakama. “Ako obrijete čimpanzu, vidjet ćete da joj je koža svijetla”, kaže Sarah Tishkoff. “Ako imate dlake na tijelu, ne treba vam tamna koža za zaštitu od UV zračenja.” Donedavno se pretpostavljalo da su ljudski preci nakon što su izgubili većinu dijelova tijela (prije oko dva milijuna godina) vrlo brzo dobili tamnu kožu kako bi se zaštitili od štetnog djelovanja ultraljubičastog zračenja. Zatim, kako su ljudi migrirali iz Afrike u sjevernije geografske širine, njihova je koža postala svjetlija kao prilagodba na nedostatak sunčeve svjetlosti, jer blijeda koža sintetizira više vitamina D.

Prethodne studije gena za boju kože odgovaraju ovoj slici. Na primjer, "gen za depigmentaciju" (SLC24A5), povezan sa svijetlom kožom, proširio se europskim stanovništvom tijekom posljednjih 6000 godina. Rad Tishkoff i njezinih kolega pokazao je da nije sve tako jednostavno.

Autori rada izmjerili su refleksiju kože 2092 osobe iz Etiopije, Tanzanije i Bocvane. Najtamnija koža pronađena je kod stočara istočne Afrike, poput naroda Mursi i Surma, a najsvjetlija kod naroda San iz Južne Afrike. Osim njih, otkrivene su mnoge prijelazne nijanse. U isto vrijeme, istraživači su prikupili uzorke krvi kako bi izdvojili DNK. Sekvencionirali su više od četiri milijuna pojedinačnih nukleotidnih polimorfizama (dijelovi DNK koji se razlikuju po samo jednom nukleotidu, odnosno zamjenom jednog "slova" genetske abecede). Pronašli su četiri ključna područja genoma gdje specifični polimorfizmi jednog nukleotida koreliraju s bojom kože.

Prvo iznenađenje bilo je to što je gen SLC24A5, karakterističan za Europljane, čest i u istočnoj Africi, gdje ga ima gotovo polovica nekih ljudi u Etiopiji. Ova varijanta nastala je prije 30.000 godina i vjerojatno su je u istočnu Afriku donijeli ljudi koji su migrirali s Bliskog istoka. No iako ga mnogi stanovnici istočne Afrike imaju, njihova koža ne pobijeli jer je SLC24A5 samo jedan od niza gena koji određuju boju kože.

Istraživači su također pronašli varijante u dva susjedna gena: HERC2 i OCA2, koji su povezani sa svijetlom kožom, svijetlim očima i kosom u Europljana, a potječu iz Afrike. Vrlo su drevni i uobičajeni među narodom San. Autori rada sugeriraju da su te varijante nastale u Africi prije milijun godina, a kasnije su prenesene na Europljane i Azijate. “Mnoge varijante gena koje uzrokuju svijetlu kožu u Europi dolaze iz Afrike”, kaže Sarah Tishkoff.

Najdramatičnije otkriće odnosilo se na gen MFSD12. Dvije mutacije koje smanjuju ekspresiju ovog gena javljaju se vrlo često kod ljudi s najtamnijom kožom. Ove su se varijante pojavile prije otprilike pola milijuna godina, tako da su stariji ljudi možda imali samo umjereno tamnu kožu, a ne duboku crnu boju kakva se danas nalazi zahvaljujući tim mutacijama. Iste dvije varijante nalaze se među Melanežanima, australskim Aboridžinima i nekim Indijancima. Možda su naslijedili ove varijante gena od drevnih afričkih migranata koji su slijedili "južni put" iz istočne Afrike, duž južne obale Indije do Melanezije i Australije. Možda je među njima bilo nositelja drugih varijanti povezanih sa svjetlijom nijansom, ali su izgubljeni na putu do Melanezije.

Autori rada proveli su laboratorijski eksperiment kako bi razumjeli kako mutacije u genu MFSD12 utječu na boju kože. Smanjili su ekspresiju ovog gena u kulturama stanica, oponašajući varijantu koja se nalazi kod ljudi tamne puti. Stanice su počele proizvoditi više eumelanina, pigmenta koji određuje crnu i smeđu boju kože, kose i šarenica. Druga mutacija blokira proizvodnju žutih pigmenata, što također dovodi do tamnije boje. Znanstvenici su reproducirali ovaj učinak na ribicama zebricama i laboratorijskim miševima.

Rezultati koje su dobili Sarah Tishkoff i njezini kolege pokazuju da tradicionalna klasifikacija vrsta Homosapiensa o rasi ne odražava njezinu stvarnu povijest. Kako se ispostavilo, neke varijante gena iz Euroazije kasnije su se vratile u Afriku, a mutacije povezane sa svijetlom bojom kože kod Europljana su afričkog porijekla. Sarah Tishkoff kaže da postoji tako visoka razina raznolikosti unutar Afrike da ne postoji takva stvar kao što je jedna afrička rasa.

Najpoznatija značajka povezana s prilagodbom na klimu je boja kože. Tamo gdje je ultraljubičasto svjetlo najintenzivnije, ljudi imaju najtamniju kožu. U sjevernim geografskim širinama ljudi imaju najsvjetliju kožu, da nije tako, djeca bi imala rahitis, jer tamna koža štiti od ultraljubičastog zračenja, pod čijim utjecajem se stvara vitamin D. Vitamin D je neophodan za apsorpciju kalcija.

Intenzitet pigmentacije kože povezan je s nakupljanjem pigmenta melanina, koji je pod kontrolom proteina receptora melanokortina. Gen koji kodira ovaj protein proučavan je kod različitih naroda, a pokazalo se da se nakupljanje mutacija koje dovode do slabljenja pigmentacije dogodilo kod stanovnika Azije i Europe. Zanimljiva je činjenica da iako narodi Afrike imaju najveću genetsku raznolikost, nema mutacija za ovaj gen, jer je svijetla koža tamo neprilagodljiva. Slika prikazuje geografsku širinu distribucije pigmentacije kože.

Intenzitet pigmentacije kože u negativnoj je korelaciji s geografskom širinom, iako postoje neke iznimke. Na primjer, Eskimi imaju nešto tamniju kožu od ostalih populacija koje žive na istoj zemljopisnoj širini. Pretpostavlja se da je to zbog činjenice da su došli iz južnijih krajeva u nedavnoj prošlosti i nisu se stigli prilagoditi ili zato što jedu puno jetre morskih životinja, gdje ima puno vitamina D.

Visina i oblik tijela također su prilagodbe klimatskim uvjetima. Na sjeveru je najpovoljnije biti nizak, s kraćim udovima, jer će kroz kožu biti minimalan gubitak topline, na jugu, naprotiv, biti mršav i visok, kako bi gubio više topline.

Boja kože svake osobe je drugačija, a kamoli rasne razlike. A sve to osigurava pigment melanin koji proizvode posebne stanice – melanociti. Melanociti se nalaze u donjim slojevima epidermisa. Melanin je odgovoran ne samo za boju kože, već i za boju očiju i kose. Krvne žile također određuju boju kože: njihovo širenje/suženje određuje bljedilo ili crvenilo kože.

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

Različita područja kože sadrže različite količine melanina. Dlanovi i stopala su lišeni melanina - koža na tim područjima je najsvjetlija. U području bradavica i skrotuma kod muškaraca je povećana koncentracija melanina, pa su ta područja tamnije boje od ostatka kože. Melanociti se nalaze ne samo u koži, već iu unutarnjem uhu, mrežnici i vaskularnom sloju oka.

Nekoć su svi ljudi bili tamnoputi, a tek kako su se kretali prema sjeveru, uspostavila se mutacija gena, koja je omogućila sve svjetliju boju kože za bolju sintezu vitamina D. Danas postoji vrsta mutacije u kojoj je melanin potpuno odsutan - takvi albinosi imaju vrlo svijetlu kožu i kosu .

Što određuje količinu melanina?

Broj melanocita kod svih ljudi je približno isti, ali količina proizvedenog melanina jako varira. To ovisi o genetskim karakteristikama, intenzitetu UV zračenja, kao i o spolu (koža žena je u prosjeku 3-4% svjetlija od kože muškaraca).

Prilikom izlaganja suncu povećava se proizvodnja melanina. To je potrebno za zaštitu od ultraljubičastog zračenja. Što se više melanina proizvodi, koža postaje tamnija - pojavljuje se preplanulost. Što je izvorna koža bljeđa, to su zaštitne sposobnosti melanina manje. Zbog toga dolazi do opeklina zbog pretjeranog izlaganja suncu. Previše opeklina tijekom života povećava rizik od raka kože.

Sintezu melanina stimuliraju ne samo ultraljubičasto zračenje, već i hormoni (melanostimulirajući hormon i ACTH). U starijoj dobi dolazi do smanjenja proizvodnje hormona, zbog čega se smanjuje proizvodnja melanina, koža postaje svjetlija – povećava se rizik od opeklina i razvoja raka kože.

Melanoma

Maligna degeneracija melanocita uzrokuje melanom - jedan od najbrže rastućih tipova raka s vrlo visokom stopom smrtnosti (80% smrti od raka kože je melanom).

Genetske mutacije ponekad toliko promijene ljude da ostanete zapanjeni. I nije jasno je li ih priroda lišila ili kaznila. Ali izgledaju stvarno jedinstveno.

Ljudi s genskim abnormalnostima nisu krivi što izgledaju onako kako izgledaju. Njihova pojava ne ovisi o ljudskoj volji. Stoga se s njihovim vlasnicima mora postupati s razumijevanjem i taktom.

Vitiligo

Ova mutacija uzrokuje promjene u boji kože, kose, a ponekad čak i noktiju. Ne postoji liječenje za to.

Winnie Harlow, koja ima vitiligo, radi kao model. Poznat je po bijelim prugama na negroidnoj koži.

Različiti blizanci

Ove su se bebe razvile iz istog jajeta, ali su rođene s različitim izgledom, suprotno standardnom stereotipu da bi jednojajčani blizanci trebali biti kao dva graška u mahuni.

Pjevasta koža

Osoba s ovom mutacijom rađa se s potpuno bijelim dijelovima kože bez melanocita. I također bijele, slične sijedim, pramenove kose.

albinizam

Albinizam pogađa ljude svih etničkih skupina. Ljudi s ovom mutacijom karakterizirani su urođenim nedostatkom pigmenta melanina, koji daje boju koži, kosi i šarenici oka.

Ova djevojka je Afroamerikanka, ali zbog anomalije izgleda kao obična plavuša iz Europe, samo s kovrčama.

Waardenburgov sindrom

Osobe s ovom mutacijom imaju sijedi pramen iznad čela, urođeni gubitak sluha, telekant, heterokromiju šarenice. Ova majka i sin su samo najnoviji. Zato imaju tako nevjerojatnu boju očiju.

distihijaza

S ovom razvojnom anomalijom pojavljuje se dodatni red trepavica na gornjem kapku. I trepavice na donjim postaju gušće.

Heterkromija

Boja šarenice ove djevojke ne slaže se između desnog i lijevog oka. Njezin pogled plaši i fascinira u isto vrijeme.

Gigantizam

Silva Cruz je najviša djevojka na svijetu. A razlog za to je otvorena epifizna zona rasta, koja se javlja kod ljudi s gigantizmom.

Rascjep brade

Neki ljudi misle da zakrivljena brada ukazuje na karakter jake volje. Ali zapravo - o mutaciji gena. Tijelo ove djevojke nema gen koji pomaže srastanju kostiju brade.