Genas, suteikiantis baltą odą. Rasti genai, atsakingi už įvairius odos tonus

Tarptautinė tyrėjų komanda, atlikusi dviejų tūkstančių skirtinguose Afrikos regionuose gyvenančių žmonių genotipą, atrado pagrindinius genetinius variantus, atsakingus už odos pigmentacijos intensyvumą. Atrodo, kad variantai, atsakingi už tamsią odą, sieja afrikiečius su Pietų Azijos ir Australijos-Melanezijos populiacijomis, o vienas iš alelių, susijusių su šviesia oda, buvo ne afrikietiškos kilmės ir atvežtas iš išorės. Be to, mokslininkai sugebėjo nustatyti vieno iš genų funkciją ( MFSD12), polimorfizmai, susiję su žmonių odos spalva. Tyrimas paskelbtas žurnale Mokslas.

Odos spalva yra svarbi adaptacija gyvenant vienoje ar kitoje platumoje ir kinta gana plačiame diapazone – pavyzdžiui, tarp afrikiečių galima sutikti ir gana šviesios odos, ir visiškai juodos spalvos žmonių. Pigmentacijos intensyvumas koreliuoja su tam tikram regionui būdingu ultravioletinės spinduliuotės intensyvumu. Maksimumą jis pasiekia ties pusiauju, o minimumą – aukštose platumose, kur gyvena dailiausios odos žmonės. Nors tamsi oda apsaugo naudotoją nuo UV pertekliaus, balta oda yra prisitaikymas prie jos trūkumo, nes vitamino D sintezei reikia šiek tiek UV spindulių.

Ultravioletinės spinduliuotės intensyvumo pasiskirstymas, išreikštas ultravioletinių spindulių dozių, reikalingų odai „deginti“ (eritemos dozė), skaičiumi

Pagrindinis pigmentas, užtikrinantis apsaugą nuo UV spindulių, yra melaninas. Jis sintetinamas specialiose ląstelėse – melanocituose, lokalizuotose giliuose odos sluoksniuose.

Odos spalva yra sudėtinga genetinė savybė – skirtingi genai lemia pigmento kiekį, struktūrą ir pasiskirstymą. Tyrimai su gyvūnais nustatė apie 350 genų, kurie kažkaip yra susiję su pigmentacija, tačiau žmonėms, matyt, jie yra daug mažesni.

Kelių Amerikos universitetų mokslininkai, bendradarbiaudami su kolegomis iš Botsvanos, Tanzanijos ir Etiopijos, atliko plataus masto genetinių variantų, lemiančių odos atspalvių įvairovę, paiešką. Tyrime dalyvavo 2092 žmonės, kuriems kiekybiškai buvo nustatytas šviesos atspindys nuo odos, pigmentacijos intensyvumas ir atliktas kraujo tyrimas genotipui nustatyti. Dalyviai atstovavo įvairioms etninėms grupėms, gyvenančioms aukščiau išvardytų šalių teritorijoje. Be to, palyginimui panaudoti anksčiau skaityti Eurazijos ir Australijos-Melanezijos populiacijų atstovų genomai.

Iš tiriamųjų šviesiausia oda buvo Pietų Afrikoje gyvenančių san tautų (bušmenų), o tamsiausia – Rytų Afrikos Nilosacharos kalbų makrošeimos atstovai. Reikšmingiausios sąsajos su odos spalva buvo nustatytos keturiems genetiniams lokusams – genų polimorfizmams SCL24A5,MSFD12 ir genų reguliavimo regionuose DDB1/TMEM138 ir OCA2/HERC2. Mokslininkų teigimu, šių lokusų skirtumai sudaro maždaug 30 procentų stebimos įvairovės. Taigi žmonių odos spalva, nors ir sudėtinga savybė, nėra tokia sudėtinga kaip, pavyzdžiui, ūgis.

SLC24A5 (kairėje) ir MFSD12 (dešinėje) genų alelių pasiskirstymo pasaulio populiacijose pavyzdžiai. SLC24A5 (G) variantas siejamas su tamsia oda, o SLC24A5 (A) variantas – su šviesia oda. MFSD12 (T) variantas siejamas su tamsesne oda, o MFSD12 (C) variantas – su šviesesne oda.

Nicholas G Crawford ir kt. / Mokslas, 2017 m

Kai kurių rastų genų funkcijos buvo žinomos, pavyzdžiui, genų produktas DDB1(Damage Specific DNA Binding Protein 1) dalyvauja atstatant ultravioletinės spinduliuotės sukeltą DNR pažeidimą ir OCA2 koduoja jonų transporterį, kuris reguliuoja rūgštingumą melanosomose. Tačiau dėl geno MSFD12, kurioje variacijos sudaro beveik penkis procentus įvairovės, funkcija nenustatyta. Atlikdami tyrimą, darbo autoriai bandė tai padaryti.

Buvo žinoma, kad genuose yra dvi mutacijos MSFD12, aptinkami tik Afrikos populiacijoje, ypač rytuose, ir yra siejami su tamsiausia oda. Tyrėjai nustatė, kad šie polimorfizmai yra susiję su sumažėjusia genų ekspresija. Kai išraiška MSFD12 dirbtinai sumažintas melanocitų, ląstelėse pradėjo kauptis juodas pigmentas. Taigi, MSFD12 baltymo funkcija buvo susijusi su melanino sintezės slopinimu.

Labiausiai su afrikiečių odos spalva buvo susijęs geno polimorfizmas SCL24A5, kuris taip pat yra išreikštas melanocituose ir koduoja jonų transporterį. Tyrėjai parodė, kad šviesios odos šio geno alelis yra paplitęs Afrikos populiacijose, turinčiose nusistovėjusią Azijos kilmę (Etiopiją ir Tanzaniją), tačiau retas „vietinėse“ Afrikos populiacijose San ir Botsvanoje. Matyt, šis variantas Afrikoje atsirado dėl genų srauto iš Eurazijos per pastaruosius 3–9 tūkstančius metų, o jo buvimas ten buvo atsektas jau 30 tūkstančių metų.

Anksčiau buvo žinoma, kad „šviesiaodė“ šio geno versija yra paplitusi tarp europiečių ir populiacijoje įsitvirtino dėl atrankos. Negana to, neandertaliečių ir denisovo genomuose taip pat buvo rasta šviesios odos alelių, o tai patvirtina hipotezę, kad tamsi odos spalva yra vėlyva, o mūsų protėviai, praradę kūno plaukus, buvo gana vidutiniškai pigmentuoti.

Anksčiau kalbėjome apie vokiečių mokslininkų tyrimą, kuriame teigiama, kad šviesią šiuolaikinių europiečių odą paveldėjo šioje teritorijoje gyvenę senovės medžiotojai ir rinkėjai, bet ne pirmieji iš Azijos atvykę ūkininkai.

Daria Spasskaya

Tyrėjai, vadovaujami Sarah Tishkoff iš Pensilvanijos universiteto, paskelbė straipsnį, kuriame atsekama žmogaus odos spalvą lemiančių genų evoliucija ir išplitimas visame pasaulyje.

Agau tautos atstovas iš šiaurės Etiopijos ir Eritrėjos (kairėje)
ir surmos etninė grupė iš pietų Etiopijos ir Pietų Sudano
© Alessia Ranciaro, dr. Simonas R. Thompsonas

Mokslininkų teigimu, žmonių protėviai – australopitekai – turėjo šviesią odą, padengtą vilna. „Jei nuskusti šimpanzę, pamatysi, kad jo oda šviesi“, – sako Sarah Tishkoff. "Jei turite kūno plaukų, jums nereikia tamsios odos apsaugai nuo UV spindulių." Dar visai neseniai buvo manoma, kad žmonių protėviai praradę didžiąją dalį savo kūnų (maždaug prieš du milijonus metų), jie greitai įgavo tamsią odą, kad apsisaugotų nuo žalingo ultravioletinių spindulių poveikio. Tada, kai žmonės migravo iš Afrikos į šiaurines platumas, jų oda tapo šviesesnė, nes prisitaikė prie saulės šviesos trūkumo, nes blyški oda sintetina daugiau vitamino D.

Ankstesni odos spalvos genų tyrimai atitiko šį vaizdą. Pavyzdžiui, su šviesia oda susijęs „depigmentacijos genas“ (SLC24A5) per pastaruosius 6000 metų išplito visose Europos populiacijose. Tishkoff ir jos kolegų darbas parodė, kad ne viskas taip paprasta.

Darbo autoriai išmatavo 2092 žmonių iš Etiopijos, Tanzanijos ir Botsvanos odos atspindį. Tamsiausia oda buvo tarp Rytų Afrikos ganytojų, tokių kaip Mursi ir Surma tautos, šviesiausia – tarp San žmonių Pietų Afrikoje. Be jų, buvo rasta daug pereinamųjų atspalvių. Tuo pačiu metu mokslininkai rinko kraujo mėginius DNR ekstrahavimui. Jie sekvenavo daugiau nei keturis milijonus vieno nukleotido polimorfizmų (DNR dalių, kurios skiriasi tik vienu nukleotidu, tai yra vienos genetinės abėcėlės „raidės“ pakeitimu). Jie rado keturis pagrindinius genomo regionus, kuriuose specifiniai vieno nukleotido polimorfizmai koreliuoja su odos spalva.

Pirmiausia nustebino tai, kad europiečiams būdingas genas SLC24A5 paplitęs ir Rytų Afrikoje, kur jo aptinkama beveik pusėje kai kurių Etiopijos tautų atstovų. Šis variantas atsirado prieš 30 000 metų ir tikriausiai jį į Rytų Afriką atnešė iš Artimųjų Rytų migruojantys žmonės. Tačiau, nors daugelis Rytų afrikiečių ją turi, jų oda netapo balta, nes SLC24A5 yra tik vienas iš daugelio genų, lemiančių odos spalvą.

Tyrėjai taip pat aptiko dviejų gretimų genų HERC2 ir OCA2 variantus, kurie europiečiams siejami su šviesia oda, šviesia akių ir plaukų spalva ir kilę iš Afrikos. Jie yra labai seni ir paplitę tarp san žmonių. Darbo autoriai teigia, kad šie variantai atsirado Afrikoje jau prieš milijoną metų, o vėliau perėjo europiečiams ir azijiečiams. „Daugelis genų variantų, sukeliančių šviesią odą Europoje, yra kilę iš Afrikos“, – sako Sarah Tishkoff.

Dramatiškiausias atradimas buvo susijęs su MFSD12 genu. Dvi mutacijos, mažinančios šio geno raišką, dažnai pasitaiko žmonėms su tamsiausia oda. Šie variantai atsirado maždaug prieš pusę milijono metų, todėl vyresnio amžiaus žmonių oda galėjo būti tik vidutiniškai tamsi, o ne giliai juoda, kuri dabar randama dėl šių mutacijų. Tie patys du variantai yra tarp melaneziečių, Australijos aborigenų ir kai kurių indų. Šiuos genų variantus jie galėjo paveldėti iš senovės migrantų iš Afrikos, kurie ėjo „pietiniu keliu“ iš Rytų Afrikos, palei pietinę Indijos pakrantę iki Melanezijos ir Australijos. Tarp jų galėjo būti ir kitų variantų, susijusių su šviesesniu atspalviu, nešiotojų, tačiau pakeliui į Melaneziją jie pasimetė.

Darbo autoriai atliko laboratorinį eksperimentą, siekdami suprasti, kaip MFSD12 genų mutacijos veikia odos spalvą. Jie sumažino šio geno ekspresiją ląstelių kultūrose, imituodami variantą, randamą žmonėms su tamsia oda. Ląstelės pradėjo gaminti daugiau eumelanino – pigmento, lemiančio juodą ir rudą odos, plaukų ir akių rainelių spalvą. Kitas mutacijos variantas blokuoja geltonų pigmentų gamybą, o tai taip pat lemia tamsesnę spalvą. Mokslininkai atkartojo šį poveikį zebrinėms žuvims ir laboratorinėms pelėms.

Sarah Tishkoff ir jos kolegų gauti rezultatai rodo, kad tradicinė rūšių klasifikacija Homosapiens apie rasę neatspindi tikrosios jos istorijos. Pasirodo, kai kurie genų variantai iš Eurazijos vėliau vėl atsirado Afrikoje, o su šviesia europiečių odos spalva susijusios mutacijos yra afrikietiškos kilmės. Sarah Tishkoff sako, kad Afrikoje yra tokia didelė įvairovė, kad nėra nė vienos Afrikos rasės.

Labiausiai žinomas bruožas, susijęs su prisitaikymu prie klimato, yra odos spalva. Ten, kur ultravioletinė šviesa intensyviausia, ten žmonių oda tamsiausia. Šiaurinėse platumose žmonės turi šviesiausią odą, jei taip nebūtų, vaikai sirgtų rachitu, nes tamsi oda apsaugo nuo ultravioletinių spindulių, kuriuos veikiant gaminasi vitaminas D. Vitaminas D reikalingas kalciui pasisavinti.

Odos pigmentacijos intensyvumas siejamas su melanino pigmento, kurį kontroliuoja melanokortino receptorių baltymas, kaupimu. Šį baltymą koduojantis genas buvo tiriamas įvairiose tautose ir buvo įrodyta, kad mutacijų, dėl kurių susilpnėjo pigmentacija, kaupimasis įvyko pas Azijos ir Europos gyventojus. Įdomus faktas yra tai, kad nors Afrikos tautos turi didžiausią genetinę įvairovę, šio geno mutacijų nėra, nes šviesi oda ten neprisitaiko. Paveikslėlyje parodytas odos pigmentacijos pasiskirstymas platumoje.

Odos pigmentacijos intensyvumas neigiamai koreliuoja su platuma, nors yra keletas išimčių. Pavyzdžiui, eskimai turi šiek tiek tamsesnę odą nei kitos populiacijos, gyvenančios toje pačioje platumoje. Spėjama, kad taip yra dėl to, kad pastaruoju metu jie atkeliavo iš pietinių regionų ir nespėjo prisitaikyti, arba valgo daug jūrų gyvūnų kepenų, kuriose yra daug vitamino D. .

Ūgis ir kūno formos taip pat yra prisitaikymas prie klimato sąlygų. Šiaurėje naudingiausia būti žemam, trumpesnėmis galūnėmis, nes per odą šilumos nuostoliai bus mažiausiai, o pietuose, atvirkščiai, plonam ir aukštam, kad daugiau netektų šilumos.

Kiekvieno žmogaus odos spalva yra skirtinga, jau nekalbant apie rasinius skirtumus. O visa tai suteikia pigmentas melaninas, kurį gamina specialios ląstelės – melanocitai. Melanocitai randami apatiniuose epidermio sluoksniuose. Melaninas atsakingas ne tik už odos, bet ir už akių bei plaukų spalvą. Kraujagyslės lemia ir odos spalvą: odos blyškumas ar paraudimas priklauso nuo jų išsiplėtimo/susiaurėjimo.

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

Įvairių odos sričių odoje yra skirtingas melanino kiekis. Delnuose ir pėdose melanino nėra – šiose vietose oda šviesiausia. Vyrų spenelių ir kapšelio srityje padidėja melanino koncentracija, todėl šios sritys yra tamsesnės nei likusi oda. Melanocitų yra ne tik odoje, bet ir vidinėje ausyje, tinklainėje bei akies kraujagysliniame sluoksnyje.

Kadaise visi žmonės buvo tamsiaodžiai, ir tik jiems judant į šiaurę buvo užfiksuota genų mutacija, suteikianti vis šviesesnį odos atspalvį geresnei vitamino D sintezei. nėra – tokie albinosai turi labai šviesią odą ir plaukus.

Kas lemia melanino kiekį

Visų žmonių melanocitų skaičius yra maždaug vienodas, tačiau gaminamo melanino kiekis labai skiriasi. Tai priklauso nuo genetinių savybių, UV spinduliuotės intensyvumo, taip pat nuo lyties (moterų oda yra vidutiniškai 3-4% šviesesnė nei vyrų).

Veikiant saulei, melanino gamyba didėja. Tai būtina apsaugai nuo UV spindulių. Kuo daugiau pasigamina melanino, tuo oda tamsėja – atsiranda įdegis. Kuo blyškesnė pradinė oda, tuo mažesnės melanino apsauginės savybės. Štai kodėl saulės nudegimas atsiranda per daug būnant saulėje. Per daug nudegus saulėje per gyvenimą padidėja odos vėžio rizika.

Melanino sintezę skatina ne tik ultravioletinė spinduliuotė, bet ir hormonai (melanostimuliuojantis hormonas ir AKTH). Vyresniame amžiuje sumažėja hormonų gamyba, dėl to mažėja melanino gamyba, oda tampa šviesesnė – padidėja rizika nudegti saulėje ir išsivystyti odos vėžiui.

Melanoma

Piktybinė melanocitų degeneracija sukelia melanomą – vieną greičiausių vėžio rūšių, kurios mirtingumas labai didelis (80 % mirčių nuo odos vėžio įvyksta sergant melanoma).

Genetinės mutacijos kartais taip pakeičia žmones, kad tai nuostabu. Ir neaišku, ar gamta juos apgavo, ar nubaudė. Bet jie atrodo tikrai išskirtiniai.

Žmonės, turintys genetinių sutrikimų, nėra kalti, kad taip žiūri. Jų atsiradimas nepriklauso nuo žmogaus valios. Todėl su jų savininkais reikia elgtis supratingai ir taktiškai.

Vitiligo

Dėl šios mutacijos pakinta odos, plaukų, o kartais net ir nagų spalva. Jai nėra vaistų.

Vitiligo serganti Winnie Harlow dirba modeliu. Ji yra žinoma dėl baltų juostelių ant Negroid tipo odos.

Nepanašūs dvyniai

Šie kūdikiai išsivystė iš to paties kiaušinėlio, tačiau gimė skirtingai, o tai prieštarauja standartiniam stereotipui, kad monozigotiniai dvyniai turi būti kaip du žirniai ankštyje.

pabalusi oda

Žmogus, turintis šią mutaciją, gimsta su visiškai baltais, be melanocitų dėmių ant odos. Ir taip pat balti, panašūs į pilkus, plaukų sruogos.

Albinizmas

Albinizmas paveikia visų etninių grupių žmones. Šią mutaciją turintiems žmonėms būdingas įgimtas pigmento melanino nebuvimas, suteikiantis spalvą odai, plaukams ir rainelei.

Ši mergina afroamerikietė, bet dėl ​​anomalijos atrodo kaip eilinė blondinė iš Europos, tik su garbanomis.

Waardenburgo sindromas

Žmonės su šia mutacija turi pilką ruoželį virš kaktos, įgimtą klausos praradimą, telekantą ir rainelės heterochromiją. Ši mama ir sūnus tik paskutiniai. Štai kodėl jie turi tokią nuostabią akių spalvą.

distichiazė

Esant šiai vystymosi anomalijai, ant viršutinio voko atsiranda papildoma blakstienų eilė. Ir blakstienos apačioje tampa tankesnės.

heterochromija

Ši mergina neturi tos pačios spalvos dešinės ir kairės akies rainelės. Jos žvilgsnis bauginantis ir užburiantis vienu metu.

Gigantizmas

Silva Cruz yra aukščiausia mergina pasaulyje. Ir to priežastis yra atvira epifizės augimo zona, kuri atsiranda žmonėms su gigantiškumu.

suskilo smakras

Kai kurie žmonės mano, kad riestas smakras rodo stiprios valios charakterį. Bet iš tikrųjų – apie genų mutaciją. Šios merginos kūne nėra geno, kuris padėtų suaugti smakro kaulams.