Gen, który daje białą skórę. Znaleziono geny odpowiedzialne za różnorodność odcieni skóry

Międzynarodowy zespół naukowców w wyniku genotypowania dwóch tysięcy osób żyjących w różnych regionach Afryki odkrył główne warianty genetyczne odpowiedzialne za intensywność pigmentacji skóry. Warianty odpowiedzialne za ciemną skórę wydają się łączyć Afrykańczyków z populacjami południowoazjatyckimi i australo-melanezyjskimi, a jeden z alleli związanych z jasną skórą nie był pochodzenia afrykańskiego i został przywieziony z zewnątrz. Ponadto naukowcom udało się ustalić funkcję jednego z genów ( MFSD12), polimorfizmy związane z kolorem skóry u ludzi. Badania opublikowane w czasopiśmie Nauki ścisłe.

Kolor skóry jest ważną adaptacją do życia na tej czy innej szerokości geograficznej i zmienia się w dość szerokim zakresie - na przykład wśród Afrykanów można spotkać zarówno osoby o stosunkowo jasnej karnacji, jak i całkowicie czarne. Intensywność pigmentacji koreluje z intensywnością promieniowania ultrafioletowego charakterystycznego dla regionu. Maksimum osiąga na równiku, a minimum - na wysokich szerokościach geograficznych, gdzie żyją ludzie o najjaśniejszej karnacji. Podczas gdy ciemna skóra chroni użytkownika przed nadmiernym promieniowaniem UV, biała skóra jest przystosowaniem do jej niedoboru, ponieważ pewne promieniowanie UV jest potrzebne do syntezy witaminy D.

Rozkład natężenia promieniowania ultrafioletowego wyrażony liczbą dawek ultrafioletowych niezbędnych do „spalenia” skóry (dawka rumieniowa)

Głównym pigmentem zapewniającym ochronę przed promieniowaniem UV jest melanina. Jest syntetyzowany w specjalnych komórkach - melanocytach, zlokalizowanych w głębokich warstwach skóry.

Kolor skóry to złożona cecha genetyczna – różne geny determinują ilość, strukturę i rozmieszczenie pigmentu. Badania na zwierzętach zidentyfikowały około 350 genów, które są w jakiś sposób związane z pigmentacją, ale u ludzi najwyraźniej są one znacznie mniejsze.

Naukowcy z kilku amerykańskich uniwersytetów, we współpracy z kolegami z Botswany, Tanzanii i Etiopii, przeprowadzili zakrojone na szeroką skalę poszukiwania wariantów genetycznych, które determinują różnorodność odcieni skóry. W badaniu wzięło udział 2092 osób, u których ilościowo określono odbicie światła od skóry, intensywność pigmentacji oraz wykonano badanie krwi w celu genotypowania. Uczestnicy reprezentowali różne grupy etniczne zamieszkujące terytorium wyżej wymienionych krajów. Ponadto do porównań wykorzystano wcześniej odczytane genomy przedstawicieli populacji euroazjatyckiej i australomelanezyjskiej.

Wśród badanych najjaśniejszą skórę mieli przedstawiciele ludu San (Buszmenów) żyjący w Afryce Południowej, a najciemniejszą mieli przedstawiciele makrorodziny języków nilo-saharyjskich z Afryki Wschodniej. Najistotniejsze powiązania z kolorem skóry stwierdzono dla czterech loci genetycznych – polimorfizmów w genach SCL24A5,MSFD12 oraz w regionach regulatorowych genów DDB1/TMEM138 oraz OCA2/HERC2. Według naukowców zmienność tych loci odpowiada za około 30 procent obserwowanej różnorodności. Tak więc u ludzi kolor skóry, choć cecha złożona, nie jest tak złożona jak np. wzrost.

Przykłady dystrybucji alleli genów SLC24A5 (po lewej) i MFSD12 (po prawej) w populacjach światowych. Wariant SLC24A5 (G) jest związany z ciemną skórą, podczas gdy wariant SLC24A5 (A) jest związany z jasną skórą. Wariant MFSD12 (T) jest związany z ciemniejszą skórą, podczas gdy wariant MFSD12 (C) jest związany z jaśniejszą skórą.

Nicholas G Crawford i in. / Science, 2017

W przypadku niektórych znalezionych genów znane były funkcje, na przykład produkt genu DDB1(Damage Specific DNA Binding Protein 1) bierze udział w naprawie uszkodzeń DNA spowodowanych promieniowaniem ultrafioletowym i OCA2 koduje transporter jonów, który reguluje kwasowość w melanosomach. Jednak dla genu MSFD12, w którym wariacje stanowią prawie pięć procent różnorodności, funkcja nie została ustalona. W ramach badania autorzy pracy próbowali to zrobić.

Wiadomo było, że dwie mutacje zlokalizowane w genie MSFD12, występują tylko w populacji afrykańskiej, zwłaszcza na wschodzie, i są kojarzone z najciemniejszą skórą. Naukowcy odkryli, że te polimorfizmy są związane ze zmniejszoną ekspresją genów. Kiedy wyrażenie MSFD12 sztucznie obniżony w melanocytach komórki zaczęły gromadzić czarny pigment. Tak więc funkcja białka MSFD12 była związana z hamowaniem syntezy melaniny.

Najsilniej związany z kolorem skóry Afrykanów był polimorfizm w genie SCL24A5, który jest również wyrażany w melanocytach i koduje transporter jonów. Naukowcy wykazali, że allel tego genu o jasnej skórze jest powszechny w populacjach afrykańskich o ustalonym pochodzeniu azjatyckim (Etiopia i Tanzania), ale jest rzadki w „rdzennych” afrykańskich populacjach Sanu i Botswany. Podobno wariant ten pojawił się w Afryce w wyniku przepływu genów z Eurazji w ciągu ostatnich 3-9 tys. lat, a jego obecność jest tam śledzona od 30 tys. lat.

Wcześniej wiedziano, że „jasnoskóra” wersja tego genu jest powszechna wśród Europejczyków i zakorzeniła się w populacji w wyniku selekcji. Co więcej, allele o jasnej skórze znaleziono również w genomach neandertalczyków i denisowian, co potwierdza hipotezę, że ciemny kolor skóry jest późnym nabyciem, a nasi przodkowie, po utracie włosów na ciele, byli raczej umiarkowanie pigmentowani.

Wcześniej mówiliśmy o badaniu przeprowadzonym przez niemieckich naukowców, którzy sugerowali, że jasna skóra współczesnych Europejczyków została odziedziczona po starożytnych myśliwych i zbieraczy żyjących na tym terytorium, ale nie od pierwszych rolników przybyłych z Azji.

Daria Spasska

Naukowcy pod kierunkiem Sarah Tishkoff z University of Pennsylvania opublikowali artykuł, który śledzi ewolucję i rozprzestrzenianie się po świecie genów określających kolor ludzkiej skóry.

Przedstawiciel ludu Agau z północnej Etiopii i Erytrei (po lewej)
oraz grupa etniczna Surma z południowej Etiopii i Sudanu Południowego
© Alessia Ranciaro, dr. Simon R. Thompson

Według naukowców przodkowie człowieka - australopiteki - mieli jasną skórę, pokrytą wełną. „Jeśli ogolisz szympansa, zobaczysz, że jego skóra jest jasna” – mówi Sarah Tishkoff. „Jeśli masz włosy na ciele, nie potrzebujesz ciemnej skóry do ochrony przed promieniowaniem UV”. Do niedawna zakładano, że po utracie większości ciał (około dwóch milionów lat temu) przodkowie człowieka szybko nabyli ciemną skórę, aby uchronić się przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego. Następnie, gdy ludzie migrowali z Afryki do bardziej północnych szerokości geograficznych, ich skóra stała się jaśniejsza w ramach adaptacji do braku światła słonecznego, ponieważ blada skóra syntetyzuje więcej witaminy D.

Poprzednie badania genów koloru skóry były zgodne z tym obrazem. Na przykład „gen depigmentacji” (SLC24A5) związany z jasną skórą rozprzestrzenił się w populacjach europejskich w ciągu ostatnich 6000 lat. Praca Tishkoff i jej współpracowników pokazała, że ​​nie wszystko jest takie proste.

Autorzy pracy zmierzyli współczynnik odbicia skóry u 2092 osób z Etiopii, Tanzanii i Botswany. Najciemniejszą skórę znaleziono wśród pasterzy z Afryki Wschodniej, takich jak ludy Mursi i Surma, najjaśniejsze wśród ludu San w Afryce Południowej. Oprócz nich znaleziono wiele odcieni przejściowych. Jednocześnie naukowcy pobrali próbki krwi do ekstrakcji DNA. Zsekwencjonowali ponad cztery miliony polimorfizmów pojedynczych nukleotydów (odcinków DNA, które różnią się tylko jednym nukleotydem, czyli zastąpieniem jednej „litery” alfabetu genetycznego). Odkryli cztery kluczowe regiony genomu, w których określone polimorfizmy pojedynczego nukleotydu korelują z kolorem skóry.

Pierwszą niespodzianką było to, że gen SLC24A5, charakterystyczny dla Europejczyków, jest również powszechny w Afryce Wschodniej, gdzie znajduje się u prawie połowy przedstawicieli niektórych ludów Etiopii. Wariant ten powstał 30 000 lat temu i prawdopodobnie został sprowadzony do Afryki Wschodniej przez osoby migrujące z Bliskiego Wschodu. Ale chociaż ma go wielu mieszkańców Afryki Wschodniej, ich skóra nie stała się biała, ponieważ SLC24A5 jest tylko jednym z wielu genów określających kolor skóry.

Naukowcy odkryli również warianty dwóch sąsiednich genów, HERC2 i OCA2, które są związane z jasną karnacją, jasnym kolorem oczu i włosów u Europejczyków i pochodzą z Afryki. Są bardzo stare i powszechne wśród ludu San. Autorzy pracy sugerują, że warianty te pojawiły się w Afryce już milion lat temu, a później przeszły na Europejczyków i Azjatów. „Wiele wariantów genów powodujących jasną skórę w Europie pochodzi z Afryki” – mówi Sarah Tishkoff.

Najbardziej dramatyczne odkrycie dotyczyło genu MFSD12. Dwie mutacje, które zmniejszają ekspresję tego genu, występują z dużą częstotliwością u osób o najciemniejszej karnacji. Warianty te pojawiły się około pół miliona lat temu, więc starsi ludzie mogli mieć tylko umiarkowanie ciemną skórę, a nie głęboką czerń, którą obecnie można znaleźć z powodu tych mutacji. Te same dwa warianty występują u Melanezyjczyków, australijskich Aborygenów i niektórych Indian. Mogli odziedziczyć te warianty genów od starożytnych migrantów z Afryki, którzy podążali „południową drogą” od Afryki Wschodniej, wzdłuż południowego wybrzeża Indii do Melanezji i Australii. Być może byli wśród nich nosiciele innych wariantów związanych z jaśniejszym odcieniem, ale zaginęli w drodze do Melanezji.

Autorzy pracy przeprowadzili eksperyment laboratoryjny, aby zrozumieć, w jaki sposób mutacje genu MFSD12 wpływają na kolor skóry. Zmniejszyli ekspresję tego genu w kulturach komórkowych, naśladując wariant występujący u osób o ciemnej skórze. Komórki zaczęły wytwarzać więcej eumelaniny, pigmentu, który określa czarny i brązowy kolor skóry, włosów i tęczówek oczu. Inny wariant mutacji blokuje produkcję żółtych pigmentów, co również prowadzi do ciemniejszego koloru. Naukowcy odtworzyli ten efekt u danio pręgowanego i myszy laboratoryjnych.

Wyniki uzyskane przez Sarah Tishkoff i jej współpracowników pokazują, że tradycyjna klasyfikacja gatunku Homosapiens o rasie nie odzwierciedla jego aktualnej historii. Jak się okazuje, niektóre warianty genów z Eurazji pojawiły się później ponownie w Afryce, a mutacje związane z jasnym kolorem skóry Europejczyków są pochodzenia afrykańskiego. Sarah Tishkoff mówi, że w Afryce jest tak wysoki poziom różnorodności, że nie ma czegoś takiego jak jedna rasa afrykańska.

Najbardziej znaną cechą związaną z adaptacją do klimatu jest kolor skóry. Najintensywniejsze światło ultrafioletowe jest tam, gdzie skóra jest najciemniejsza. W północnych szerokościach geograficznych ludzie mają najjaśniejszą skórę, gdyby tak nie było, dzieci miałyby krzywicę, ponieważ ciemna skóra chroni przed promieniowaniem ultrafioletowym, pod wpływem którego powstaje witamina D. Witamina D jest niezbędna do wchłaniania wapnia.

Intensywność pigmentacji skóry jest związana z gromadzeniem się pigmentu melaniny, który jest kontrolowany przez białko receptora melanokortyny. Gen kodujący to białko był badany u różnych ludzi i wykazano, że akumulacja mutacji prowadzących do zmniejszenia pigmentacji wystąpiła u Azjatów i Europejczyków. Ciekawostką jest to, że chociaż ludy Afryki mają największą różnorodność genetyczną, nie ma mutacji tego genu, ponieważ jasna skóra jest tam nieadaptacyjna. Rysunek przedstawia rozkład pigmentacji skóry w kierunku równoleżnikowym.

Intensywność pigmentacji skóry jest ujemnie skorelowana z szerokością geograficzną, chociaż istnieją pewne wyjątki. Na przykład Eskimosi mają nieco ciemniejszą skórę niż inne populacje żyjące na tej samej szerokości geograficznej. Zakłada się, że wynika to z tego, że w niedalekiej przeszłości przybyli z bardziej południowych regionów i nie mieli czasu na przystosowanie się, lub dlatego, że zjadają dużo wątroby zwierząt morskich, gdzie jest dużo witaminy D .

Wzrost i kształt ciała to również adaptacje do warunków klimatycznych. Na północy najkorzystniej jest być niski, z krótszymi kończynami, ponieważ będzie najmniej tracić ciepło przez skórę, na południu przeciwnie, szczupły i wysoki, aby bardziej tracić ciepło.

Kolor skóry każdej osoby jest inny, nie mówiąc już o różnicach rasowych. A wszystko to zapewnia melanina pigmentowa, którą wytwarzają specjalne komórki - melanocyty. Melanocyty znajdują się w dolnych warstwach naskórka. Melanina odpowiada nie tylko za koloryt skóry, ale także za kolor oczu i włosów. Naczynia krwionośne określają również kolor skóry: bladość lub zaczerwienienie skóry zależy od ich rozszerzenia/zwężenia.

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

Skóra różnych obszarów skóry zawiera różne ilości melaniny. Dłonie i stopy pozbawione są melaniny – w tych obszarach skóra jest najjaśniejsza. W okolicy brodawek i moszny u mężczyzn stężenie melaniny jest zwiększone, przez co obszary te są ciemniejsze niż reszta skóry. Melanocyty znajdują się nie tylko w skórze, ale także w uchu wewnętrznym, siatkówce i warstwie naczyniowej oka.

Dawno, dawno temu wszyscy ludzie mieli ciemną skórę i dopiero gdy przenieśli się na północ, mutacja genu została naprawiona, zapewniając coraz jaśniejszy odcień skóry dla lepszej syntezy witaminy D. Obecnie istnieje rodzaj mutacji, w której melanina jest całkowicie nieobecny - tacy albinosy mają bardzo jasną skórę i włosy.

Od czego zależy ilość melaniny

Liczba melanocytów u wszystkich ludzi jest mniej więcej taka sama, ale ilość wytwarzanej melaniny jest bardzo zróżnicowana. Zależy to od cech genetycznych, natężenia promieniowania UV, a także od płci (skóra kobiet jest średnio o 3-4% jaśniejsza niż u mężczyzn).

Pod wpływem słońca wzrasta produkcja melaniny. Jest to konieczne do ochrony przed promieniowaniem UV. Im więcej melaniny jest produkowane, tym ciemniejsza staje się skóra - pojawia się opalenizna. Im jaśniejsza oryginalna skóra, tym mniejsze właściwości ochronne melaniny. Właśnie dlatego oparzenia słoneczne występują przy nadmiernej ekspozycji na słońce. Zbyt wiele oparzeń słonecznych w życiu zwiększa ryzyko raka skóry.

Syntezę melaniny stymuluje nie tylko działanie promieniowania ultrafioletowego, ale także hormony (hormon melanostymulujący i ACTH). W starszym wieku dochodzi do spadku produkcji hormonów, w wyniku czego zmniejsza się produkcja melaniny, skóra staje się jaśniejsza – wzrasta ryzyko oparzeń słonecznych i rozwoju raka skóry.

Czerniak

Złośliwa degeneracja melanocytów powoduje czerniaka - jeden z najszybszych nowotworów o bardzo wysokiej śmiertelności (80% zgonów z powodu raka skóry występuje w czerniaku).

Mutacje genetyczne czasami zmieniają ludzi tak bardzo, że to niesamowite. I nie jest jasne, czy natura ich oszukała, czy ukarała. Ale wyglądają naprawdę wyjątkowo.

Osoby z nieprawidłowościami genetycznymi nie są winne tego, że tak wyglądają. Ich występowanie nie zależy od woli człowieka. Dlatego konieczne jest traktowanie ich właścicieli ze zrozumieniem i taktem.

Bielactwo

Ta mutacja powoduje zmiany koloru skóry, włosów, a czasem nawet paznokci. Nie ma na nią lekarstwa.

Winnie Harlow, która ma bielactwo, pracuje jako modelka. Znana jest z białych pasków na skórze typu Negroid.

Odmienne bliźniaki

Te dzieci rozwinęły się z tego samego jaja, ale urodziły się z różnym wyglądem, w przeciwieństwie do standardowego stereotypu, że bliźnięta jednojajowe powinny być jak dwa groch w strąku.

łaciata skóra

Osoba z tą mutacją rodzi się z całkowicie białymi, pozbawionymi plam melanocytowych na skórze. A także białe, podobne do siwych, kosmyki włosów.

Bielactwo

Albinizm dotyka ludzi ze wszystkich grup etnicznych. Osoby z tą mutacją charakteryzują się wrodzonym brakiem barwnika melaniny, który nadaje kolor skórze, włosom i tęczówce.

Ta dziewczyna jest Afroamerykanką, ale z powodu anomalii wygląda jak zwykła blondynka z Europy, tylko z lokami.

Zespół Waardenburga

Osoby z tą mutacją mają szarą pręgę nad czołem, wrodzony ubytek słuchu, telecanthus i heterochromię tęczówki. Ta matka i syn są tylko ostatnimi. Dlatego mają tak niesamowity kolor oczu.

dystychiaza

Przy tej anomalii rozwojowej na górnej powiece pojawia się dodatkowy rząd rzęs. A rzęsy na dole stają się grubsze.

heterochromia

Ta dziewczyna nie ma tego samego koloru tęczówki prawego i lewego oka. Jej spojrzenie jest jednocześnie przerażające i hipnotyzujące.

Gigantyzm

Silva Cruz to najwyższa dziewczyna na świecie. Powodem tego jest otwarta strefa wzrostu nasad, która występuje u osób z gigantyzmem.

rozdwojony podbródek

Niektórzy uważają, że kędzierzawy podbródek wskazuje na charakter o silnej woli. Ale tak naprawdę - o mutacji genów. Ta dziewczyna nie ma w swoim ciele genu, który pomagałby rosnąć kościom podbródka.