Gen, ki daje belo kožo. Najdeni geni, odgovorni za različne tone kože

Mednarodna skupina raziskovalcev je na podlagi genotipizacije dva tisoč ljudi, ki živijo v različnih regijah Afrike, odkrila glavne genetske različice, ki so odgovorne za intenzivnost pigmentacije kože. Zdi se, da različice, ki so odgovorne za temno kožo, povezujejo Afričane z južnoazijskimi in avstralo-melanezijskimi populacijami, eden od alelov, povezanih s svetlo poltjo, pa ni bil afriškega izvora in je bil prinešen od zunaj. Poleg tega so znanstveniki lahko ugotovili funkcijo enega od genov ( MFSD12), polimorfizmi, ki so povezani z barvo kože pri ljudeh. Raziskave, objavljene v reviji Znanost.

Barva kože je pomembna prilagoditev za življenje na eni ali drugi zemljepisni širini in se spreminja v precej širokem razponu - na primer, med Afričani lahko srečate tako ljudi z relativno svetlo kožo kot popolnoma črne. Intenzivnost pigmentacije je v korelaciji z intenzivnostjo ultravijoličnega sevanja, značilnega za določeno regijo. Največjo vrednost doseže na ekvatorju, najmanjšo pa na visokih zemljepisnih širinah, kjer živijo najbolj svetle polti. Medtem ko temna koža ščiti svojega uporabnika pred presežkom UV-žarkov, je bela koža prilagoditev na njegovo pomanjkanje, saj je nekaj UV-ja potrebno za sintezo vitamina D.

Porazdelitev intenzivnosti ultravijoličnega sevanja, izražena v številu odmerkov ultravijoličnega sevanja, potrebnih za "izgorevanje" kože (eritemski odmerek)

Glavni pigment, ki zagotavlja UV zaščito, je melanin. Sintetizira se v posebnih celicah - melanocitih, lokaliziranih v globokih plasteh kože.

Barva kože je kompleksna genetska lastnost – različni geni določajo količino, strukturo in porazdelitev pigmenta. Študije na živalih so identificirale približno 350 genov, ki so nekako povezani s pigmentacijo, vendar so pri ljudeh očitno veliko manjši.

Raziskovalci z več ameriških univerz so v sodelovanju s kolegi iz Bocvane, Tanzanije in Etiopije izvedli obsežno iskanje genetskih variant, ki določajo raznolikost tenov kože. Študija je vključevala 2092 ljudi, ki so jim kvantitativno določili odboj svetlobe od kože, intenzivnost pigmentacije in opravili krvni test za genotipizacijo. Udeleženci so bili predstavniki različnih etničnih skupin, ki živijo na ozemlju zgoraj naštetih držav. Poleg tega so bili za primerjavo uporabljeni prej prebrani genomi predstavnikov evrazijskega in avstralo-melanezijskega prebivalstva.

Med preiskovanci so imeli najsvetlejšo kožo predstavniki ljudstva San (Bušmani), ki živijo v južni Afriki, najtemnejšo kožo pa predstavniki nilosaharske jezikovne makrodružine vzhodne Afrike. Najpomembnejše povezave z barvo kože so ugotovili pri štirih genetskih lokusih - polimorfizmih v genih SCL24A5,MSFD12 in v regulatornih regijah genov DDB1/TMEM138 in OCA2/HERC2. Po mnenju znanstvenikov variacije teh lokusov predstavljajo približno 30 odstotkov opazovane raznolikosti. Tako pri ljudeh barva kože, čeprav kompleksna lastnost, ni tako kompleksna kot na primer višina.

Primeri porazdelitve alelov genov SLC24A5 (levo) in MFSD12 (desno) v svetovnih populacijah. Različica SLC24A5 (G) je povezana s temno kožo, medtem ko je različica SLC24A5 (A) povezana s svetlo kožo. Različica MFSD12 (T) je povezana s temnejšo kožo, medtem ko je različica MFSD12 (C) povezana s svetlejšo kožo.

Nicholas G Crawford et al / Znanost, 2017

Za nekatere najdene gene so bile znane funkcije, na primer genski produkt DDB1(Damage Specific DNA Binding Protein 1) sodeluje pri popravljanju poškodb DNK, ki jih povzroči ultravijolično sevanje, in OCA2 kodira ionski prenašalec, ki uravnava kislost v melanosomih. Vendar pa za gen MSFD12, pri katerem variacije predstavljajo skoraj pet odstotkov raznolikosti, funkcija ni bila ugotovljena. V okviru študije so avtorji dela to poskušali narediti.

Znano je, da sta dve mutaciji v genu MSFD12, najdemo le pri afriški populaciji, predvsem na vzhodu, in jih povezujemo z najtemnejšo kožo. Raziskovalci so ugotovili, da so ti polimorfizmi povezani z zmanjšano ekspresijo genov. Ko izražanje MSFD12 umetno znižal v melanocitih, so celice začele kopičiti črni pigment. Tako je bila funkcija proteina MSFD12 povezana z zaviranjem sinteze melanina.

Najmočneje povezan z barvo kože Afričanov je bil polimorfizem v genu SCL24A5, ki se izraža tudi v melanocitih in kodira ionski prenašalec. Raziskovalci so pokazali, da je svetlopolti alel tega gena pogost pri afriških populacijah z uveljavljenim azijskim poreklom (Etiopija in Tanzanija), vendar je redek pri "avtohtonih" afriških populacijah San in Bocvane. Očitno se je ta različica pojavila v Afriki kot posledica pretoka genov iz Evrazije v zadnjih 3-9 tisoč letih, njeno prisotnost pa tam spremljajo že 30 tisoč let.

Prej je bilo znano, da je »svetlopolta« različica tega gena pogosta med Evropejci in da se je v populaciji zasidrala zaradi selekcije. Še več, svetlopolte alele so našli tudi v genomu neandertalca in denisovanca, kar podpira hipotezo, da je temna barva kože pozno pridobljena, naši predniki pa so bili po izgubi telesnih dlak precej zmerno pigmentirani.

Prej smo govorili o študiji nemških znanstvenikov, ki so nakazali, da so svetlo kožo sodobni Evropejci podedovali od starih lovcev in nabiralcev, ki so živeli na tem ozemlju, ne pa od prvih kmetov, ki so prišli iz Azije.

Daria Spasskaya

Raziskovalci pod vodstvom Sarah Tishkoff z Univerze v Pennsylvaniji so objavili članek, v katerem sledijo evoluciji in širjenju genov, ki določajo barvo človeške kože, po svetu.

Predstavnik ljudstva Agau iz severne Etiopije in Eritreje (levo)
in etnična skupina Surma iz južne Etiopije in Južnega Sudana
© Alessia Ranciaro, dr. Simon R. Thompson

Po mnenju znanstvenikov so imeli človeški predniki - avstralopiteki - svetlo kožo, prekrito z volno. »Če obrijete šimpanza, boste videli, da je njegova koža svetla,« pravi Sarah Tishkoff. "Če imate dlake po telesu, ne potrebujete temne kože za UV zaščito." Do nedavnega se je domnevalo, da so človeški predniki po tem, ko so izgubili večino svojega telesa (pred približno dvema milijonoma let), hitro pridobili temno kožo, da bi se zaščitili pred škodljivimi učinki ultravijoličnega sevanja. Potem, ko so se ljudje preselili iz Afrike v severnejše zemljepisne širine, je njihova koža postala svetlejša kot prilagoditev na pomanjkanje sončne svetlobe, saj bleda koža sintetizira več vitamina D.

Prejšnje študije genov za barvo kože so bile skladne s to sliko. Na primer, "gen za depigmentacijo" (SLC24A5), povezan s svetlo poltjo, se je v zadnjih 6000 letih razširil po evropskih populacijah. Delo Tishkoffa in njenih sodelavcev je pokazalo, da ni vse tako preprosto.

Avtorji dela so izmerili odbojnost kože pri 2092 ljudeh iz Etiopije, Tanzanije in Bocvane. Najtemnejša koža je bila najdena med pastirji vzhodne Afrike, kot sta ljudstva Mursi in Surma, najlažja - med ljudmi San v Južni Afriki. Poleg njih je bilo najdenih veliko prehodnih odtenkov. Hkrati so raziskovalci zbrali vzorce krvi za ekstrakcijo DNK. Sekvencirali so več kot štiri milijone posameznih nukleotidnih polimorfizmov (odsekov DNK, ki se razlikujejo le po enem nukleotidu, torej zamenjavi ene »črke« genetske abecede). Našli so štiri ključne regije genoma, kjer specifični enojni nukleotidni polimorfizmi korelirajo z barvo kože.

Prvo presenečenje je bilo, da je za Evropejce značilen gen SLC24A5 pogost tudi v vzhodni Afriki, kjer ga najdemo pri skoraj polovici predstavnikov nekaterih etiopskih ljudstev. Ta različica je nastala pred 30.000 leti in so jo v vzhodno Afriko verjetno prinesli ljudje, ki so se selili z Bližnjega vzhoda. A čeprav ga ima veliko Vzhodnoafričanov, njihova koža ni postala bela, saj je SLC24A5 le eden od številnih genov, ki določajo barvo kože.

Raziskovalci so našli tudi različici dveh sosednjih genov, HERC2 in OCA2, ki sta povezana s svetlo poltjo, svetlo barvo oči in las pri Evropejcih, izvira pa iz Afrike. So zelo starodavni in pogosti med ljudstvom San. Avtorji dela domnevajo, da so se te različice pojavile v Afriki že pred enim milijonom let in kasneje prešle na Evropejce in Azijce. »Številne genske različice, ki povzročajo svetlo kožo v Evropi, prihajajo iz Afrike,« pravi Sarah Tishkoff.

Najbolj dramatično odkritje je vključevalo gen MFSD12. Dve mutaciji, ki zmanjšata izražanje tega gena, se zelo pogosto pojavljata pri ljudeh z najtemnejšo kožo. Te različice so se pojavile pred približno pol milijona let, tako da so lahko starejši ljudje imeli le zmerno temno kožo, ne pa temno črne, ki jo zdaj najdemo zaradi teh mutacij. Isti dve različici najdemo med Melanezijci, avstralskimi Aborigini in nekaterimi Indijanci. Morda so te genske različice podedovali od starih migrantov iz Afrike, ki so sledili "južni poti" iz vzhodne Afrike, vzdolž južne obale Indije do Melanezije in Avstralije. Morda so bili med njimi tudi nosilci drugih variant, povezanih s svetlejšim odtenkom, a so se izgubili na poti v Melanezijo.

Avtorji dela so izvedli laboratorijski poskus, da bi razumeli, kako mutacije gena MFSD12 vplivajo na barvo kože. Zmanjšali so izražanje tega gena v celičnih kulturah in posnemali različico, ki jo najdemo pri ljudeh s temno kožo. Celice so začele proizvajati več eumelanina, pigmenta, ki določa črno in rjavo barvo kože, las in šarenice oči. Druga različica mutacije blokira proizvodnjo rumenih pigmentov, kar vodi tudi do temnejše barve. Znanstveniki so ta učinek poustvarili na ribah cebricah in laboratorijskih miših.

Rezultati, ki so jih pridobili Sarah Tishkoff in njeni sodelavci, kažejo, da tradicionalna klasifikacija vrst Homosapiens o rasi ne odraža njene dejanske zgodovine. Kot se je izkazalo, so se nekatere genske različice iz Evrazije pozneje znova pojavile v Afriki, mutacije, povezane s svetlo barvo kože Evropejcev, pa so afriškega izvora. Sarah Tishkoff pravi, da je znotraj Afrike tako visoka stopnja raznolikosti, da ne obstaja ena sama afriška rasa.

Najbolj znana lastnost, povezana s prilagajanjem podnebju, je barva kože. Tam, kjer je ultravijolična svetloba najbolj intenzivna, je koža ljudi najtemnejša. V severnih zemljepisnih širinah imajo ljudje najsvetlejšo kožo, če ne bi bilo tako, bi imeli otroci rahitis, saj temna koža ščiti pred ultravijoličnim sevanjem, pod vplivom katerega se proizvaja vitamin D. Vitamin D je potreben za absorpcijo kalcija .

Intenzivnost pigmentacije kože je povezana s kopičenjem pigmenta melanina, ki ga nadzoruje protein receptor melanokortina. Gen, ki kodira ta protein, je bil raziskan pri različnih ljudstvih in dokazano je, da je kopičenje mutacij, ki vodijo do oslabitve pigmentacije, prišlo pri prebivalcih Azije in Evrope. Zanimivo dejstvo je, da čeprav imajo afriška ljudstva največjo genetsko raznolikost, za ta gen ni mutacij, saj tam svetla koža ni prilagodljiva. Slika prikazuje širinsko porazdelitev pigmentacije kože.

Intenzivnost pigmentacije kože je v negativni korelaciji z zemljepisno širino, čeprav obstajajo nekatere izjeme. Na primer, Eskimi imajo nekoliko temnejšo kožo kot druge populacije, ki živijo na isti zemljepisni širini. Domneva se, da je to posledica dejstva, da so v bližnji preteklosti prišli iz bolj južnih regij in se niso imeli časa prilagoditi, ali ker jedo veliko jeter morskih živali, kjer je veliko vitamina D .

Tudi višina in oblika telesa sta prilagoditvi na podnebne razmere. Na severu je najugodneje biti nizek, s krajšimi okončinami, saj bo najmanj toplotnih izgub skozi kožo, na jugu, nasprotno, suh in visok, da bi več izgubljali toplote.

Barva kože vsakega človeka je drugačna, da o rasnih razlikah niti ne govorimo. In vse to zagotavlja pigment melanin, ki ga proizvajajo posebne celice – melanociti. Melanociti se nahajajo v spodnjih plasteh povrhnjice. Melanin je odgovoren ne le za barvo kože, ampak tudi za barvo oči in las. Krvne žile določajo tudi barvo kože: bledica ali pordelost kože je odvisna od njihove širitve / zožitve.

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

Koža različnih predelov kože vsebuje različne količine melanina. Dlani in stopala so brez melanina – na teh predelih je koža najsvetlejša. V predelu bradavic in mošnje je pri moških povečana koncentracija melanina, zato so ti predeli obarvani temneje kot ostala koža. Melanociti se ne nahajajo le v koži, ampak tudi v notranjem ušesu, mrežnici in žilni plasti očesa.

Nekoč so bili vsi ljudje temnopolti in šele ko so se preselili proti severu, je bila določena genska mutacija, ki je zagotavljala vse svetlejši ten kože za boljšo sintezo vitamina D. Zdaj obstaja vrsta mutacije, pri kateri je melanin popolnoma odsoten - takšni albini imajo zelo svetlo kožo in dlako .

Kaj določa količino melanina

Število melanocitov pri vseh ljudeh je približno enako, količina proizvedenega melanina pa se zelo razlikuje. Odvisno je od genetskih značilnosti, intenzivnosti UV sevanja in tudi od spola (koža žensk je v povprečju 3-4 % svetlejša od moške).

Pri izpostavljanju soncu se poveča proizvodnja melanina. To je potrebno za UV zaščito. Več ko se proizvaja melanin, temnejša postaja koža – pojavi se porjavelost. Bolj kot je prvotna koža bleda, manjša je zaščitna sposobnost melanina. Zato pri pretiranem izpostavljanju soncu pride do sončnih opeklin. Preveč sončnih opeklin v življenju poveča tveganje za kožnega raka.

Sintezo melanina ne spodbuja le delovanje ultravijoličnega sevanja, temveč tudi hormoni (melanostimulirajoči hormon in ACTH). V starosti se zmanjša proizvodnja hormonov, posledično se zmanjša proizvodnja melanina, koža postane svetlejša - poveča se tveganje za sončne opekline in razvoj kožnega raka.

melanom

Maligna degeneracija melanocitov povzroči melanom - eno najhitrejših vrst raka z zelo visoko smrtnostjo (80% smrti zaradi kožnega raka se pojavi pri melanomu).

Genetske mutacije včasih tako spremenijo ljudi, da je to neverjetno. In ni jasno, ali jih je narava prevarala ali kaznovala. Izgledajo pa res enkratno.

Ljudje z genetskimi nepravilnostmi niso krivi za takšen videz. Njihov pojav ni odvisen od volje človeka. Zato je treba z njihovimi lastniki ravnati z razumevanjem in taktom.

Vitiligo

Ta mutacija povzroči spremembe barve kože, las in včasih celo nohtov. Zanjo ni zdravila.

Winnie Harlow, ki ima vitiligo, dela kot model. Znana je po belih črtah na koži negroidnega tipa.

Različni dvojčki

Ti dojenčki so se razvili iz istega jajčeca, vendar so bili rojeni z različnimi videzi, v nasprotju s standardnim stereotipom, da bi morali biti enojajčni dvojčki kot dva graha v stroku.

pegasta koža

Oseba s to mutacijo se rodi s popolnoma belimi kožnimi lisami brez melanocitov. In tudi beli, podobni sivim, prameni las.

albinizem

Albinizem prizadene ljudi vseh etničnih skupin. Za ljudi s to mutacijo je značilna prirojena odsotnost pigmenta melanina, ki daje barvo koži, lasem in šarenici.

To dekle je Afroameričanka, vendar je zaradi anomalije videti kot navadna blondinka iz Evrope, samo s kodri.

Waardenburgov sindrom

Ljudje s to mutacijo imajo sivo liso nad čelom, prirojeno izgubo sluha, telekantus in heterokromijo šarenice. Ta mati in sin sta le zadnja. Zato imajo tako neverjetno barvo oči.

distihiaza

Pri tej razvojni anomaliji se na zgornji veki pojavi dodatna vrsta trepalnic. In trepalnice na dnu postanejo gostejše.

heterokromija

To dekle nima enake barve šarenice desnega in levega očesa. Njen pogled je strašljiv in očarljiv hkrati.

Gigantizem

Silva Cruz je najvišje dekle na svetu. In razlog za to je odprta epifizna rastna cona, ki se pojavi pri ljudeh z gigantizmom.

razcepljena brada

Nekateri ljudje mislijo, da skodrana brada kaže na močan karakter. Toda v resnici - o genski mutaciji. To dekle v telesu nima gena, ki bi pomagal, da bi se kosti brade zrasle skupaj.