Что определяет цвет кожи человека
Цвет кожи человека
Цвет кожи не равномерен по всему телу. Ладони и ступни не содержат меланина и кожа на них поэтому светлее остальной кожи. Губы, как и слизистые оболочки красного цвета, который им придают кровеносные сосуды, располагающиеся относительно близко к тонкому и практически прозрачному слою кожи. Кожа на кончиках пальцев, на ушах и на носу также несколько красноваты, так как кровеносные сосуды так же расположены рядом с поверхностью. В районе сосков, мошонки у мужчин кожа темнее вследствие повышенной концентрации меланина.
Сегодня наука исходит из того, что цвет кожи является результатом приспособления определённой популяции к интенсивности солнечного излучения в её географическом ареале. Меланин при этом выполняет функции защиты от ультрафиолетового излучения солнца, без него кожа бы старела значительно быстрее, а также имел бы место повышенный риск заболевания раком кожи. Меланин предотвращает воздействие ультрафиолетового излучения, повреждающее генетический аппарат клетки.
Первые люди были темнокожими, что в условиях центральной и восточной Африки обеспечивало защиту от ультрафиолетового излучения. У части популяций, переселившихся из Африки в более северные широты, закрепилась мутация которая обеспечивает более светлый оттенок кожи и лучший синтез витамина D. Есть также теория о том, что депигментация произошла вследствие принципиального изменения в рационе питания (ставшего основанным на углеводах с переходом к сельскому хозяйству около 10 тыс. лет назад).
У женщин кожа в среднем на 3-4 % светлее, чем у мужчин. У альбиносов меланин отсутствует полностью из-за генетической мутации. Вследствие этого у них светлая не только кожа, но и волосы.
Цвет кожи часто является источником стереотипов. Деление на человеческие расы по цвету кожи нередко используется расизмом.
В геноме человека восемь участков особенно связаны с уровнем пигментации кожи. Семь более бледных вариантов кожи появились по крайней мере 270 тыс. лет назад. Четыре из них возникли более 900 тыс. лет назад. Две мутации, связанные с пониженной активностью гена MFSD12, найденные у африканцев с очень тёмной кожей, появились ок. 500 тыс. лет назад. Древние жители Европы эпохи палеолита и мезолита были темнокожими. Впервые гены SLC24A5 и SLC45A2, которые приводят к депигментации и осветлению кожи, были обнаружены в останках древнего человека, жившего на территории современной Швеции около 7 700 лет назад.
У гена MFSD12 выявлен вариант, который вызывает его повышенную экспрессию и светлый цвет кожи. Он встречается только у индейцев и у жителей Восточной Азии.
Связанные понятия
Альпи́йская ра́са — малая раса (антропологический тип) в составе европеоидной расы. Выделена в конце XIX в. французским антропологом и социологом Жоржем Лапужем (как homo alpinus). В дальнейшем стабильно выделялась антропологами: У. Рипли, М. Грант, Л. Стоддард, Ж. Монтадон, Я. Чекановский, К. Кун использовали именно этот термин, И. Деникер называл эту расу «западноевропейской», Э. Эйкштедт — «альпинидами», Г. Гюнтер — «восточной», Б. Лундман — «западно-альпийской». В более поздние годы после перехода.
Ге́терозиго́тными называют диплоидные или полиплоидные ядра, клетки или многоклеточные организмы, копии генов, которые в гомологичных хромосомах представлены разными аллелями. Когда говорят, что данный организм гетерозиготен (или гетерозиготен по гену X), это означает, что копии генов (или данного гена) в каждой из гомологичных хромосом несколько отличаются друг от друга.
КАК У ЧЕЛОВЕКА ГЕНЕТИЧЕСКИ КОДИРУЕТСЯ ЦВЕТ КОЖИ
Все многообразие оттенков кожи человека определяется меланинами — пигментами, которые существуют в двух формах: эумеланин, имеющий насыщенную черную окраску, и феомеланин, имеющий красно-желтый цвет. Не только белый и черный, но также желтый, оливковый, шоколадный, бронзовый и любой другой цвет возникают только соотношения этих двух типов пигментов. Цветовой тон формируется эу- и феомеланинами без участия каких-либо дополнительных окрашивающих биополимеров.
В отличие от цвета глаз и волос, цвет кожи имеет однозначное приспособительное значение. Его отличия в значительной степени связаны как с утратой нами волосяного покрова, так и с широким ареалом расселения нашего вида в колоссально отличающихся условиях среды: от полярных широт с долгой полярной ночью до испытывающих избыточную инсоляцию африканских саванн. Адаптивное значение этого разнообразие будет объяснено далее.
Как и цвет глаз, оттенки кожи запрограммированы генетически и передаются по наследству. Но в их формирование вовлечено намного большее число генов. А проявление в фенотипе (внешнем облике индивида) оттенков кожи у обладателей одно и того же генотипа допускает некоторые вариации, в отличие от цвета глаз, который изменяется только из-за возрастных процессов. Это вариации возникают за счет физиологического процесса загорания, которому совершенно не подвержены пигментные клетки радужки и который также управляется своими механизмами генетического контроля.
Генные и клеточные механизмы, контролирующие биосинтез меланина у человека
Меланины синтезируются и накапливаются в меланосомах — специализированных органеллах, расположенных в клетках меланоцитов. Меланоциты кожи локализованы в базальном слое эпидермиса. Эти клетки не только синтезируют меланины, но и способствуют их выделению в окружающее межклеточное пространство, где они поглощаются клетками окружающих тканей.
Общая схема биосинтеза эумеланина и феумаланина в клетках меланоцитах [Bouakaze и др., 2009]
Продукт гена TYR осуществляет гидроксилирование тирозина в полимеризующийся предшественник меланина, кодируемый им белок требует участия в клетке ионов меди. Превращения проходят при помощи продуктов генов TYRP1 и DCT, которые завершают процессы синтеза, начатые белком гена TYR.
Ген SLC45A2 (MATP) кодирует трансмембранный рецептор, который инициирует процесс созревания меланосом — пузырьков, в которых хранятся и синтезируются пигменты меланины. Этот процесс осуществляется совместно с лигандом рецепторов тиразинкиназ, кодируемым геном KITLG.
Продуктом гена OCA2 является трансмембранный переносчик, называемый P-белком, который переносит тирозин в меланосомы (для работы фермента TYR), а также регулирует pH меланосом во время синтеза меланинов. Работа этого гена контролируется подавляющим регуляторным элементом — сайленсером, который находится в интроне гена HERC2. Он способен при его активации ингибировать инициацию транскрипции промотора гена OCA2 [Eiberg и др., 2008]. И некоторые мутации, не влияя на ген OCA2, способны вносить вклад его работу и изменять фенотип через этот регуляторный элемент.
Ген SLC24A5 кодирует белок мембранный переносчик NCKX5, который является K±зависимым Na+/Ca2+ переносчиком, обеспечивая за счет повышения ионов Ca2+ строительство клеткой меланосом и синтез в них меланинов [Pavan, Sturm, 2019].
Схема химического синтеза эумеланина и феомеланина из тирозина
[Lona-Durazo и др., 2019]
Белки-переносчики и ферменты, участвующие в синтезе меланина в меланосомах [Lona-Durazo и др., 2019]
Продукт гена MFSD12 — лизосомальный белок, который управляет регуляторным регионом, контролирующим гены DDB1 и TMEM138. Продукт гена DDB1 влияет на активацию репарации ДНК при избытке ультрафиолетового излучения. TMEM138 представляет собой трансмембранный белок, необходимый для формирования цилий (органеллы цитоскелета).
Меньшую роль в формировании оттенков кожи играет полиморфизм остальных генов и их продуктов: аллозимные варианты ферментов TYRP1 и DCT, которые завершают конечные этапы биосинтеза пигментов; аллозимные варианты MC1R трансмембранного клеточного рецептора, который активируется при связывании меланоцит-стимулирующим гормоном α-MSH (их различие значимо влияет на формирование оттенков волос); полиморфизмы генов ASIP/PIGU, белки которых переключают кодирование эумеланина не феомеланин; а также аллельные варианты гена IRF4, кодирующего регуляторный белок-активатор транскрипции и управляющего меланиновым метаболизмом через влияние на ген OCA2.
Аллельные варианты генов, влияющих на цвет кожи и их географическое распространение
В генах SLC45A2, KITLG, OCA2/HERC2, SLC24A5, MFSD12, DDB1 выявлено несколько полиморфизмов, заметно влияющих на цвет кожи.
У гена SLC45A2 это полиморфизмы rs16891982∗G/C и rs26722∗G/A. В генофондах популяций Субсахарской Африки, Австралии и Меланезии и в монголоидных популяциях распространены предковые аллели rs16891982∗G и rs26722∗G. В европейских популяциях — производные алели rs16891982∗C и rs26722∗A [Crawford и др., 2017; Pavan, Sturm, 2019].
У гена KITLG это полиморфизм rs12821256*T/C. Производный аллель rs12821256*C, вызывающий осветление кожных покровов, имеет наиболее высокую частоту среди бушменских и европейских популяций. Но производный и предковый аллели rs12821256*T и rs12821256*C встречаются во всех популяциях.
Ареалы предкового и производного аллелей гена KITLG [Guenther и др., 2014]
Зеленым цветом обозначен предковый аллель — rs12821256*T, желтым — производный аллель rs12821256*C
Для гена OCA2 характерно следующее распространение регионоспецифичных аллелей и гаплотипов, влияющих на цвет кожи. Он связан со сцепленными между собой полиморфными SNP локусами в 5’-концевой части гена OCA2: rs7495174, rs6497268 (или rs4778241), rs11855019 (или rs4778138). Гомозиготный гаплотип TGT/TGT формирует светлые или промежуточные оттенки кожи. Его распространение связано с Европой. В популяциях Африки преобладают носители усиливающих пигментацию гаплотипов TGC, TTC, TTT. В популяциях Восточной Азии — носители усиливающих пигментацию гаплотипов CTC, TGT, TTT и реже — гаплотипов TTC и TGС [Rocha, 2019; Pavan, Sturm, 2019].
Распространение гаплотипа TGT гена OCA2, способствующего проявлению в фенотипе светлых оттенков кожи [Donnelly и др., 2012]
Производные аллели гена OCA2 rs74653330∗T (*481Thr) — rs1800414∗C (*615Arg), способствуют появлению светлопигментированных фенотипов среди монголоидных популяций Сибири и Восточной Азии. Производный аллель rs74653330∗T (*481Thr) более широко (с частотой 60–70%) распространен в Восточной Азии, будучи ниже у населения Южного Китая и Индокитая. Производный аллель rs1800414∗C (*615Arg) распространен среди бурят, эвенков и других групп Сибири и Центральной Азии. Эти аллели отсутствуют в Европе и Африке, где зафиксированы предковые аллели [Yuasa и др., 2011; Lona-Durazo и др., 2019].
Полиморфизм rs12913832*A/G, связанный с подавляющих регуляторным элементом (сайленсером) гена HERC2, в большей степени влияет на проявление в фенотипе голубого оттенка радужки глаза, но способствует и депигментации кожных покровов. Формирование светлых оттенков кожи вызывает производный аллель rs12913832∗G, ареал которого ограничен Европой [Lona-Durazo и др., 2019; Branicki, Brudnik, Wojas-Pelc, 2009; Sulem и др., 2007].
У гена MFSD12 существует два полиморфизма rs56203814∗C/T и rs10424065∗C/T, наоборот, связанных с усилением пигментации. Производные аллели rs56203814∗T и rs10424065∗T, усиливающие пигментацию, распространены только в Африке, где достигают максимальной частоты в генофонде народов, говорящих на нило-сахарских языках. В других популяциях Африки они присутствуют в том или ином соотношении с предковым аллелем.
Ареал аллелей гена MFSD12, отличающихся заменами в локусе rs10424065
[Crawford и др., 2017]
Но у этого же гена MFSD12 существует другой полиморфизм — rs2240751*A/G, вызывающий депигментацию кожи и ограниченный другими регионами — Азией и Америкой. Производный аллель rs2240751∗G, уменьшающий пигментацию кожи, распространен среди монголоидов Азии, америндов Америки и латиноамериканцев с существенной долей американоидного компонента. В Новый Свет он попал вместе с предками индейцев [Adhikari и др., 2019]. У европеоидных, монголоидных и австралоидных групп он отсутствует.
Распространение аллелей гена MFSD12, отличающихся заменами в локусе rs2240751 [Adhikari и др., 2019]
У гена SLC24A5 это полиморфизм rs1426654∗G/A. Производный аллель rs1426654∗A, вызывающий ослабление пигментации, распространен в популяциях Ближнего Востока, Северной Индии, Центральной Азии, Восточной и Южной Африки, Европы. В Европе его частота достигает 100%. В субсахарской Африке он присутствует у популяций, говорящих на афразийских языках, и у ряда бантуязычных групп, которые имеют восточноафриканскую примесь. В монголоидных и меланезийских популяциях он отсутствует. Предковый аллель rs1426654∗A распространен в генофонде монголоидных популяций Азии, популяциях Субсахарской Африки, в популяциях Австралии и Меланезии. [Crawford и др., 2017; Jonnalagadda и др., 2019; Mathieson и др., 2015; Pavan, Sturm, 2019].
Ареал аллелей гена SLC24A5, отличающихся заменами в локусе rs1426654
[Crawford и др., 2017]
У гена DDB1 это полиморфизмы rs7948623*С/T и rs11230664*C/T. Производные аллели rs7948623*T и rs11230664*T здесь в обоих случаях обеспечивают повышение пигментации. Они распространены в Субсахарской Африке, но встречаются и за ее пределами у населения Меланезии, Австралии и Южной Азии. В самой Африке они имеют наиболее высокую частоту среди нило-сахарских популяций, аллель rs7948623*T — также у хадза и бушменов. В европеоидных групп (кроме смешанного населения Южной Азии) и монголоидных группах они отсутствуют [Crawford и др., 2017].
Распространение аллелей гена DDB1, отличающихся заменами в локусе rs11230664 [Crawford и др., 2017]
Интересно, что у населения Земли среди производных более молодых аллелей генов присутствуют как варианты, уменьшающие пигментацию по сравнению с предковыми вариантами, так и дополнительно ее увеличивающие по отношению к исходному предковому уровню. Иногда полиморфизмы, изменяющие ее в разных направления, присутствуют даже в одном гене, как в случае MFSD12. В человеческих популяциях возникало как осветление кожных оттенков, так и увеличение их темноты при возникновении очень смуглого цвета кожи. Ряд полиморфизмов, обеспечивающих различия в пигментации, ограничен отдельными регионами Мира или Частями Света. Так, полиморфизмы MFSD12 rs2240751*A/G, OCA2: rs74653330∗T (*481Thr), rs1800414∗C характерны только для монголоидов (включая американских индейцев), в то время как другие распространены во всей ойкумене (но в этом случае в каждой из областей стал преобладать какой-то определенный вариант), как в случае с геном KITLG.
Возникновение светлых оттенков кожи происходило одновременно и независимо среди европеоидных и монголоидных популяций, затрагивая разные локусы и области генома.
У европеоидных групп депигментация связана с аллелями:
rs16891982∗C и rs26722∗A SLC45A2,
rs642742∗C и rs12821256*C гена KITLG,
гомозиготный гаплотип TGT/TGT, связанный с локусами rs7495174,
rs6497268, rs11855019 гена OCA2,
rs12913832∗G в регуляторном элементе гена HERC2,
rs1426654∗A гена SLC24A5.
У монголоидов депигментация связана с аллелями:
rs74653330∗T (*481Thr) и rs1800414∗C (*615Arg) гена OCA2,
rs2240751∗G гена MFSD12.
Дополнительное потемнение оттенков кожи происходило среди ряда африканских популяций. Некоторые из аллелей, повышающих пигментацию оттенков кожи, остались регионально ограниченными в пределах Африканского континента, тогда как другие распространились в Южную Азию, Меланезию и Австралию. В Африке аллели, вызывающие повышенную пигментацию кожи, с наибольшей частотой встречаются среди нило-сахарских популяций.
К группе аллелей, повышающих пигментацию относятся:
rs56203814∗T и rs10424065∗T гена MFSD12,
rs7948623*T и rs11230664*T гена DDB1.
Биологический смысл существования разных оттенков кожи у людей
Различия в цвете кожи у человека имеют адаптивное значение. Они определяются отбором, который действует в двух противоположных направлениях: увеличивая пигментацию в условиях высокой освещенности с целью предотвращения фотодеградации фолата и уменьшая пигментацию в условиях низкой освещенности с целью повышения синтеза витамина D [Jablonski, Chaplin, 2017].
Географические закономерности степени пигментации кожи от географической широты [Rocha, 2019]
В современных исследованиях установлено, что содержание эумеланина не влияет на развитие рака кожи [Greaves, 2014], а разрушение витамина B9 в его основной форме 5-метилтетрагидрофолата, чувствительного к деградации солнечными лучами в кожных сосудах, способно снижать фертильность [Off и др., 2005]. В то же время при проживании в высоких широтах с низким положением солнца вклад избыточного освещения в разрушение витамина B9 становится неактуальным. Но из-за общей нехватки света может ощущаться недостаток витамин D, который производится в том числе под воздействием солнечных лучей.
Исходно человечество должно было быть смуглым и темнопигментированным. Потемнение его оттенков кожи было платой за утрату шерстяного покрова, который обеспечивал, помимо терморегуляции, и защиту от ультрафиолета. В ситуации его отсутствия на Африканской прародине эту функцию частично вынуждена была обеспечить сама кожа за счет повышения своей пигментации. При расселении из исходной прародины в новые зоны ойкумены происходил либо отбор тех аллелей, которые вызывали еще большее потемнение кожи, либо, наоборот, тех, которые уменьшали пигментацию, вызывая осветление кожи.
Доля меланина кожных покровах в разных группах человечества и уровень солнечной инсоляции [Crawford и др., 2017]
Большую загадку перед исследователями ставит феномен Чеддарского человека, который 10 тысяч лет назад, в эпоху мезолита, жил на территории Британии, т. е. на севере Европы в условиях низкой освещенности. При этом он обладал не просто смуглой, а очень темной, почти черной кожей [Brace и др., 2019]. Причина такого отклонения от общемировых закономерностей в распространении оттенков кожи пока не установлена.
Чеддарский человек (реконструкция)
Выводы
Цвет кожи различается в разных группах человечества, и эти различия имеют адаптивное значение. Они связаны исключительно с генами метаболизма меланина. Разнообразие вариантов кожных оттенков определяется бóльшим числом вариантов генетических локусов, чем разнообразие цвета волос и, особенно, глаз. Некоторые полиморфизмы, влияющие на цвет волос и кожи, не влияют или слабо влияют на формирование цвета кожи. Цвет кожи имеет адаптивное значение, защищая от деградации витамина B9 в южных широтах в климате с избыточным солнечным освещением и способствуя повышению синтеза витамина D в северных широтах с недостаточным освещением. В ходе адаптации человека к разным экосистемам происходило либо осветление, либо потемнение кожных оттенков. Светлые оттенки кожи возникали неоднократно. Они независимо распространялись среди предков европеоидов и монголоидов, затрагивая разные локусы общих генов или даже разные гены. Среди части африканских популяций, наоборот, возникали новые аллели, усиливающие пигментацию и темный оттенок кожи по сравнению с изначальными значениями, — это особенно стало преобладать среди нило-сахарских популяций. Некоторые из вариантов генов, усиливающих темноту кожи, распространились из Африки в Южную Азию, Меланезию и Австралию. При оценке цвета кожи у древнего населения из разного круга популяций необходимо учитывать эти факты, т. к. в разных группах человечества менялись разные локусы генов метаболизма меланина.
Библиография
Adhikari K. et al. A GWAS in Latin Americans highlights the convergent evolution of lighter skin pigmentation in Eurasia // Nat. Commun. 2019.
Bouakaze C. et al. Pigment phenotype and biogeographical ancestry from ancient skeletal remains: Inferences from multiplexed autosomal SNP analysis // Int. J. Legal Med. 2009. Т. 123. № 4. P. 315–325.
Brace S. et al. Ancient genomes indicate population replacement in Early Neolithic Britain // Nat. Ecol. Evol. 2019.
Branicki W., Brudnik U., Wojas-Pelc A. Interactions between HERC2, OCA2 and MC1R may influence human pigmentation phenotype // Ann. Hum. Genet. 2009.
Crawford N. G. et al. Loci associated with skin pigmentation identified in African populations // Science (80-. ). 2017.
Donnelly M. P. et al. A global view of the OCA2-HERC2 region and pigmentation // Hum. Genet. 2012. Т. 131. № 5. P. 683–696.
Eiberg H. et al. Blue eye color in humans may be caused by a perfectly associated founder mutation in a regulatory element located within the HERC2 gene inhibiting OCA2 expression // Hum. Genet. 2008. Т. 123. № 2. P. 177–187.
Greaves M. Was skin cancer a selective force for black pigmentation in early hominin evolution? // Proc. R. Soc. B Biol. Sci. 2014. Т. 281. № 1781. P. 20132955.
Guenther C. A. et al. A molecular basis for classic blond hair color in Europeans // Nat. Genet. 2014.
Jablonski N. G., Chaplin G. The colours of humanity: the evolution of pigmentation in the human lineage // Philos. Trans. R. Soc. B Biol. Sci. 2017. Т. 372. № 1724. P. 20160349.
Jonnalagadda M. et al. A genome-wide association study of skin and iris pigmentation among individuals of South Asian ancestry // Genome Biol. Evol. 2019.
Lona-Durazo F. et al. Meta-analysis of GWA studies provides new insights on the genetic architecture of skin pigmentation in recently admixed populations // BMC Genet. 2019.
Mathieson I. et al. Eight thousand years of natural selection in Europe // bioRxiv. 2015. P. 016477.
Off M. K. et al. Ultraviolet photodegradation of folic acid // J. Photochem. Photobiol. B Biol. 2005. Т. 80. № 1. P. 47–55.
Pavan W. J., Sturm R. A. The Genetics of Human Skin and Hair Pigmentation // Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2019.
Rocha J. The Evolutionary History of Human Skin Pigmentation // J. Mol. Evol. 2019.
Sulem P. et al. Genetic determinants of hair, eye and skin pigmentation in Europeans // Nat. Genet. 2007. Т. 39. № 12. P. 1443–1452.
Yuasa I. et al. Distribution of OCA2*481Thr and OCA2*615Arg, associated with hypopigmentation, in several additional populations // Leg. Med. 2011. Т. 13. № 4. P. 215–217.
Почему меняется цвет кожи человека?
Разнообразие человеческой внешности и форм, веками интересовало биологов и косметологов, но спустя почти 100 лет после того, как Уильям Бейтсон ввел термин «генетика» в 1906 году, гены, лежащие в основе этого разнообразия, остаются неразгаданной загадкой. Один из самых очевидных фенотипов, которые отличают представителей нашего вида, это различия в пигментации кожи. Они являются одними, из самых загадочных.
Существует огромный диапазон цветов кожи человека, они могут быть связаны с климатом, континентами или культурами, но мы очень мало знаем об основной генетической архитектуре. Является ли число общих генов цвета кожи ближе к 5, 50, или 500?
Приводят ли к усилению или потери функции для небольшого набора генов к фенотипов на противоположных концах пигментного спектра? Происходило ли влияние естественного отбора на сходные фенотипы пигментации, независимо друг от друга, по сходным путям? И должны ли мы, наконец, заботиться о генетике пигментации человека, если это всего лишь кожа?
Почему мы должны заботиться о коже?
С клинической точки зрения, недостаточная защита от солнечного света, оказывает серьезное влияние на здоровье человека. В Австралии кумулятивная заболеваемость раком кожи, в течение всей жизни, приближается к 50%, однако оксюморонная индустрия «умного загара» продолжает расти, и существуют противоречивые мнения относительно степени влияния различных типов меланина на восприимчивость к ультрафиолетовому (УФ) излучению.
С точки зрения фундаментальной науки, изменение цвета кожи человека, предоставляет беспрецедентную возможность клеточным биологам, генетикам и антропологам узнать больше о биогенезе и движении субклеточных органелл. Для того, чтобы лучше охарактеризовать связь между генотипическим и фенотипическим разнообразием, чтобы дополнительно исследовать человека истоки и понять, как недавняя эволюция человека могла быть сформирована естественным отбором.
С помощью чего меняется цвет кожи
Исторически измерение цвета кожи человека, основывалось на субъективных категориях, например: «умеренно-коричневый, редко сгорает, загорает очень легко». Совсем недавно были применены количественные методы, основанные на отражательной спектрофотометрии, которые позволяют покраснение, вызванное воспалением и повышенным гемоглобином. Следует отличать: от потемнения, вызванного повышенным содержанием меланина
Характерный тип светлой кожи
Изменение пигмента для разных типов кожи
Более важным, чем соотношение типов меланина, является общее количество производимого меланина. Кроме того, гистологические характеристики кожи разного цвета дают некоторые подсказки относительно клеточных механизмов, которые, вероятно, приводят к изменению пигмента. Для одной и той же области тела у людей со светлой и темной кожей одинаковое количество меланоцитов (существует значительная разница между различными областями тела), но содержащие пигмент органеллы, называемые меланосомами, являются более крупными, более многочисленными и более пигментированными в темноте по сравнению со светлой кожей, что соответствует лицам, чьи недавние предки были из Африки, Азии или Европы.
С этой точки зрения, окислительные ферменты, такие как тирозиназа (TYR), которая катализирует образование допахинона из тирозина, или меланосомные мембранные компоненты, такие как белок разведения с розовыми глазами, или транспортный белок, связанный с мембраной (MATP), влияют на доступность субстрата. и активность TYR, являются логическими кандидатами на то, что генетические вариации могут способствовать разнообразию цвета кожи человека.
Не менее важно то, что происходит внутри меланоцитов и то, что происходит снаружи. Каждая пигментная клетка активно переносит свои меланосомы примерно в 40 базальных кератиноцитов; в конечном счете, отражательная способность кожи определяется количеством и распределением гранул пигмента в кератиноцитах, а не в меланоцитах.
В общем, меланосомы африканской кожи больше и рассеяны шире, чем в азиатской или европейской коже. Примечательно, что кератиноциты из темной кожи, культивируемые с меланоцитами из светлой кожи, вызывают характер распределения меланосом, характерный для темной кожи, и наоборот. Таким образом, по меньшей мере один компонент изменения цвета кожи представляет собой ген или гены, экспрессия которых и действие, влияют на среду пигментных клеток, а не на саму пигментную клетку.
Генетика цвета кожи
Попытка разделить и проанализировать дисперсию групп обратного скрещивания, привела к минимальным оценкам трех-четырех «эффективных факторов», в данном случае независимо разделяющих гены. Помимо ключевого слова-минимальный(Данные Харрисона и Оуэна также могут быть объяснены 30–40 генами), одним из наиболее интересных результатов было то, что отражающая способность кожи оказалась в основном аддитивной. Другими словами, средняя отражательная способность кожи «гибридных F1» или «гибридных обратных групп» групп является промежуточной между их соответствующими родительскими группами.
Альтернативный подход к рассмотрению количества потенциальных генов пигментации человека основан на генетике окраски шерсти мыши, одной из оригинальных моделей для определения и изучения действия и взаимодействия генов, для которых было установлено почти 100 различных генов.
Если оставить в стороне мутации мышей, которые вызывают появление белых пятен или преобладающие эффекты вне пигментной системы, остается не более 15 или 20 мутаций, многие из которых были идентифицированы и охарактеризованы и большинство из которых, имеют человеческие гомологи, у которых нулевые мутации вызывают альбинизм.
Это подводит нас к вопросу о генах-кандидатах для цвета кожи, поскольку, как и любая количественная характеристика, разумным местом для начала, являются редкие мутации, которые, как известно, вызывают экстремальный фенотип, в данном случае менделевские формы альбинизма. Основное предположение состоит в том, что если редкий нулевой аллель вызывает полную потерю пигмента, тогда набор полиморфных, то есть более частых аллелей, с тонким воздействием на экспрессию генов будет вносить вклад в спектр цветов кожи. В TYR, P и MATP гены, рассмотренные ранее, являются хорошо известными причиной альбинизма, основным эффектом ограниченых пигментных клеток; среди них ген P является очень полиморфным, но фенотипические последствия P и полиморфизмы генов еще не известны.
Выбор цвета кожи
Первенство, для описания взаимосвязи между широтой и цветом кожи у современных людей, обычно приписывается итальянскому географу Ренато Басутти, чьи широко воспроизводимые «карты цветов кожи», иллюстрируют корреляцию темной кожи с экваториальной близостью. Более поздние исследования физических антропологов подтвердили и расширили эти наблюдения; недавний обзор и анализ данных из более чем 100 групп населения обнаружил, что отражательная способность кожи на экваторе самая низкая, затем постепенно увеличивается, около 8% на 10 ° широты в северном полушарии и около 4% на 10 ° широты в южном полушарии. Эта картина обратно коррелирует с уровнями ультрафиолетового излучения, которые выше в южном, чем в северном полушарии. Важным предостережением является то, что мы не знаем, как с течением времени менялись схемы УФ-облучения; что еще более важно, мы не знаем, когда цвет кожи, вероятно, изменился, с многочисленными миграциями из Африки и обширным генетическим обменом за последние 500 000 лет
Несмотря на это, большинство антропологов согласны с тем, что различия в ультрафиолетовом излучении, обусловили выбор темной кожи человека на экваторе и светлой кожи человека на больших широтах. Это остается спорным. Наиболее популярная теория утверждает, что защита, обеспечиваемая темной кожей от ультрафиолетового излучения, становится помехой в более полярных широтах из-за дефицита витамина D ( Murray, 1934 ). UVB (коротковолновое УФ) превращает 7-дегидрохолестерин в незаменимый предшественник холекалиферола (витамин D 3)); когда диетические добавки не обеспечиваются иным образом, дефицит витамина D вызывает рахит, характерную патологию роста и костные деформации.
Часто цитируемый анекдот в поддержку гипотезы витамина D состоит в том, что население Арктики, чья кожа относительно темная с учетом их широты, например инуиты и саамцы, чукчи и эскимосы, придерживались диеты богатой витамином D. Чувствительность современных людей к дефициту витамина D, очевидна из-за широко распространения рахита в промышленной Европе 19-го века, но вопрос о том, сталкивались ли с такими проблемами темнокожие люди, мигрирующие в полярные широты десятки или сотни тысяч лет назад, остается под вопросом! В любом случае, риск дефицита витамина D может объяснить только выбором светлой кожи. Наиболее надежными являются защита от солнечных ожогов и рака кожи из-за физического барьера, создаваемого эпидермальным меланином.
Разгадка тайны пигментации
Недавние разработки в нескольких областях, представляют прекрасную возможность, лучше понять разнообразие пигментации человека. Усовершенствованные спектрофотометрические инструменты, достижения в области эпидемиологии и статистики, множество последовательностей генома и эффективные методы анализа вариаций последовательностей, дают нам возможность заменить недопонимание и мифы о цвете кожи, научным подходом.
Этот подход особенно привлекателен, учитывая удручающий уровень успехов в молекулярной идентификации сложных генетических заболеваний. На самом деле, знание о генетической архитектуре цвета кожи, может оказаться полезным при разработке исследований других количественных признаков.
Текущие дебаты в сообществе генетики человека включают стратегию выбора популяций и генов-кандидатов для изучения характеристик полиморфизмов, которые следует рассматривать как потенциальные мутации заболевания и степень, в которой общие заболевания вызваны обычными (и предположительно древними) аллелями. Хотя конкретные ответы будут разными для каждого фенотипа, могут быть общие темы и некоторые ответы лучше, чем ничего.
Харрисон и Оуэн, завершили свое исследование цвета кожи человека в 1964 году, заявив: «Недостатки данных в этом исследовании высоко оценены авторами, но поскольку в настоящее время нет никаких возможностей для улучшения данных, кажется оправданным анализ, насколько это возможно ». Спустя почти 40 лет возможности открываются и загадка цвета кожи человека может быть разгадана.