Едва различимые изменения уровня белка в ДНК человека определяют, какого цвета будут волосы



Блондинки пользуются весьма значительной популярностью среди мужчин, но природные белокурые волосы дарованы далеко не всем женщинам, которые хотят привлечь партнера не столько разносторонностью своей натуры, сколько цветом волос. Именно поэтому, чтобы выглядеть более привлекательными в глазах мужчин, почти во все времена женщины пытались хотя бы немного осветлить волосы.

Едва различимые изменения уровня белка в ДНК человека определяют, какого цвета будут волосы

Например, почтенные матроны Древнего Рима часами сидели на солнышке, намазав волосы простоквашей, чтобы их локоны приобрели столь вожделенную белокурость, а в середине двадцатого века женщины активно использовали перекись водорода (даже в ущерб здоровью волос), лишь бы высверлить волосы и стать, как им казалось, значительно привлекательнее.

Современные девушки и почтенные дамы тоже не отстают от своих предшественниц и многие из них, не получившие в дар от матушки-природы белокурые локоны, пользуются новейшими достижениями химической науки, чтобы стать блондинками, при этом не слишком повредив свои волосы.

Но осветление темных волос – это искусственное исправление нежелательного для некоторых людей признака, данного природой. И тут возникает вопрос, который интересует не только женщин, но и ученых всего мира: почему же столь разным бывает природный цвет волос? Почему у некоторых людей волосы темного цвета, например, черного, каштанового или даже темно-рыжего, а некоторые люди уже от природы обладают натуральными белокурыми локонами, которые также имеют много оттенков – от почти по-настоящему белого до цвета речного песка или же огненно-рыжего?

Конечно же, ученые уже достаточно давно знают, что цвет волос зависит от того, какой тип меланина вырабатывается организмом в большем количестве. Если вырабатывается больше эумеланина (коричневого пигмента), волосы будут темные, если же преобладает выработка феомеланина (желтого пигмента), волосы будут более светлые – от белокурых, таких как у натуральных блондинов, до ярко-рыжих.

Тем не менее, ученые посчитали, что им недостаточно этих знаний, и попытались разгадать, какие отличия в структуре ДНК человека могут повлиять на цвет волос. Исследователи на молекулярном уровне рассмотрели, как изменения экспрессии генов отражаются на «включении» и «выключении» соответствующих генов, которые несут ответственность за цвет волос.

Молекулы имеют решающее значение для определения самого заметного человеческого признака

Интернет-издание ScienceDaily рассказывает об исследовании, которое провели ученые из Медицинской школы Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine), показавшие, что в функции стволовых клеток решающее значение имеют молекулы, которые и определяют, какого цвета будут волосы.

В этом исследовании впервые было обнаружено и описано молекулярную основу нашего одного из наиболее заметных признаков. В отчете также говорится, как едва различимые изменения в ДНК могут отразиться на нашем геноме, который может повлиять на эволюцию, миграцию и даже на историю человечества.

Дэвид Кингсли (David Kingsley), доктор философии, профессор биологии развития, говорит о том, что во время исследования ученые пытались разыскать генетическую и молекулярную основу в природе таких наиболее заметных признаков, как цвет волосы и пигментация кожи у рыб и у людей, чтобы получить более четкое представление об общих принципах, благодаря которым эти признаки развиваются. Доктор Кингсли отмечает, что уже сейчас стало понятно, что одна из самых важных сигнальных молекул в развитии млекопитающих также влияет и на цвет волос.

Ведущий автор исследования доктор Кингсли проводил свои наблюдения вместе со специалистами из Медицинского института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute). Отчет об этом исследовании был опубликован 1 июня 2014 года на сайте Nature Genetics. В этом же исследовании принимала участие ведущий специалист по исследованиям, доктор философии Кэтрин Гюнтер (Catherine Guenther).

Одно изменение в ДНК — и вы обладатель белокурых локонов

Исследователи обнаружили вот что: тот факт, что светлые волосы чаще встречаются среди северных европейцев, можно объяснить одним изменением в ДНК, которое регулирует экспрессию гена, кодирующего белок под названием KITLG, также известного как фактор стволовых клеток. Это изменение влияет на то, как KITLG эксперссируется в волосяных фолликулах, а в остальном организме все остается без изменения.

Ученые отмечают, что внесение соответствующих изменений в ДНК обычных лабораторных мышей с темной шерсткой давало животным явно более светлый окрас. Конечно, не совсем Норма Джин в образе Мэрилин Монро, но, тем не менее, шерсть животных становится значительное светлее.

Исследование также показывает, что даже небольшие тканеспецифические изменения в экспрессии генов могут стать причиной заметных морфологических эффектов. Доктор Кингсли также подчеркивает, насколько сложной задачей может быть попытка подключить определенные изменения в ДНК, чтобы получить конкретный клинический или фенотипический результат.

Одно изменение в ДНК — и вы обладатель белокурых локонов 

В этом случае происходящие в организме изменения очень тонкие: в человеческой 12 хромосоме однонуклеотидное соединение, которое называется аденин, заменяется другим, которое называется гуанин, и происходит изменение более 350 000 нуклеотидов в KITLG, а генная экспрессия изменяется только примерно на 20 %, что, с точки зрения изменения экспрессии генов с «включено» на «выключено» или, наоборот, на 100 %, в биологическом масштабе сравнительно крошечная точка.

Доктор Кингсли говорит, что ученым все же удалось увидеть, как регуляторная область оказывает выборочный контроль над тем, где конкретно происходит экспрессия кодирующего белка KITLG и насколько эта экспрессия сильная. В этом случае белок контролирует цвет волос. В другой ситуации, возможно, под влиянием другой регуляторной области, этот же белок контролирует улучшение или ухудшение деления стволовых клеток — в зависимости от экспрессии одного из важнейших факторов роста; и таким образом, может быть, это и есть тот общий механизм, который и лежит в основе многих различные признаков.

Рыбки открывают секреты эволюции

Доктор Кингсли известен своими исследованиями в области эволюции на примере крошечной рыбки, которая называется трехиглой колюшкой. Колюшка быстро адаптируется к изменениям, происходящим в окружающей среде. В мутном озере эта рыбка становится темнее, а в ответ на присутствие различных видов хищников у нее происходят также некоторые изменения позвоночника, плавников и структуры чешуи.

Исследование доктора Кингсли показало, что эти адаптивные изменения часто обусловлены изменениями в регуляторных областях, которые окружают и контролируют экспрессию генов, а не кодирующими областями самих генов.

Одна и та же незначительная мутация у мышей и людей – причина изменения цвета волос

В новом исследовании ученые изначально имели несколько подсказок относительно того, какие регуляторные области могут иметь большее значение для определения цвета волос. Одной из подсказок был тот факт, что ранее уже связывали изменение нуклеотидной последовательности в геноме с аденина на гуанин со светлым цветом волос у людей, проживающих в Северной Европе.

Второй подсказкой ученые считали существование у лабораторных мышей значительной мутации, которую называют инверсия, затрагивающей несколько миллионов нуклеотидов, находящихся вблизи гена KITLG. Мыши с двумя копиями этой мутации (по одной от каждой хромосомы) обычно бывают белого цвета; а мыши с одной копией были больше похожими на мышей дикого типа. Но не было известно, как любое из этих изменений влияет именно на пигментацию волос.

Исследователи начали с подтверждения того, что мутация у мышей происходит в области, которая аналогична или гомологична, то есть сопоставима, с той областью, где в организме человека встречается изменение одной нуклеотидной последовательности. Ученые также увидели, что в коже мышей с одной копией мутации экспрессируется около 60 % того объема KITLG, который есть в коже мышей без мутации.

Дальнейшее изучение показало, что область человеческого ДНК, которая содержит одно изменение нуклеотидной последовательности (генетической), связанной со светлым цветом волос, специфически влияет на экспрессию KITLG только в волосяных фолликулах.

Одна и та же незначительная мутация у мышей и людей – причина изменения цвета волос

В заключение исследования у мышей с человеческой последовательностью мутаций, которые связаны со светлыми или темными волосами, ученые изменили нуклеотидную последовательность. Мышки, у которых, как считали ученые, по аналогии с людьми замена аденина на гуанин должна была дать им более светлый окрас, и на самом деле имели более светлую шерсть.

Доктор Кингсли отмечает, что поскольку этот переключатель нуклеотидной последовательности влияет только на KITLG и выражен примерно на 20 % или около того, было трудно поверить, что он может оказывать столь сильный эффект на цвет волос. Чтобы так точно проследить все происходящее в организме, ученым нужны такие тщательно построенные и хорошо управляемые животные модели. Они ясно показывают, что даже столь небольшой разницы в экспрессии вполне достаточно, чтобы изменить цвет волос.

Ученый также добавил, что сейчас стало понятно, что изменение цвета волос происходит путем воздействия регуляторного механизма, который работает только для волос. Это вовсе не то, что будет оказывать влияние на другие признаки, такие как интеллект или личность. Изменения, которое делают волосы белокурыми, в буквальном смысле, касаются только их.

По материалам ScienceDaily


Рейтинг:

5 из 5 , проголосовало 1

Комментарии (0)


Оставить комментарий