Всего одна буква ДНК изменяет цвет волос

Исследователи из Медицинского института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute) в Чеви-Чейз обнаружили, что замена всего одной буквы в коде ДНК способна изменить цвет волос у человека.

Дэвид Кингсли (David Kingsley), научный сотрудник института, на протяжении долгого времени изучал эволюцию колюшки – маленькой рыбки, которая переместилась из морей в озера и ручьи в конце последнего ледникового периода.

Используя способность колюшки адаптироваться к разным условиям окружающей среды, Кингсли и его коллеги смогли идентифицировать молекулярные изменения, лежащие в основе ее эволюции.

Недавно они переключили свое внимание на то, что по эволюционным изменениям у этой рыбки можно сделать интересные выводы об эволюции человека и других видов.

В своем последнем исследовании команда доктора Кингсли изучала генетический код, который отвечает за пигментацию колюшки. В 2007 году ученые установили, что у разных популяций колюшки по всему миру изменения в пигментации запускаются одним и тем же геном.

Интересно, что этот ген оказался вовсе не уникальным для маленькой рыбки.

У людей и рыбок пигментацию контролирует один ген

«Ген, очень похожий на тот, который контролирует окраску колюшки, оказывает сильное влияние на пигментацию у разных человеческих популяций во всем мире», - говорит Кингсли.

Различные вариации этого участка гена, который называется Kit ligand, у людей ассоциируются с различиями в цвете кожи. Кингсли обнаружил, что и у рыб, и у людей генетические изменения, связанные с пигментацией, происходят в регуляторных элементах генома.

Но отслеживание специфических регуляторных элементов в огромном геноме – это поиск иголки в стоге сена. Кингсли говорит, что перед ними стоял выбор, на какой области сосредоточить свое внимание.

Кроме кодирования протеинов для пигментных клеток, участок Kit ligand выполняет множество других функций. К примеру, он влияет на поведение стволовых клеток крови, предшественников сперматозоидов и яйцеклеток, а также нейронов кишечника.

Ученые старались изолировать регуляторные изменения в этом участке, которые отвечают именно за цвет волос, не влияя на другие функции гена. Чтобы сделать это, один из экспертов команды Кэтрин Гюнтер (Catherine Guenther) вырезала сегменты человеческой ДНК в указанной области и связала каждый кусочек регуляторного гена с репортерным геном. Если гены связывались «правильно», ученые получали глубокий синий цвет.

Далее Гюнтер ввела эти кусочки включенной ДНК в клетки мышей. Это позволило ученым наблюдать эффект изолированного кусочка ДНК, который регулировал процессы в волосяных фолликулах грызунов.

При дальнейшем изучении ДНК в этом регуляторном сегменте команда обнаружила, что одна-единственная буква генетического кода отличается у людей, которые имеют разный цвет волос.

Это было подтверждено в ходе экспериментов с культурами клеток. Переключение на светлый цвет волос соответствовало простому снижению активности гена на 20% - это позволило ученым заключить, что они нашли именно тот ключевой компонент последовательности ДНК.

У мышей эксперимент также удался. Грызуны, у которых ученые по-разному активировали указанный ген, имели в результате либо темную, либо светлую окраску шерсти.

Кингсли пояснил полученные результаты: «Мы с уверенностью можем сказать, что одной пары оснований достаточно, чтобы осветлить шерсть у животного, причем для этого достаточно только снизить экспрессию гена на 20%. Это хороший пример того, как прекрасно настроенные регуляторные механизмы могут производить различные черты организма. Генетический механизм, контролирующий осветление волос, никак не нарушает биологию других частей тела. Светлые волосы – это всего лишь светлые волосы».

Кингсли надеется, что их работа не только приведет к лучшему пониманию молекулярных механизмов человеческого разнообразия, но их станет важным шагом на пути к повышению устойчивости людей к различным заболеваниям.

medbe.ru