Александр Соколов - Странная обезьяна [Куда делась шерсть и почему люди разного цвета]

Ситуация резко изменилась с развитием молекулярной генетики — когда специалисты научились читать и сравнивать генетические последовательности, быстро выяснилось, что генов, связанных с пигментацией, десятки, если не сотни. К началу XXI века генов, влияющих на цвет кожи, шерсти и глаз у мышей насчитывалось уже 127, и с первой расшифровкой человеческого генома у человека нашлось не менее 60 очень похожих генов-«ортологов» {4} . Эти гены отвечали за развитие пигментных клеток и меланосом, регулировали их миграцию, кодировали белки, участвующие в синтезе пигмента. Как часто бывает в генетике, функцию ряда генов удалось выяснить благодаря патологиям — нарушениям пигментации, таким как альбинизм.

Про ген OCA2 я уже писал, когда рассказывал про несчастных африканских альбиносов. Половина всех альбиносов должна «благодарить» за свою особенность ген OСA2 (он даже расшифровывается как oculocutaneous albinism 2 ). Еще один ген, мутации в котором приводят к «глазокожному альбинизму 1 типа», — ген тирозиназы ( TYR ). Тирозиназа — фермент, благодаря которому тирозин превращается в меланин, и мутации в гене TYR ответственны за 40 % случаев глазокожного альбинизма в мире {5} .

Нарушения работы гена TYR чреваты отсутствием пигмента в коже, глазах и волосах в течение всей жизни — это крайняя форма альбинизма. В самом тяжелом случае, когда ген инактивирован полностью, человек получает не только полностью белые волосы и кожу, полупрозрачную радужку глаз и неспособность загорать, но и сильно ослабленное зрение.

Более редкая форма альбинизма OСA3 — «рыже-красный альбинизм», названный так потому, что страдающие этим недугом африканцы обладают красновато-коричневой кожей и светло-каштановыми или рыжими волосами. Здесь ответственность, как выяснилось, лежит на гене TYRP1 ( Tyrosinase Related Protein 1, родственный тирозиназе протеин 1).

Ученым стали известны и другие гены, мутации в которых приводили к разным вариантам альбинизма. Однако изучение патологий не проливало свет на вопрос, почему у обычных, полностью здоровых людей цвет кожи может быть столь разным [58]. Надеюсь, разница между альбиносом и светлокожим европейцем очевидна.

Прорыв в генетике кожной пигментации связан с исследованием еще одного гена — меланокортинового рецептора 1-го типа ( MC1R ).

Рецептор — молекула, передающая в клетку химический сигнал. Ген MC1R кодирует рецептор, который находится в клеточной мембране и реагирует на гормон, стимулирующий размножение меланоцитов и выработку меланина. Гормон называется α-МСГ — альфа-меланоцитстимулирующий гормон (он относится к меланокортинам).

Исследователи установили, что ген MC1R влияет на окраску меха у млекопитающих. Мутации в гене рецептора приводили к тому, что у мышей шерсть, в норме темная, становилась желтоватой {7} . Как выяснилось, MC1R определяет относительное количество эумеланина и феомеланина, вырабатываемых меланоцитами. Если работа гена нарушалась, вместо темно-коричневого эумеланина образовывался желто-красный феомеланин. Оказалось, что работа гена сказывается на пигментации у лошадей, собак, свиней, овец и птиц {8} .

Но раз у человека есть похожий ген, то, может быть, в нем кроется тайна рыжеволосости? Это можно проверить! В 1995 году группа генетиков взяла образцы этого гена у 30 рыжих британцев и ирландцев. Для сравнения изучили варианты MC1R у 30 темноволосых европейцев. Неожиданно 21 рыжий «подопытный» оказался носителем мутантного — отличного от эталонного — варианта MC1R . Да не одного, таких вариантов нашлось целых девять! Самая частая мутация, Asp294His (замена в 294-й позиции аминокислоты аспартата на гистидин) встретилась у 16 человек. А у восьми рыжих оказалось сразу две или больше мутаций в гене MC1R . И ни одного мутантного варианта не нашлось у контрольной темноволосой группы.

Дальнейший анализ показал, что нестандартные варианты MC1R все-таки встречаются и у обладателей темных волос, но никогда в двух копиях, на обеих хромосомах. Удивительно, но и многие рыжие были гетерозиготами [59]по этому гену. То есть для того, чтобы получить рыжеватые волосы, достаточно было, чтобы мутация досталась от одного из родителей, хотя наиболее чистый рыжий тип, как позднее выяснилось, был все же гомозиготным.

Интересен и другой результат: практически у всех темноволосых носителей мутантного варианта MC1R была очень светлая кожа, а кроме того, они плохо загорали. Очевидно, ген влияет не только на волосы, но и на кожу, отмечали авторы исследования {9} . Обнаружилась и связь гена с появлением веснушек, а также — увы — с риском развития рака кожи.

Это было только начало множества исследований гена, который оказался очень удобным — маленьким (всего 954 нуклеотида), с понятной функцией, удивительно изменчивым. Связь некоторых вариантов гена MC1R с рыжими волосами подтвердил анализ ДНК ирландцев {10} , голландцев и шведов, а также исследования на близнецах, выявившие еще 11 вариантов гена {11} . Одни аллели MC1R оказывали сильное, другие — слабое влияние на рыжеволосость. Любопытно, что у разнояйцевых близнецов, обладающих одинаковым вариантом MC1R , встречались разные типы волос — значит, этот ген не мог полностью отвечать за признак. Впрочем, это было очевидно и раньше, ведь мутации в гене обнаружились не у всех рыжих. Так что окрестить ген MC1R «геном рыжих волос», как бы ни хотелось, не получится.

Тем не менее, если проанализировать распространение разных версий гена, может, это расскажет нам что-нибудь о человеческой эволюции? В 2000 году группа генетиков так и поступила. В исследовании участвовали образцы ДНК из Европы, Африки, Азии, Океании, а также двух шимпанзе.

Сравнив варианты гена MC1R между собой, исследователи вычислили предковый, «корневой» вариант, который, немного предсказуемо, оказался африканским, обычным также для юга Азии. Почему предсказуемо? Потому что, как мы знаем, люди родом из Африки. Этот вариант отличался от шимпанзиного 16 мутациями, 10 из которых были несинонимичными, т. е. меняли аминокислоту.

А дальше — интереснее. Африканское разнообразие гена выглядело очень низким — генетики нашли тогда всего пять вариантов, и все синонимичные, их различия не влияли на работу гена. Сходная картина у папуасов и южных азиатов — людей с темной кожей. И совсем другое дело — остальная Евразия, где обнаружилось 13 вариантов гена, причем синонимичных — только 3. Ситуация очень нетипичная, ведь обычно разнообразие максимально в Африке, а тут строго наоборот. Что бы все это значило? А вот что: в Африке палящее солнце отбраковывало любые мутации, вызывавшие хотя бы незначительное посветление кожи. Этот мощный стабилизирующий отбор и есть причина низкого числа вариантов MC1R на Африканском континенте, а также на юге Азии. Когда же люди мигрировали на север, в высокие широты, жесткий отбор прекратился. По мнению авторов исследования, причина появления вариантов MC1R в Евразии — не естественный отбор, а наоборот, его ослабление. В таких условиях мутации, снижавшие пигментацию, уже не приводили к печальным последствиям и стали распространяться по законам нейтральной эволюции, случайным образом. То, что внутривидовое разнообразие примерно соответствует межвидовым различиям между человеком и шимпанзе, по мнению авторов, свидетельствует не в пользу отбора. Этим можно объяснить и то, что вариантов гена в Европе больше, чем в Азии {12} .