Стоп! Погодите. Но ведь цвет кожи наследуется не так. Мы же знаем, что у чернокожей женщины и белого мужчины (или наоборот) родится ребенок-мулат, который может оказаться и темным, и светлым, но чаще промежуточно-смуглым. Где же ваши законы Менделя?
Все верно. Ведь единственного гена «темной кожи» или «светлой кожи» не существует. Наша пигментация управляется множеством генов.
Представьте себе, что у вас есть принтер, который печатает только одним цветом, оставляя на бумаге последовательность крошечных точек — условных «меланосом». При этом печатающий картридж может выдавать много краски, а может по чуть-чуть, сами точки получаются большими или маленькими, то круглыми, то вытянутыми, головка принтера движется медленно либо быстро, плавно или рывками, а промежутки между точками тоже зависят от настроек. Меняя настройки (аллели генов), мы получим сотни различных оттенков.
Я сейчас не пытался описать устройство человеческой пигментации. Аналогия с принтером нужна, чтобы показать, что такое полигенный признак: родители передают ребенку комбинацию «настроек», перемешанных случайным образом, в результате цвет кожи потомка сложно предсказать.
Цвет шерсти или кожи удобен для исследования, и генетики плотно занялись пигментацией еще 100 лет назад. Но напрямую читать ДНК ученые стали совсем недавно — до этого влияние генов на организм изучали, скрещивая различающихся особей и оценивая то, что получилось. Мышей разных цветов можно скрестить, но как быть с человеком? Взять в качестве модельного объекта популяции смешанного происхождения, например афроамериканские. Анализировать родословную каждого индивида, оценивать вклад «белых» и «черных», фиксировать цвет кожи у потомков в разных поколениях и делать выводы.
Первая работа такого рода была проведена еще в 1913 году{2}. За ней последовали другие. Авторы по-разному оценивали европейский вклад в генофонд афроамериканцев, в итоге получали, что цвет кожи регулируется двумя, тремя, а то и шестью генами «аддитивного» действия (т. е. эффект суммировался). Сложность в том, что сами африканцы и европейцы разнообразны по цвету кожи. Чтобы обойти эту проблему, исследователи пытались найти относительно гомогенную популяцию с хорошо известной родословной. Такой оказалась, например, группа афроевропейских метисов первого поколения в Ливерпуле и их потомков{3}. Снова выходило, что за различия в цвете кожи между европейцами и неграми ответственны три-четыре наследуемых фактора (гена?).
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.
Тайна рыжих волос
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.
