Las poblaciones humanas presentan una amplia gama de tonos de piel. Pero hasta ahora, se ha demostrado que pocos genes contribuyen a la variación normal en el color de la piel, y estos se han descubierto principalmente a través de estudios de poblaciones europeas.
Ahora, un estudio de diversos grupos africanos dirigido por genetistas de la Universidad de Pensilvania ha identificado nuevas variantes genéticas asociadas con la pigmentación de la piel. Los hallazgos ayudan a explicar la amplia gama de colores de la piel en el continente africano, arrojan luz sobre la evolución humana e informan una comprensiónde los factores de riesgo genéticos para afecciones como el cáncer de piel.
"Hemos identificado nuevas variantes genéticas que contribuyen a la base genética de uno de los rasgos más sorprendentemente variables en los humanos modernos", dijo Sarah Tishkoff, profesora de conocimiento de Penn Integrates y profesora de genética y biología de la Universidad David y Lyn Silfen concitas en la Escuela de Medicina Perelman y en la Escuela de Artes y Ciencias ". Cuando la gente piensa en el color de la piel en África, la mayoría piensa en la piel más oscura, pero mostramos que dentro de África hay una gran cantidad de variación, que va desde la piel tan clara comoalgunos asiáticos a la piel más oscura a nivel mundial y todo lo demás. Identificamos las variantes genéticas que afectan estos rasgos y mostramos que las mutaciones que influyen en la piel clara y oscura han existido durante mucho tiempo, desde antes del origen de los humanos modernos ".
Los hallazgos se publican en la revista ciencia . Tishkoff, autor principal, colaboró con el primer autor y miembro del laboratorio Nicholas Crawford, un becario postdoctoral y un equipo internacional multiinstitucional.
Tishkoff ha estudiado durante mucho tiempo la genética de las poblaciones africanas, observando rasgos como la altura, la tolerancia a la lactosa, la sensibilidad al sabor amargo y la adaptación a gran altitud. El color de la piel surgió como un rasgo de interés de su experiencia trabajando en el continente y viendo eldiversidad presente en todos los grupos.
"El color de la piel es un rasgo variable clásico en los humanos, y se cree que es adaptativo", dijo Tishkoff. "El análisis de la base genética de la variación en el color de la piel arroja luz sobre cómo evolucionan los rasgos adaptativos, incluidos aquellos que juegan un papel importante enriesgo de enfermedad "
Las pigmentaciones de piel clara y oscura confieren beneficios: se cree que la piel más oscura, por ejemplo, ayuda a prevenir algunos de los impactos negativos de la exposición a la luz ultravioleta, mientras que la piel más clara puede promover mejor la síntesis de vitamina D en regiones con poca luz ultravioletaexposición.
Para capturar objetivamente el rango de pigmentación de la piel en África, Tishkoff y sus colegas usaron un medidor de color para medir la reflectancia de la luz de la piel de más de 2,000 africanos de poblaciones étnicas y genéticamente diversas. Tomaron la medida desde el brazo interno, cuandoLa exposición al sol es mínima. Las mediciones se pueden utilizar para inferir los niveles de melanina del pigmento de la piel. Obtuvieron un rango de mediciones; la piel más oscura se observó en las poblaciones de pastores nilo-saharianos en el este de África, y la piel más clara se observó en San Hunter.poblaciones de recolectores en el sur de África.
Los investigadores obtuvieron información genética de casi 1,600 personas, examinando más de 4 millones de polimorfismos de un solo nucleótido en todo el genoma, lugares donde el código de ADN puede diferir en una "letra". A partir de este conjunto de datos, los investigadores pudieron hacer un genoma completoestudio de asociación y encontró cuatro áreas clave del genoma donde la variación se correlacionó estrechamente con las diferencias de color de la piel.
La región con las asociaciones más fuertes estaba en y alrededor del SLC24A5 gen, una variante de la cual se sabe que juega un papel en el color de piel claro en las poblaciones europeas y algunas del sur de Asia y se cree que surgió hace más de 30,000 años. Esta variante era común en las poblaciones de Etiopía y Tanzania que se conocíantener ascendencia del sudeste de Asia y Medio Oriente, lo que sugiere que fue llevado a África desde esas regiones y, según su frecuencia, puede haber sido seleccionado positivamente.
Otra región, que contiene el MFSD12 el gen tenía la segunda asociación más fuerte con la pigmentación de la piel. Este gen se expresa a niveles bajos en la piel despigmentada en individuos con vitiligo, una condición en la que la piel pierde pigmento en algunas áreas.
"Todavía recuerdo el momento '¡ah, ja!' Cuando vimos que este gen estaba asociado con el vitiligo", dijo Crawford. "Fue entonces cuando supimos que habíamos encontrado algo nuevo y emocionante".
El equipo descubrió que las mutaciones en y alrededor de este gen que estaban asociadas con la pigmentación oscura estaban presentes en altas frecuencias en las poblaciones de ascendencia nilo-sahariana, que tienden a tener la piel muy oscura, así como en las poblaciones subsaharianas, excepto elSan, que tiende a tener una piel más clara. También identificaron estas variantes, así como otras asociadas con la pigmentación de la piel oscura, en las poblaciones indias y australo-melanesias del sur de Asia, que tienden a tener la coloración de la piel más oscura fuera de África.
"El origen de rasgos como la textura del cabello, el color de la piel y la estatura, que se comparten entre algunas poblaciones indígenas en Melanesia y Australia y algunos africanos subsaharianos, ha sido un misterio durante mucho tiempo", dijo Tishkoff. "Algunos han argumentado que esdebido a la evolución convergente, que evolucionaron independientemente estas mutaciones, pero nuestro estudio encuentra que, en los genes asociados con el color de la piel, tienen las mismas variantes asociadas con la piel oscura que los africanos.
"Nuestros datos son consistentes con un evento de migración temprana propuesto de humanos modernos fuera de África a lo largo de la costa sur de Asia y hacia Australo-Melanesia y un evento de migración secundaria hacia otras regiones. Sin embargo, también es posible que haya un solo eventoPoblación de origen africano que contenía variantes genéticas asociadas con la piel clara y oscura y que las variantes asociadas con la pigmentación oscura se mantuvieron solo en los asiáticos del sur y australo-melanesios y se perdieron en otros eurasiáticos debido a la selección natural ".
También de interés fue que las variantes genéticas en MFSD12 , OCA2 y HERC2 asociados con la pigmentación de la piel clara fueron de mayor frecuencia en la población africana de San, que tiene los linajes genéticos más antiguos del mundo, así como en los europeos.
MFSD12 se expresa altamente en los melanocitos, las células que producen melanina. Para verificar el papel del gen en la pigmentación de la piel, los investigadores bloquearon la expresión del gen en las células en cultivo y encontraron un aumento en la producción de eumelanina, el tipo de pigmento responsable depiel, cabello y color de ojos negros y marrones. La eliminación del gen en el pez cebra causó la pérdida de células que producen pigmento amarillo. Y en los ratones, la eliminación del gen cambió el color de su pelaje de agutí, causado por pelos rojos y rojos.pigmento amarillo, a un gris uniforme al eliminar la producción de feomelanina, un tipo de pigmento que también se encuentra en los humanos.
"Aparte de un estudio que muestra eso MFSD12 se asoció con lesiones de vitiligo, no sabíamos mucho más al respecto ", dijo Crawford," por lo que estos ensayos funcionales fueron realmente cruciales ".
"Fuimos más allá de la mayoría de los estudios de asociación de todo el genoma para hacer ensayos funcionales", dijo Tishkoff, "y descubrimos que noquea MFSD12 impactó dramáticamente la pigmentación de peces y ratones. Está apuntando a que este es un rasgo muy conservado en todas las especies.
"No sabemos exactamente por qué, pero el bloqueo de este gen causa una pérdida de producción de feomelanina y un aumento en la producción de eumelanina", agregó Tishkoff. "También demostramos que los africanos tienen un nivel más bajo de expresión de MFSD12, lo cual tiene sentido,como bajos niveles del gen significa más producción de eumelanina "
Un colaborador en el trabajo, Michael Marks, profesor en los departamentos de Patología y Medicina de Laboratorio y de Fisiología en el Hospital de Niños de Filadelfia y en Penn Medicine, demostró que el gen MFSD12 influye en la pigmentación de eumelanina de una manera novedosa. A diferencia de otras pigmentacionesgenes, que se expresan principalmente en melanosomas, el orgánulo donde se produce melanina, MFSD12 se expresa en lisosomas, un orgánulo distinto de los melanosomas que producen eumelanina.
"Nuestros resultados sugieren que debe haber algún tipo de forma cruzada aún no caracterizada entre los lisosomas y los melanosomas que producen eumelaninas", dijo Marks. "Descubrir cómo funciona esto podría proporcionar nuevas ideas sobre formas de manipular la pielpigmentación por medios terapéuticos.
"Además", dijo Marks, "el hecho de que la pérdida de MFSD12 la expresión tuvo efectos opuestos en los dos tipos de melaninas, al aumentar la producción de eumelanina mientras se suprime la feomelanina, sugiere que los melanosomas que producen feomelaninas podrían estar más relacionados con los lisosomas que los que producen eumelanina ".
Se encontraron asociaciones adicionales con el color de la piel en el OCA2 y HERC2 genes, que se han relacionado con la variación del color de la piel, los ojos y el cabello en los europeos, aunque las mutaciones identificadas son nuevas. Mutaciones en OCA2 también causa una forma de albinismo que es más común en africanos que en otras poblaciones. Los investigadores observaron variantes genéticas en un gen vecino HERC2 , que regula la expresión de OCA2 . Dentro OCA2 , identificaron una variante común en europeos y san que se asocia con una versión más corta de la proteína, con una función alterada. Observaron una señal de selección equilibrada de OCA2 lo que significa que se han mantenido dos versiones diferentes del gen, en este caso durante más de 600,000 años.
"Lo que esto nos dice", dijo Tishkoff, "es probable que haya una fuerza selectiva que mantenga estos dos alelos. Es probable que este gen esté desempeñando un papel en otros aspectos de la fisiología humana que son importantes".
Una región genética final que los investigadores descubrieron que estaba asociada con la pigmentación de la piel incluía genes que juegan un papel en la respuesta a la luz ultravioleta y el riesgo de melanoma. El principal gen candidato en la región es DDB1 , involucrado en la reparación del ADN después de la exposición a la luz UV.
"Los africanos no contraen melanoma muy a menudo", dijo Tishkoff. "Las variantes cercanas a estos genes son más altas en las poblaciones que viven en áreas de mayor intensidad de luz ultravioleta, por lo que tiene sentido que puedan estar jugando un papel en los rayos UVproteccion."
Las mutaciones identificadas por el equipo juegan un papel en la regulación de la expresión de DDB1 y otros genes cercanos.
"Aunque todavía no conocemos el mecanismo por el cual DDB1 está afectando la pigmentación, es interesante notar que este gen, que está altamente conservado en todas las especies, también juega un papel en la pigmentación en plantas como los tomates ", dijo Tishkoff.
El equipo vio evidencia de que esta región del genoma ha sido un fuerte objetivo de selección natural fuera de África; las mutaciones asociadas con el color claro de la piel se extendieron a casi el 100 por ciento de frecuencia en no africanos, uno de los pocos ejemplos de un "barrido selectivo""en todos los euroasiáticos; la edad del barrido selectivo se estimó en alrededor de 60,000 a 80,000 años, alrededor del momento de la migración de humanos modernos fuera de África.
Una conclusión adicional de este trabajo es una imagen más amplia de la evolución del color de la piel en humanos. La mayoría de las variantes genéticas asociadas con la pigmentación clara y oscura del estudio parecen haberse originado hace más de 300,000 años, y algunas surgieron aproximadamente 1hace millones de años, mucho antes de la aparición de los humanos modernos. La versión anterior de estas variantes en muchos casos era la asociada con la piel más clara, lo que sugiere que quizás el estado ancestral de los humanos era una piel moderadamente pigmentada en lugar de oscura.
"Si tuviera que afeitarse un chimpancé, tiene una pigmentación ligera", dijo Tishkoff, "por lo que tiene sentido que el color de la piel en los antepasados de los humanos modernos podría haber sido relativamente claro. Es probable que cuando perdimos el pelo que cubríanuestros cuerpos y nos mudamos de los bosques a la sabana abierta, necesitábamos una piel más oscura. Las mutaciones que influyen tanto en la piel clara como en la oscura han seguido evolucionando en los humanos, incluso en los últimos miles de años ".
Tishkoff señaló que el trabajo subraya la diversidad de las poblaciones africanas y la falta de apoyo a las nociones biológicas de raza.
"Muchos de los genes y las nuevas variantes genéticas que identificamos que están asociados con el color de la piel pueden nunca haberse encontrado fuera de África, porque no son tan altamente variables", dijo Tishkoff. "Hay tanta diversidad en África que noa menudo apreciado. No existe una raza africana. Demostramos que el color de la piel es extremadamente variable en el continente africano y que todavía está evolucionando. Además, en la mayoría de los casos, las variantes genéticas asociadas con la piel clara surgieron en África ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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