Кожа цвет: как определить оттенок кожи и цветовая палитра с названиями

Эволюционная модель пигментации человека в трех континентальных популяциях. Укоренившееся дерево показывает генетическую филогению человеческих популяций из Африки, Северной Европы и Восточной Азии, а цвета ветвей примерно указывают на общий уровень пигментации кожи этих популяций (адаптировано из McEvoy et al. (2006) [39]). Генетические локусы, которые, как сообщается, находились под положительным отбором у общего предка современных евразийцев, представлены rs1881227 в KITLG , а те, которые независимо развились у европейцев и жителей Восточной Азии, что указывает на возможную конвергентную эволюцию, представлены rs12913832 в OCA2 и rs885479 в MC1R соответственно.Карты частоты аллелей были составлены с использованием R (версия 3.2.1, https://www.r-project.org) на основе этих локусов в 53 глобальных популяциях, предоставленных Группой по разнообразию генома человека CEPH (HGDP, http : //www.hagsc.org/hgdp/index.html). Синий и красный цвета обозначают предковые и производные аллели соответственно

Гены, участвующие в адаптации цвета кожи у жителей Восточной Азии, не так хорошо изучены по сравнению с длинным списком адаптивных генов, идентифицированных у европейцев.Известные примеры включают OCA2 и MC1R . Каждый содержит несколько несинонимичных мутаций, например rs1800414 и rs74653330 в OCA2, и rs885479 в MC1R [40,41,42,43], которые демонстрируют высокие частоты производных аллелей у жителей Восточной Азии, но низкие частоты производных аллелей у европейцев и африканцев (рис. 2). Считается, что белок OCA2 является зрелым мембранным белком меланосомы [44], который может играть роль в транспортировке белка в меланосомы [45]. Восточноазиатский вариант rs1800414 впервые был описан в исследовании секвенирования экзома, целью которого было выявить варианты, связанные с альбинизмом [46].Производный аллель rs1800414, как полагали, вносил вклад в осветление кожи в исследовании ассоциации китайцев хань, которое измеряло цвет кожи людей с использованием индекса меланина [47]. Другой несинонимичный вариант в OCA2 , rs74653330, также был подтвержден как связанный с пигментацией в ассоциативном исследовании японцев [48]. Дополнительные примеры восточноазиатских специфичных аллелей, связанных с пигментацией, включают rs10809814 в TYRP1 и rs1407995 в DCT [40, 49], оба из которых показывают дифференциацию между азиатами и неазиатами [47], а также сильные сигналы положительного отбора. у азиатов [43, 49].

Несмотря на различные гены и варианты при соответствующих местных адаптациях у европейцев и жителей Восточной Азии, некоторые гены имеют аллели, достигающие высоких частот в обеих континентальных группах. Например, KITLG демонстрирует избирательный поиск у неафриканцев [50,51,52]. Этот ген широко экспрессируется во многих тканях, включая кожу, и участвует в морфогенезе органов и пролиферации клеток. Kit-лиганд, кодируемый KITLG , известен как стальной фактор и играет решающую роль в нормальном развитии и поддержании линии меланоцитов в коже взрослого человека [53]; это было доказано на людях, рыбах и мышах [54,55,56].Влияние этого гена на пигментацию также было подтверждено в серии ассоциативных исследований [57,58,59,60]. Одним из ключевых вариантов является rs642742, который расположен на расстоянии 326 т.п.н. выше сайта начала транскрипции KITLG . При этом варианте частота предковых аллелей у африканцев превышает 90%, что сравнимо с полученной частотой аллелей у европейцев и жителей Восточной Азии (рис. 2). Подобные закономерности наблюдались и в других генах, например, ASIP и BNC2 [39].

Две модели эволюционной архитектуры пигментации человека были предложены на основе приведенных выше результатов и других связанных исследований (рис. 2). Одна из них — модель конвергентной эволюции [17, 40, 43, 49], предполагающая, что депигментация в некоторой степени развивалась независимо у европейцев и жителей Восточной Азии, поскольку для объяснения светлой кожи и положительного отбора у европейцев были предложены разные гены и варианты. эти две континентальные группы. По оценкам недавнего исследования, время выборочного обследования для специфичных для Европы вариантов пигментации было около 11 000–19 000 лет назад, после расхождения европейцев и азиатов [61].Альтернативная модель подходит для общих выборочных зачисток европейцев и жителей Восточной Азии, которые, возможно, могут произойти у прото-евразийцев. Начало этого движения было оценено приблизительно 30 000 лет назад, сразу после миграции «из Африки», но раньше, чем специфическая для Европы эволюция пигментации [61]. Сосуществование этих двух моделей предполагает сложную эволюционную историю цвета кожи у современных людей.

Еще одним ключом к разгадке сложной генетической основы эволюции цвета кожи является аллельная гетерогенность, наблюдаемая в одном гене, таком как OCA2 и MC1R .В каждом из этих генов одни аллели специфичны для европейцев, тогда как другие специфичны для азиатов, хотя доказано, что все они связаны с депигментацией. Кроме того, OCA2 предоставляет свидетельства независимых зачисток, а также конвергентной эволюции у европейцев и азиатов. Поскольку результаты были получены в результате исследований с использованием разных выборок, данных и методов, могут существовать некоторые смешивающие факторы, приводящие к этим различным наблюдениям. Однако, что более важно, цвет кожи — это сложная характеристика, которую нельзя просто объяснить одним геном или вариантом; скорее всего, это будет связано с огромной сетью генов и фенотипов.Например, ASIP , ген адаптивной пигментации в популяциях европейского происхождения [62, 63], кодирует сигнальный белок агути, который блокирует MC1R в синтезе эумеланина в ответ на УФ-индуцированное повреждение ДНК [40]. При производстве меланина TYR действует как катализатор ключевого начального этапа, а его стабильность поддерживается TYRP1 и DCT .

Кроме того, сканирование для отбора по пигментации кожи указывает на два разных поведения отбора, действующих на мутации de novo и вариации стояния, соответственно.Некоторые варианты, представленные rs1805007 и rs1805008 в MC1R (у европейцев) и rs1800414 в OCA2 (у азиатов), показывают только производные аллели в популяциях с положительным отбором в этих локусах, из чего мы можем предположить, что они являются новыми мутациями. которые появились после того, как современные люди поселились в Европе или Азии. Напротив, некоторые варианты, такие как rs3212357 в MC1R (при положительном отборе у европейцев), имеют низкие частоты у африканцев. Независимо от возможных мутаций и генетического дрейфа в африканских популяциях, более вероятно, что производный аллель в этом локусе представлен в течение некоторого времени, прежде чем они стали популярными.Подобные случаи были обнаружены в высотной адаптации тибетцев и адаптации иммунитета в некоторых современных человеческих популяциях и даже в эволюции фенотипов пигментации у нечеловеческих видов [56, 64].

Адаптация цвета кожи в смешанных популяциях

Смешанные популяции, гибридное потомство двух ранее изолированных популяций, может дать важную информацию для понимания генетики географической изменчивости по двум причинам. Во-первых, локусы, лежащие в основе фенотипических различий в предковых популяциях, также перекрывают высокоинформативные маркеры происхождения, что делает смешанные популяции особенно полезными для отслеживания истории популяций.Во-вторых, смешанные популяции обычно имеют широкий диапазон вариаций в отношении некоторых конкретных фенотипов, что может повысить эффективность определения местоположения генов, связанных со сложными признаками / заболеваниями, после контроля потенциальной стратификации популяции.

Несмотря на эти преимущества, смешанные популяции редко учитывались в исследованиях изменения пигментации человека. Текущие исследования, посвященные изучению генов пигментации в смешанных популяциях, в основном включали лиц африканского и европейского происхождения, таких как афроамериканцы, европейцы из Африки и латиноамериканцы, поскольку их предки существенно различаются по цвету кожи.Наследственные генетические составы этих трех популяций различаются. Афроамериканцы получили наибольший генетический вклад (~ 80%) от африканского происхождения [65], латиноамериканские метисы имеют наименьшую долю африканского происхождения (~ 10%) [66, 67], в то время как у европейских африканцев генетические компоненты унаследованные от европейцев (~ 42%) и африканцев (~ 58%) сопоставимы [68]. Только среди латиноамериканцев существует значительная часть индейского происхождения (~ 45%) [66, 67]. Более того, на индивидуальном уровне доля каждого предка в каждой смешанной популяции сильно различается.Например, доля европейского происхождения среди афроамериканцев колеблется от 2% до 98% [65]. Большая разница в цвете кожи у смешанных особей может быть результатом их очень разнообразного генетического состава, поскольку наблюдалась существенная корреляция между пропорциями предков и цветом кожи [68,69,70].

Множественные хорошо известные гены-кандидаты на пигментацию у европейцев также были идентифицированы с помощью картирования примесей (рис. 3) или ассоциативных исследований в смешанных популяциях.Например, TYR , несущий несинонимичную замену rs1042602 (S192Y), был идентифицирован у афроамериканцев [69] и европейских африканцев из Кабо-Верде [68]. Варианты ASIP, , такие как rs6058017, который, как было обнаружено, встречается с разной частотой в глобальных популяциях [63], также были связаны с темными волосами и карими глазами у американцев европейского происхождения [71], афроамериканцев [62]. и бразильцы [72]. Кроме того, KITLG продемонстрировал сильные сигналы избирательного захвата у афроамериканцев [51], со значительным предпочтением гомозиготам по афро-специфическому аллелю (предковому аллелю) по rs642742 у людей с высоким индексом меланина (темная кожа) [69].Подобные случаи включают rs1426654 в SLC24A5, у европейских африканцев [68] и латиноамериканцев [72] и rs35395 в SLC45A2 у европейских африканцев [68].

Структура картирования примесей для обнаружения положительного отбора. Средние лица африканцев, европейцев и африканцев были загружены с http://www.mediadump.com/hosted-id167-average-faces-from-around-the-world.html#.WLkMU-kfU1A

Однако в некоторых исследованиях получены противоречивые результаты.Корреляция между коренным американским происхождением и пигментацией кожи, о которой сообщалось у латиноамериканского населения [73], не наблюдалась в группе пуэрториканских женщин [70]. Один из ключевых локусов однонуклеотидного полиморфизма (SNP) в OCA2 , rs1800404, показал значительное влияние на пигментацию кожи при анализе афроамериканцев и объединенной популяции афроамериканцев и афро-карибских стран, но отсутствовал в независимом анализе Афро-карибские образцы [69]. Возможно, что в разных популяциях существуют разные генетические механизмы изменения цвета кожи, но следует проявлять осторожность в отношении подробной информации в данных, такой как размер выборки и предковые популяции, выбранные для анализа смешанных популяций, что может привести к смещенным результатам [ 67, 69].

Идентификация генетических детерминант естественной изменчивости пигментации кожи также проводилась в других смешанных популяциях. Одним из успешных примеров является полногеномное исследование ассоциации населения южноазиатского происхождения [74], в котором полиморфизмы в SLC24A5 , TYR и SLC45A2 показали значительную связь с содержанием меланина в коже. Аллели светлой кожи в Южной Азии могли быть унаследованы от их европейских предков [75], которые первоначально прибыли в этот регион около 3500–4000 лет назад вместе с индоевропейской языковой экспансией [76], за которой последовала недавняя колонизация в последние несколько лет. веков.Кроме того, Центральная Азия и Юго-Восточная Азия являются домом для различных смешанных популяций, которые также имеют большой потенциал в изучении адаптации к цвету кожи. Смешанный популяционный анализ может значительно обогатить наше понимание вариаций цвета кожи в современных популяциях людей.

Адаптация цвета кожи в популяциях аборигенов

Популяции аборигенов в различных регионах мира имеют множество последствий для истории эволюции человека. Они считались первыми поселенцами в соответствующих областях.Несмотря на то, что некоторые аборигены были в некоторой степени ассимилированы окружающими их земледельцами, они сохранили свои традиционные средства к существованию в качестве охотников-собирателей, а также свои изначальные физические черты — темную кожу, низкий рост и вьющиеся волосы.

Популяции охотников-собирателей с темной кожей, невысоким ростом и вьющимися волосами привлекли большое внимание (рис. 4а). Генетический механизм, лежащий в основе общих фенотипов среди этих географически удаленных популяций (вместе называемых негритосами или пигмеями) из Центральной Африки, Андаманских островов, Юго-Восточной Азии и Океании, все еще остается спорным; например, были ли они общим происхождением от донеолитического субстрата человечества или следствием конвергентной эволюции [77, 78].На сегодняшний день большинство генетических исследований по этому вопросу сосредоточено на росте [78,79,80,81]. Одно исследование предоставило ключи к разгадке конвергентной эволюции с точки зрения адаптации пигментации кожи, проанализировав разнообразие MC1R у меланезийцев [82]. Это исследование показало, что предковые гаплотипы MC1R не очень консервативны между меланезийцами северных островов и африканцами, хотя обе популяции живут в области с высоким УФ-излучением, что контрастирует с предыдущими выводами, основанными на очень ограниченных выборках [30, 83].Кроме того, несинонимичный полиморфизм, rs2228479, обнаруживает обогащенные производные аллели, особенно у жителей Восточной Азии, но не имеет существенной связи с пигментацией кожи или волос у меланезийцев. Фактически, популяция меланезийцев демонстрирует поразительную вариабельность пигментации кожи [84], и, как всегда, некоторые варианты были идентифицированы как регионально-специфичные, что может частично объяснить эту фенотипическую вариацию. Ярким примером является несинонимичный вариант, rs387907171, в TYRP1 [85].Он ограничен Соломоновыми островами и частями архипелага Бисмарка и может способствовать появлению «светлых волос» в этом регионе [85, 86]. Эти результаты подчеркивают сложную генетическую архитектуру фенотипов пигментации, а также подчеркивают роль, которую популяционная история (например, сложная популяционная история юго-западной части Тихого океана [87,88,89]) может играть роль во влиянии на фенотипическое разнообразие. Исследования пигментации кожи у других современных аборигенных популяций (помимо меланезийцев) немногочисленны, за исключением одного, изучающего популяцию сеноев (коренное население) с Малайского полуострова, которое представляет собой смесь негрито (темнокожих) и южных монголоидов из Индо. -Китай (с желто-коричневой кожей) и имеет широкий спектр цветов кожи [90].Авторы этого исследования обнаружили, что, несмотря на низкую частоту производных аллелей, мутация A111T (rs1426654) в SLC24A5 в значительной степени связана со светлой кожей у сеноев, которая, как предполагалось, возникла в результате смешения монголоидов и жителей Южной Азии.

Цвет кожи аборигенов Экваториальной зоны и Арктики. ( a ) Сравнение цвета кожи между Bateq (подгруппа Negrito) и малайцем из полуостровной Малайзии. ( b ) Сравнение цвета кожи инуитов и шведов из схожих широт.Портреты малайцев и шведов предоставлены проектом Джошуа (http://joshuaproject.net), портрет Батека взят с сайта http://www.businessinsider.my/, а портрет инуитов с сайта http: // www. arcticphoto.co.uk/

Другой интересный вопрос, связанный с адаптацией цвета кожи человека, исходит от жителей Арктики. У инуитов в Дальнем Северо-Востоке Азии и в Американской Субарктике кожа желтовато-коричневая, несмотря на крайнюю северную широту, на которой они живут, в отличие от других популяций, живущих на той же широте, таких как шведы и финны (рис.4б). Это делает инуитов исключением из коррелированного с широтой распределения цвета кожи. Одна из возможных причин заключается в том, что темная кожа могла защитить инуитов от сильного воздействия ультрафиолета из-за долгого светового дня зимой и высокого уровня отражения ультрафиолета от снега. В то время как темная кожа является недостатком для производства витамина D, большое количество витаминов, включая витамин D, может быть компенсировано их диетой [91, 92]. Другой причиной может быть эффект основателя древних восточноазиатских предков инуитов, которые населяли арктический регион почти 5000 лет назад и имели более высокое производство меланина, чем европейские предки.Однако было проведено очень мало генетических исследований для определения генетической основы темной кожи в арктических популяциях.

Адаптация цвета кожи у древних гомининов

Темная кожа современных людей образовалась около 1,2 миллиона лет назад в результате потери волос на теле после расхождения с обезьянами, предположительно для защиты от повреждений, вызванных ультрафиолетом [13, 93, 94,95,96]. Тогда когда же у современных евразийцев началась депигментация? Обобщенные выше исследования адаптации цвета кожи основаны на современных популяционных генетических данных, которые могут страдать от ограниченного временного разрешения, вызванного демографической историей популяции, и нечувствительностью к отбору, действующему на вариации стояния [97].Появление древних анализов ДНК позволяет непосредственно наблюдать за процессами эволюции и, таким образом, облегчить нам понимание этого ключевого вопроса.

Исследование геномов анатолийских фермеров эпохи неолита в Западной Евразии (6500–300 до н.э.), которые, вероятно, являются исходным населением первых европейских фермеров, предполагает, что светлый цвет кожи возник, по крайней мере, с 6500–4000 лет назад. [98]. Несколько популярных генов, идентифицированных у современных евразийцев, например, SLC45A2 , GRM5 и HERC2 / OCA2 , показали сильный сигнал отбора в этих древних образцах.Этот вывод подтверждается другим исследованием, основанным на образцах энеолита (6500–5000 лет до н.э.) и бронзового века (5000–4000 лет назад), представляющих ранних европейских фермеров или поздних охотников-собирателей в Центральной Европе [99]. Одной из возможных причин депигментации кожи в доисторической Евразии является сельское хозяйство, которое привело к переходу с богатой витамином D диеты охотников-собирателей на диету земледельцев с низким содержанием витамина D, а также возросшая опасность дефицита фолиевой кислоты в более высоких широтах [14 , 100].Более того, давление отбора продолжало действовать долгое время после того, как оно инициировало адаптацию цвета кожи, поскольку некоторые аллели предковой пигментации были идентифицированы у европейцев мезолита (7000 лет назад), а некоторые адаптивные аллели отбора у древних евразийцев все еще развиваются. у современного человека [98, 99, 101].

Недавние исследования архаических гомининов (например, неандертальцев, вымершая группа гоминидов, жившая в Евразии ~ 400–28000 лет назад [102]) еще больше улучшили наше понимание эволюции цвета кожи у современных людей.Неандертальцы встретили современных людей на Ближнем Востоке ~ 60 000–50 000 лет назад и внесли свой вклад примерно в 1–4% геномов современного человека [103,104,105]. Некоторые гены, связанные с пигментацией, идентифицированы в интрогрессированных гаплотипах неандертальцев современных евразийцев, таких как POU2F3 , BNC2 и MC1R [106, 107]. В частности, сообщалось, что интрогрессивные аллели приводят к светлому цвету кожи, что указывает на стратегию «адаптивной интрогрессии» адаптации цвета кожи человека.Другие интрогрессивные гены, связанные с фенотипами кожи, включают гены HYAL , которые связаны с клеточными ответами на УФ и находятся под сильным положительным отбором у жителей Восточной Азии [108], а также гены, участвующие в образовании кератиновых волокон [109]. Хотя эти гены не являются прямыми детерминантами пигментации кожи, они, как и гены, связанные с пигментацией, возможно, помогли современным людям адаптироваться к неафриканской среде.

Делая выводы об адаптивной интрогрессии, мы фактически утверждаем, что неандертальцы могли иметь светлый цвет лица.Этот вывод основан только на некоторых связанных с пигментацией генах или аллелях, идентифицированных в существующих современных человеческих популяциях, поскольку видимые фенотипы неандертальцев и других вымерших видов недоступны. Однако при использовании некоторых других априорных генов в качестве потенциальных ключей можно получить другие результаты. Например, производное состояние MC1R , которое отвечает за бледность кожи, присутствует у неандертальцев из Италии и Испании, но отсутствует у хорватских неандертальцев и Денисовой [110], что указывает на вариацию цвета кожи у архаичных гомининов.Кроме того, светлая кожа у неандертальцев и современных евразийцев также могла быть результатом конвергентной эволюции, а не адаптивной интрогрессии [111].

Гипотеза об адаптивной интрогрессии, по-видимому, возникла раньше, когда современный человек побледнел — задолго до эпохи позднего мезолита, когда неандертальцы вымерли около 28000 лет назад. Однако мы должны пересмотреть, действительно ли гены, влияющие на цвет кожи архаичных гомининов, определяли цвет кожи у современных людей. Даже если это так, также возможно, что современный человек сохранил эти интрогрессивные варианты до тех пор, пока они не проявили некоторые фенотипические эффекты при определенных сильных селективных давлениях.Таким образом, для решения этой проблемы в будущем необходимы дополнительные ресурсы данных и анализы.

Коэффициент отбора и величина эффекта

Являясь одним из наиболее очевидных изменений в окружающей среде после миграции современного человека из Африки в более высокие широты, УФ оказывает значительное избирательное давление на пигментацию кожи человека, что может быть отражено коэффициентами отбора гены, связанные с пигментацией. Оценка коэффициентов отбора во многом зависит от рассматриваемых генов и методологий.Beleza et al. оценили коэффициент отбора в нескольких локусах, представляющих SLC24A5 , SLC45A2 , TYRP1, и KITLG [61]. Например, оценки составляют 0,05 / 0,04 для SLC45A2 и 0,16 / 0,08 для SLC24A5 в рамках доминантной / аддитивной модели наследования у европейцев. Между тем, López et al. сообщили, что коэффициент отбора варианта в SLC45A2 составляет 0,01–0,02 в южноевропейской популяции [112].Эти оценки сопоставимы с коэффициентами отбора, выведенными непосредственно из данных с последовательной выборкой в ​​ HERC2 , SLC45A2 и TYR , в диапазоне 0,02–0,1 [99]. Коэффициенты отбора, оцененные для генов пигментации, лучше всего понять в контексте оценок для других недавно выбранных локусов. Преимущество отбора, как предполагается, составляет 0,01–0,08 для LCT , гена, сильно связанного с персистенцией лактазы в популяциях европейского происхождения [113, 114], 0.019–0,048 для G6PD , гена, обеспечивающего устойчивость к малярии в африканских популяциях [115], 0,03–0,19 для EDAR , связанного с увеличением толщины волос на скальпе и изменением морфологии зубов у китайцев хань [116], и 0,0004–0,0023 для участков гена EGLN1 и EPAS1 , способствующих высотной адаптации тибетцев [117]. Коэффициенты отбора для генов пигментации являются одними из наиболее тщательно отобранных генов в геноме человека, что указывает на серьезное давление отбора, вызванное УФ-излучением или некоторыми другими изменениями окружающей среды в неафриканских регионах.

Хотя было идентифицировано большое количество генов, вносящих вклад в изменение цвета кожи, насколько они могут объяснить изменение цвета кожи у современных людей? Есть ли ген или вариант, который оказывает доминирующее влияние на цвет кожи? Некоторые гены могут играть важную роль в определении цвета кожи в определенных популяциях. Например, вариант со светлой кожей по rs1426654 в SLC24A5 может объяснить 22–32% дисперсии индекса меланина в Южной Азии [75] и 25–38% в популяциях афроамериканцев и афро-карибских народов [118].Кроме того, производный аллель rs642742 в KITLG может объяснить осветление кожи человека на 6-7 единиц меланина, что составляет почти 1/5 от общей разницы в отражательной способности кожи между западноафриканцами и европейцами (30 единиц меланина) [56]. Однако существует относительно больше генов и вариантов с меньшими эффектами. Один из ключевых вариантов в OCA2 , rs1800414, может объяснять около 4% вариаций пигментации в популяциях Восточной Азии [47]. В странах Южной Азии rs16891982 в SLC45A2 и rs1042602 в TYR составляют 3.Изменение цвета кожи на 6% и 2,5%, соответственно, намного меньше, чем размер эффекта rs1426654 в SLC24A5 [74]. Тип наследования пигментации кожи следует аддитивной модели или, по крайней мере, неполной аддитивной модели [16, 17, 47, 56, 75].

Эволюция цвета кожи. Государственный университет Пенсильвании

Как объясняет Яблонски, ультрафиолетовые лучи солнца, помимо повреждения клеток и других форм вреда, играют жизненно важную роль для здоровья человека: они вызывают выработку витамина D в коже.Витамин D, как большинство из нас узнали в начальной школе, имеет решающее значение для крепких костей и здоровых зубов. Более поздние исследования показывают его ценность для иммунной функции и для борьбы с некоторыми видами рака и даже сердечными заболеваниями.

В тропическом климате достаточно ультрафиолета проникает даже в темную кожу, чтобы обеспечить адекватную дозу витамина D. Однако, когда наши предки начали мигрировать, удаляясь от экваториального солнца, недостаточное количество ультрафиолета могло пройти через защитный меланин. В более высоких широтах, особенно зимой, уровень витамина D упал до такой степени, что здоровье было под угрозой.Темная кожа стала недостатком. По словам Яблонски, эволюционной реакцией стала потеря пигментации. Люди с меньшим количеством меланина в коже имели больше шансов выжить там, где не было достаточно солнечного света.

В конце 1990-х Яблонски и Чаплин нашли поддержку этой идеи в наборе спутниковых данных НАСА, которые обеспечили точную регистрацию УФ-излучения на уровне поверхности в каждой точке земного шара. Когда они сравнили эти данные с географическими записями об изменении цвета кожи, они обнаружили подавляющую степень корреляции.Цвет кожи был самым темным там, где поверхностное УФ было самым сильным, наложение было ясно видно, и самым светлым там, где поверхностное УФ было слабым.

После десяти лет раскопок они пришли к тому, что составило первую исчерпывающую теорию цвета кожи человека. То, что Яблонски называет «этой красивой радугой сепии», возникло в результате миграции людей, местных режимов ультрафиолетового излучения и потребности организма в витамине D.

«Я надеюсь, что это исследование даст людям понять, что их тела являются продуктом эволюции», — говорит Яблонски.«Мы претерпели эволюционные изменения, как и тела других существ. И эта эволюция имеет значение для нашего здоровья ».

Генетическое исследование показывает, что цвет кожи — это только кожа | Умные новости

В то время как многие обратились к науке, чтобы ложно поддержать идею биологической конструкции расы, современные исследования показали, что генетика не имеет к этому никакого отношения. Теперь, как сообщает Эд Йонг из The Atlantic , крупномасштабное исследование пигментации кожи демонстрирует, что люди со светлой и темной пигментацией кожи сосуществовали сотни тысяч лет.

Давнее предположение об эволюции цвета кожи заключалось в том, что Homo sapiens зародился в Африке с темной пигментированной кожей, полной меланина для защиты от интенсивного ультрафиолетового излучения солнца. Когда люди мигрировали из Африки, считалось, что мутации привели к более светлой коже, которая предположительно может регулировать выработку витамина D при более низких уровнях солнечного света. Но новое исследование, опубликованное в журнале Science , показывает, что эволюция цвета кожи намного сложнее.

Группа исследователей под руководством Сары Тишкофф из Пенсильванского университета и ее научного сотрудника Николаса Кроуфорда измерила пигментацию кожи у более чем 2000 генетически и этнически разных людей в Танзании, Эфиопии и Ботсване. Они проанализировали геном почти 1600 из этих людей, что позволило им идентифицировать восемь ключевых участков ДНК, связанных с пигментацией кожи.

Как сообщает Колин Баррас из New Scientist , на каждом из этих участков были генетические варианты, связанные с более светлой кожей, и варианты, связанные с более темной кожей.Семь генетических вариантов, связанных с более светлой кожей, появились не менее 270 000 лет назад, а четыре — более 900 000 лет назад. Учитывая наш вид, Homo sapiens, не эволюционировал примерно 200–300 000 лет назад, открытие предполагает, что гены, ответственные за более светлые тона кожи, присутствовали в генетическом материале наших предков-гомининов — сотни тысяч лет назад. первые люди ходили по Земле.

Исследование предполагает, что гены светлой и темной кожи более подвижны, чем мы когда-то думали.Три гена, связанных с самой темной кожей, вероятно, произошли от генов более светлых тонов кожи, сообщает Баррас, а это означает, что люди с самым темным оттенком кожи, такие как пастухи, живущие в Сахаре, могли развить эту глубокую пигментацию в процессе эволюции. недавнее прошлое.

«Люди думали, что эволюционирует просто светлая кожа», — говорит Тишкофф Баррасу. «Я думаю, что темная кожа также продолжает развиваться».

Новое исследование «добавляет неожиданной сложности» к истории цвета кожи, пишет Карл Циммер в The New York Times .«Темнокожие люди южной Индии, Австралии и Новой Гвинеи, например, не развили независимо свой цвет просто потому, что эволюция способствовала этому. Они унаследовали наследственные темные варианты, которые команда доктора Тишкофф обнаружила у африканцев», — пишет он.

Исследование также показывает вариант гена SLC24A5, связанный со светлой кожей, характерный для европейцев и жителей Ближнего Востока, который был разработан относительно недавно, всего 29 000 лет назад. Он получил широкое распространение только в последние несколько тысяч лет, даже вернувшись в Африку во время волн ближневосточной миграции.

Исследование подтверждает, что социальные конструкции расы бесполезны, когда дело доходит до генетики. «Одна из черт, которую большинство людей ассоциирует с расой, — цвет кожи — ужасный классификатор», — говорит Тишкофф Йонгу, указывая на то, что есть различия даже в темной коже. «Исследование действительно дискредитирует идею биологической конструкции расы. Нет дискретных границ между группами, которые согласуются с биологическими маркерами ».

Сторонники превосходства белых часто подрывают генетические исследования, чтобы поддержать свои собственные представления о расе.Йонг поговорил с Джедидией Карлсоном, исследователем из Мичиганского университета, не связанным с этим исследованием, который отслеживает незаконное присвоение генетических исследований. «Поскольку предполагается, что визуально различимые черты, характерные для современных европейцев, такие как светлый цвет кожи, также возникли в европейских популяциях, сторонники превосходства белой расы рассматривают эти черты как показатель превосходного интеллекта», — говорит он Йонгу.

Но, как показывает это исследование, гены светлой кожи присутствовали с самого начала.«Если бы вы побрили шимпанзе, у него была бы светлая пигментация», — говорит Тишкофф в пресс-релизе. «Поэтому логично, что цвет кожи у предков современных людей мог быть относительно светлым. Вероятно, когда мы потеряли волосы, покрывающие наши тела, и переехали из лесов в открытую саванну, нам нужна была более темная кожа. Мутации, влияющие как на светлую, так и на темную кожу, продолжали развиваться у людей даже в течение последних нескольких тысяч лет ».

генов, ответственных за разнообразие цветов кожи человека — ScienceDaily

Человеческие популяции характеризуются широкой палитрой оттенков кожи.Но до сих пор было показано, что лишь несколько генов вносят вклад в нормальную вариацию цвета кожи, и это в основном было обнаружено в ходе исследований европейского населения.

Исследование различных африканских групп, проведенное генетиками из Пенсильванского университета, выявило новые генетические варианты, связанные с пигментацией кожи. Полученные данные помогают объяснить широкий диапазон цветов кожи на африканском континенте, проливают свет на эволюцию человека и дают представление о генетических факторах риска таких состояний, как рак кожи.

«Мы определили новые генетические варианты, которые вносят свой вклад в генетическую основу одного из самых поразительно изменчивых признаков у современных людей», — сказала Сара Тишкофф, профессор интеграции знаний Пенсильвании и профессор генетики и биологии Университета Дэвида и Лин Сильфен. в Медицинской школе Перельмана и Школе искусств и наук. «Когда люди думают о цвете кожи в Африке, большинство думают о более темной коже, но мы показываем, что в Африке существует огромное количество вариаций, от кожи такой же светлой, как у некоторых азиатов, до самой темной кожи на глобальном уровне и всего, что между ними. .Мы идентифицируем генетические варианты, влияющие на эти черты, и показываем, что мутации, влияющие на светлую и темную кожу, существуют уже давно, еще до возникновения современных людей ».

Результаты опубликованы в журнале Science . Тишкофф, старший автор, сотрудничал с первым автором и сотрудником лаборатории Николасом Кроуфордом, докторантом, и многопрофильной международной командой.

Тишкофф долгое время изучал генетику африканских популяций, обращая внимание на такие черты, как рост, толерантность к лактозе, чувствительность к горькому вкусу и высотная адаптация.Цвет кожи стал интересной чертой ее опыта работы на континенте и наблюдения за разнообразием групп.

«Цвет кожи — это классическая переменная черта человека, и она считается адаптивной», — сказал Тишкофф. «Анализ генетической основы вариаций цвета кожи проливает свет на то, как развиваются адаптивные черты, в том числе те, которые играют роль в риске заболеваний».

Пигментация как светлой, так и темной кожи дает преимущества: например, считается, что более темная кожа помогает предотвратить некоторые негативные последствия воздействия ультрафиолетового света, тогда как более светлая кожа лучше способна стимулировать синтез витамина D в регионах с низким уровнем воздействия ультрафиолета. .

Чтобы объективно зафиксировать диапазон пигментации кожи в Африке, Тишкофф и его коллеги использовали измеритель цвета для измерения светоотражения кожи более 2000 африканцев из этнически и генетически разнообразных популяций. Измерения снимали с внутренней стороны руки, когда солнечное воздействие минимально. Измерения могут быть использованы для определения уровней пигмента меланина кожи. Они получили ряд измерений; Самая темная кожа наблюдалась у нило-сахарских скотоводов в Восточной Африке, а самая светлая кожа наблюдалась в популяциях охотников-собирателей сан на юге Африки.

Исследователи получили генетическую информацию от почти 1600 человек, изучив более 4 миллионов однонуклеотидных полиморфизмов в геноме, места, где код ДНК может отличаться на одну «букву». Из этого набора данных исследователи смогли провести общегеномное ассоциативное исследование и обнаружили четыре ключевые области генома, где вариации тесно коррелировали с различиями в цвете кожи.

Регион с наиболее сильными ассоциациями находился внутри и вокруг гена SLC24A5 , один вариант которого, как известно, играет роль в светлом цвете кожи у европейцев и некоторых южноазиатских популяций и, как полагают, возник более 30 000 лет назад.Этот вариант был распространен в популяциях в Эфиопии и Танзании, которые, как известно, имели происхождение из Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока, что позволяет предположить, что он был занесен в Африку из этих регионов и, исходя из его частоты, мог быть положительно выбран.

Другая область, которая содержит ген MFSD12 , имела вторую по значимости ассоциацию с пигментацией кожи. Этот ген экспрессируется на низком уровне в депигментированной коже у людей с витилиго, состоянием, при котором кожа теряет пигмент на некоторых участках.

«Я все еще помню» ах-ха! » момент, когда мы увидели, что этот ген был связан с витилиго, — сказал Кроуфорд. «Именно тогда мы узнали, что нашли что-то новое и захватывающее».

Команда обнаружила, что мутации в этом гене и вокруг него, которые были связаны с темной пигментацией, часто присутствовали в популяциях нило-сахарских предков, которые, как правило, имеют очень темную кожу, а также в популяциях к югу от Сахары, за исключением жителей Сан , у которых кожа светлее. Они также идентифицировали эти варианты, а также другие варианты, связанные с темной пигментацией кожи, в популяциях южноазиатских индейцев и австрало-меланезийцев, у которых, как правило, самая темная окраска кожи за пределами Африки.

«Происхождение таких черт, как текстура волос, цвет кожи и рост, которые характерны для некоторых коренных народов Меланезии и Австралии и некоторых африканцев к югу от Сахары, долгое время оставалось загадкой». — сказал Тишков. «Некоторые утверждали, что они независимо развили эти мутации из-за конвергентной эволюции, но наше исследование показывает, что в генах, связанных с цветом кожи, у них есть те же варианты, что и у африканцев, с темной кожей.

«Наши данные согласуются с предполагаемым событием ранней миграции современных людей из Африки вдоль южного побережья Азии в Австрало-Меланезию и вторичной миграцией в другие регионы.Однако также возможно, что существовала одна африканская исходная популяция, которая содержала генетические варианты, связанные как со светлой, так и с темной кожей, и что варианты, связанные с темной пигментацией, сохранялись только у выходцев из Южной Азии и австрало-меланезийцев и утрачивались у других евразийцев из-за естественный отбор ».

Также представляло интерес то, что генетические варианты MFSD12 , OCA2 и HERC2 , связанные со светлой пигментацией кожи, наиболее часто встречались в африканской популяции сан, которая имеет самые старые генетические линии в мире, а также в Европейцы.

MFSD12 высоко экспрессируется в меланоцитах, клетках, вырабатывающих меланин. Чтобы проверить роль гена в пигментации кожи, исследователи заблокировали экспрессию гена в клетках в культуре и обнаружили увеличение выработки эумеланина, типа пигмента, отвечающего за черный и коричневый цвет кожи, волос и глаз. Выключение гена у рыбок данио привело к потере клеток, вырабатывающих желтый пигмент. А у мышей отключение гена изменило цвет их шерсти с агути, вызванного волосками с красно-желтым пигментом, до однородного серого цвета за счет прекращения производства феомеланина, типа пигмента, который также встречается у людей.

«Помимо одного исследования, показывающего, что MFSD12 был связан с поражениями витилиго, мы мало что знали об этом, — сказал Кроуфорд, — поэтому эти функциональные тесты были действительно важны».

«Мы вышли за рамки большинства полногеномных ассоциативных исследований, чтобы провести функциональные тесты, — сказал Тишкофф, — и обнаружили, что отключение MFSD12 резко повлияло на пигментацию рыб и мышей. Это указывает на то, что это очень консервативная черта у всех видов.

«Мы не знаем точно, почему, но блокирование этого гена приводит к снижению выработки феомеланина и увеличению выработки эумеланина», — добавил Тишкофф.«Мы также показали, что у африканцев более низкий уровень экспрессии MFSD12, что имеет смысл, поскольку низкие уровни гена означают большее производство эумеланина».

Соавтор работы Майкл Маркс, профессор кафедры патологии, лабораторной медицины и физиологии Детской больницы Филадельфии и Пенсильванского университета, продемонстрировал, что ген MFSD12 влияет на пигментацию эумеланина по-новому. В отличие от других генов пигментации, которые экспрессируются в основном в меланосомах, органелле, в которой вырабатывается меланин, MFSD12 экспрессируется в лизосомах, органеллах, отличных от меланосом, которые продуцируют эумеланин.

«Наши результаты предполагают, что должна существовать какая-то еще не охарактеризованная форма перекрестного взаимодействия между лизосомами и меланосомами, которые производят эумеланины», — сказал Маркс. «Понимание того, как это работает, может дать новые идеи о способах управления пигментацией кожи в терапевтических целях.

«Кроме того, — сказал Маркс, — тот факт, что потеря экспрессии MFSD12 оказала противоположное влияние на два типа меланинов, увеличивая выработку эумеланина при подавлении феомеланина, это предполагает, что меланосомы, вырабатывающие феомеланины, могут быть более связаны с лизосомами, чем те. которые производят эумеланин.«

Дополнительные ассоциации с цветом кожи были обнаружены в генах OCA2 и HERC2 , которые были связаны с вариациями цвета кожи, глаз и волос у европейцев, хотя выявленные мутации являются новыми. Мутации в OCA2 также вызывают форму альбинизма, которая чаще встречается у африканцев, чем у других популяций. Исследователи наблюдали генетические варианты в соседнем гене HERC2 , который регулирует экспрессию OCA2 .В пределах OCA2 они идентифицировали вариант, распространенный у европейцев и San, который связан с более короткой версией белка с измененной функцией. Они наблюдали сигнал балансирующего отбора OCA2 , что означает, что две разные версии гена сохраняются, в данном случае более 600000 лет.

«Это говорит нам, — сказал Тишкофф, — что, вероятно, существует некоторая селективная сила, поддерживающая эти два аллеля. Вероятно, что этот ген играет роль в других важных аспектах физиологии человека.«

Последняя генетическая область, которая, как выяснили исследователи, связана с пигментацией кожи, включала гены, которые играют роль в реакции на ультрафиолетовое излучение и риске меланомы. Главным геном-кандидатом в этой области является DDB1 , участвующий в репарации ДНК после воздействия ультрафиолетового света.

«Африканцы не очень часто болеют меланомой», — сказал Тишкофф. «Варианты рядом с этими генами наиболее высоки в популяциях, которые живут в районах с наивысшей интенсивностью ультрафиолетового излучения, поэтому имеет смысл, что они могут играть роль в защите от ультрафиолета.«

Мутации, идентифицированные командой, играют роль в регуляции экспрессии DDB1 и других близлежащих генов.

«Хотя мы еще не знаем механизма, с помощью которого DDB1 влияет на пигментацию, интересно отметить, что этот ген, который является высококонсервативным у разных видов, также играет роль в пигментации растений, таких как помидоры», — сказал Тишков.

Команда увидела доказательства того, что эта область генома была сильной мишенью естественного отбора за пределами Африки; мутации, связанные со светлым цветом кожи, достигли почти 100-процентной частоты у неафриканцев, что является одним из немногих примеров «выборочной зачистки» у всех евразийцев; возраст селективной зачистки оценивался примерно в 60 000–80 000 лет, примерно во время миграции современного человека из Африки.

Еще один вывод из этой работы — более широкая картина эволюции цвета кожи у людей. Большинство генетических вариантов, связанных со светлой и темной пигментацией из исследования, по-видимому, возникли более 300000 лет назад, а некоторые возникли примерно 1 миллион лет назад, задолго до появления современных людей. Более старая версия этих вариантов во многих случаях была связана с более светлой кожей, предполагая, что, возможно, у людей была умеренно пигментированная кожа, а не темная пигментация.

«Если бы вы побрили шимпанзе, у него была бы светлая пигментация», — сказал Тишкофф, — «поэтому логично, что цвет кожи у предков современных людей мог быть относительно светлым. тела и переместились из лесов в открытую саванну, нам нужна была более темная кожа. Мутации, влияющие как на светлую, так и на темную кожу, продолжали развиваться у людей даже в течение последних нескольких тысяч лет ».

Тишкофф отметил, что работа подчеркивает разнообразие африканских популяций и отсутствие поддержки биологических представлений о расе.

«Многие из генов и новых генетических вариантов, которые, как мы определили, связаны с цветом кожи, возможно, никогда не были обнаружены за пределами Африки, потому что они не так сильно изменчивы», — сказал Тишкофф. «В Африке так много разнообразия, которое не всегда ценится. Не существует такой вещи, как африканская раса. Мы показываем, что цвет кожи на африканском континенте чрезвычайно изменчив и что он все еще развивается. Кроме того, в большинстве случаев генетические варианты связаны со светлой кожей возник в Африке.«

Цвет волос и кожи | DermNet NZ

Автор: Ванесса Нган, штатный писатель

Различия в цвете кожи и волос человека являются одними из наиболее заметных черт человеческой изменчивости. Цвет кожи и волос человека указывает на его происхождение и происхождение. Цвет кожи и волос в первую очередь определяется генами, которые мы унаследовали от наших родителей. Но что делает черную кожу и рыжие волосы?

Генетика и эволюция цвета волос и кожи

Цвет или пигментация кожи определяется тремя пигментами или хромофорами:

• Меланин — коричневый / черный или красный / желтый полимер, продуцируемый меланосомами в клетках меланоцитов
• Гемоглобин в эритроцитах в поверхностной сосудистой сети
• Пищевые каротиноиды (например,грамм. морковь) — в гораздо меньшей степени и часто имеет желтый цвет на ладонях

Цвет кожи

Содержание меланина в коже является основным определяющим фактором цвета кожи и волос; волосы считаются формой кожи в отношении пигментации. Меланин синтезируется меланосомами, находящимися в клетках кожи, называемых меланоцитами.

Темная кожа у вас или светлая, зависит от количества и типа меланина, вырабатываемого вашей кожей. Существует два типа меланина, и относительное количество каждого из них определяет цвет вашей кожи и волос.

• Эумеланин отвечает за производство коричневого или черного цвета
• Феомеланин отвечает за желтый или красный цвет.

В приведенной выше таблице дается очень упрощенное объяснение определения цвета кожи и волос.В этом участвуют многие другие факторы, в том числе генный белок, называемый рецептором меланокортина 1 (MC1R).

Повышенная активность MC1R приводит к выработке большего количества эумеланина и меньшего количества феомеланина, что приводит к потемнению кожи и волос. Люди с нарушенными генами MC1R, как правило, имеют рыжие волосы и светлую кожу с веснушками. Эта мутация гена увеличивает риск рака кожи, особенно меланомы.

Изменения в активности генов, связанные с окрашиванием кожи и волос, происходят с момента эволюции человечества.Миграция и перемещение людей по континентам означали, что цвет кожи менялся быстро и легко в соответствии с адаптацией к новой среде.

Вариации цвета кожи и волос

Мы не только видим различия в цвете кожи и волос между людьми, но иногда мы видим различия в цвете между разными частями нашего тела. Цвет волос может меняться как по времени, так и по месту. Например, волосы на коже головы могут быть светлыми у ребенка, затем темнеют до коричневого в подростковом возрасте и в конечном итоге становятся белыми в старости.И почему у человека волосы на коже головы могут быть черными или темно-коричневыми, а волосы на лице или лобке — красными? Это разнообразие объясняется рядом факторов.

Ультрафиолетовое излучение

Воздействие на кожу солнечного света (ультрафиолетовое излучение) увеличивает выработку меланина и может привести к более темному цвету кожи (загар). Многократное воздействие УФ-излучения со временем может привести к потемнению кожи и цвета волос. Воздействие солнца также может вызвать появление коричневых пятен и веснушек, особенно у людей со светлой кожей.

Нарушения пигментации

Нарушения пигментации могут приводить к генерализованной или локальной гиперпигментации (усиление цвета кожи) и гипопигментации (снижение цвета кожи). Повышение уровня меланина (гиперпигментация или гипермеланоз) может быть связано с увеличением количества пигментных клеток (меланоцитов) или с повышенной выработкой меланина. В то время как снижение уровня меланина приводит к появлению бледных пятен (гипопигментация или гипомеланоз) и полной потере меланина в белых пятнах (лейкодермия).

Пол, возраст и местонахождение

Количество меланоцитов, количество и тип продуцируемого меланина могут зависеть от места расположения тела, возраста и пола следующим образом:

• Различные участки тела запрограммированы на разное количество меланоцитов и конститутивное производство меланина.
• Количество и тип производства меланина зависят от возраста и пола. У детей кожа обычно светлее, чем у взрослых, а у женщин светлее, чем у мужчин.
• Меланоциты волос и кожи могут проявлять некоторую независимость.Кожа может быть сильно пигментирована, а волосы менее пигментированы, хотя это также может зависеть от участка тела.

Седание волос

Седеют волосы, которые беспокоят многих. Поседение отчасти связано с наследственной особенностью и старением.

• Если ваши родители страдают от преждевременной седины (седые волосы появляются в возрасте 20-30 лет), скорее всего, вы поседеете раньше, чем позже.
• Независимо от унаследованных генов, у большинства людей с возрастом появляются признаки поседения.Вероятность поседеть увеличивается на 10-20% каждые десять лет после 30 лет.
• С возрастом активность меланоцитов замедляется и в конечном итоге прекращается, так что меланин (пигмент, придающий цвет волосам) больше не вырабатывается. Новые волосы растут бесцветными, и это прозрачные волосы, которые создают вид седых волос на фоне более здоровых темных волос.
• В некоторых случаях седые волосы могут быть вызваны дефицитом B12 или дисбалансом щитовидной железы.
• Седые волосы более заметны у людей с более темными волосами, потому что они выделяются, но люди со светлыми от природы волосами с такой же вероятностью поседеют.

Генетические факторы, ответственные за пигментные вариации, требуют дальнейшего изучения. Лучшее понимание MC1R и других генов будет иметь большое значение для объяснения различий в цвете кожи и волос в человеческих популяциях.

Цвет кожи — обзор

5.4 Механизмы токсичности: пигментация

На цвет кожи и волос может влиять присутствие гемоглобина и каротиноидов, но в первую очередь это связано с наличием меланоцитов, которые синтезируют пигменты меланина.Есть два основных типа меланина, которые влияют на цвет кожи: эумеланин, который является коричнево-черным, и феомеланин, который придает красно-желтую пигментацию. Меланоциты экспортируют меланин в меланосомах (меланинсодержащие гранулы) в соседние кератиноциты для распределения в верхние слои кожи или от луковицы к стержню волоса. Количество, размер, состав, плотность и распределение меланосом в первую очередь ответственны за изменения пигментации, тогда как количество меланоцитов остается относительно постоянным.Многие внутренние факторы также могут влиять на пигментацию кожи, воздействуя на меланоциты. К ним относятся генетические факторы и эпигенетические факторы, происходящие из кератиноцитов (например, bFGF, α-MSH, PAR2), дермальные фибробласты (например, DKK1, TGF-β1, bFGF, HGF, SCF), эндокринные и нервные факторы (например, оксид азота, α-MSH) и системное воспаление (например, простагландины, лейкотриены, тромбоксаны, IL1, IL6).

Исследования мутантов по окраске шерсти мышей выявили более 300 генов, которые могут влиять на цвет кожи и волос.Рецептор меланокортина-1 (MC1R) считается основным определяющим фактором фенотипа пигмента. Альфа-меланоцит-стимулирующий гормон (α-МСГ) и адренокортикотропный гормон (АКТГ) являются основными агонистами MC1R, которые действуют, увеличивая эумеланин за счет повышения уровня цАМФ. Синтез меланина контролируется ферментами тирозиназы (TYR), которые инициируют синтез меланина, катализируя окисление L-тирозина. Активность TYR опосредуется главным образом TYR-связанным белком 1 (TRP1) и допахромовой таутомеразой (TRP2).

На пигментацию кожи также могут влиять внешние факторы, такие как ультрафиолетовое излучение (УФР). Кожа является основным барьером для воздействия окружающей среды и вредных раздражителей, а способность меланоцитов поглощать УФ-излучение вносит значительный вклад в защитные механизмы кожи. UVA (320–400 нм) и особенно UVB (280–320 нм) способны проникать через кожу и стимулировать пигментацию меланина. Следовательно, степень пигментации, которая является отражением степени обеспечиваемой фотозащиты, называется «фототипом» кожи и может использоваться в качестве предиктора фотостарения и фотоканцерогенеза, когда люди с более светлой кожей подвергаются более высокому риску.

Нарушения пигментации можно классифицировать как гиперпигментацию или гипопигментацию, которые могут включать или не включать изменения в количестве меланоцитов. В крайнем случае полное отсутствие пигментации, называемое альбинизмом, является результатом генетических мутаций. Однако чаще пигментные изменения связаны с вариациями количества меланина в коже или волосах (то есть клинически описываются как нормохромия, гиперхромия и гипохромия), хотя иногда могут быть вовлечены отложения лекарств или металлов.

Нарушения пигментации кожи, вызванные лекарственными препаратами, которые могут составлять 10–20% приобретенных случаев гиперпигментации у людей, представляют особый интерес для патологоанатомов-токсикологов. К расстройствам пигментации причастны многочисленные лекарственные средства, включая нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП), противомалярийные средства (например, хлорохин, хинин), антипсихотические препараты (например, хлорпромазин, фенотиазин), противосудорожные средства (например, фенитоин), амиодарон, тетрациклины, цитотоксические препараты (например,например, циклофосфамид, бусульфан, блеомицин, адриамицин) и тяжелые металлы. Механизмы нарушения пигментации зависят от типа возбудителя. Например, некоторые лекарства могут реагировать с меланином с образованием комплексов лекарство-пигмент, что может усугубляться стимуляцией синтеза меланина солнечным светом. Другие типы лекарств могут либо накапливаться в коже, либо связываться с другими компонентами кожи, кроме меланина. Острые или хронические воспалительные процессы могут привести к неспецифической поствоспалительной гипопигментации или гиперпигментации за счет высвобождения множества медиаторов, включая цитокины и факторы роста, которые могут вызывать аберрантный меланогенез.

Точные механизмы, участвующие в поствоспалительной гипопигментации, не совсем понятны, но считается, что они являются результатом ингибирования меланогенеза, а не явного разрушения меланоцитов (хотя в некоторых случаях сильное воспаление может привести к разрушению и потере меланоцитов с перманентным пигментом. менять). С другой стороны, тяжелые металлы могут откладываться в дерме, способствуя изменению пигментации по механизму, отличному от механизма, связанного с меланином (см. Heavy Metals, Chapter 41 ).

Доклинические исследования токсичности проводятся для определения токсикологического потенциала лекарств-кандидатов до введения людям с целью оценки и смягчения потенциальных неблагоприятных клинических эффектов. Наблюдение за нарушениями пигментации может случайно проявиться при рутинных исследованиях токсичности или при разработке конкретных моделей на животных. Например, хлорохин продемонстрировал отчетливое сродство к глазному меланину, включая обратимые гидрофобные или электростатические взаимодействия, на основании исследований на пигментированных и непигментированных (альбиносах) крысах.Введение экспериментального ингибитора агрегации тромбоцитов, PD-89454, вызвало непреднамеренную потерю цвета нормально пигментированных участков носа, губ, век и слизистой оболочки рта у собак породы бигль. Снижение меланина было продемонстрировано в меланоцитах и ​​кератиноцитах при окрашивании по Фонтана-Массон, и ультраструктурно меланоциты выглядели круглыми или глобоидными, с меньшим количеством дендритных отростков и меньшим количеством меланосом с неполной пигментацией.

Помимо нежелательных побочных эффектов системных препаратов, многие усилия по разработке лекарств целенаправленно преследовали цель гипопигментации для косметического осветления кожи.Для уменьшения пигментации нацелены многочисленные механизмы, в том числе ингибирование тирозиназы, TRP1 и TRP2 (посредством подавления фактора транскрипции, связанного с микрофтальмией), усиление убиквитинирования тирозиназы, снижение активности MC1R, ингибирование цАМФ (противовоспалительные средства), вмешательство в перенос меланосом или созревание и высвобождение токсичных промежуточных продуктов синтеза меланина.

Метимазол (MMI) — это антитиреоидный агент, который является ингибитором тирозиназы и может подавлять меланогенез.Местное нанесение MMI на кожу ушей коричневых морских свинок привело к депигментации, которая морфологически характеризуется измененной формой и большим размером меланоцитов, потерей дендритов, увеличением толщины оставшихся дендритов и, в некоторых областях, уменьшением количества меланоцитов.