Цвет кожи — это сложный признак. На него влияют сотни вариантов генов, и он зависит от многих эволюционных адаптаций. Одна из самых известных — это реакция на ультрафиолет. Считается, что более темные тона кожи, преобладающие в экваториальных регионах, служат природным солнцезащитным кремом, эволюционировавшим на протяжении тысячелетий, чтобы защитить эти группы населения от интенсивного ультрафиолетового излучения. И наоборот, более светлая пигментация, наблюдаемая у населения, расположенного ближе к полюсам, представляет собой адаптацию, призванную снизить риски недостаточного пребывания на солнце за счет максимизации выработки витамина D, вызванной воздействием ультрафиолета.

Предыдущие исследования, касавшиеся генетических вариаций, влияющих на пигментацию кожи, преимущественно концентрировались на людях из европейских популяций. В новой работе авторы решили сосредоточиться на представителях африканских стран, поскольку среди них тоже наблюдается высокая вариация оттенков кожи. Например, коренные жители континента бушмены обладают гораздо более светлым оттенком кожи, чем многие другие народы Африки. 

"Несмотря на обильное генетическое разнообразие среди африканских популяций, они исторически были недостаточно представлены в генетических исследованиях, — говорит старший автор Сара Тишкофф, профессор Пенсильванского университета. — Наши результаты предлагают новую информацию о генетической основе и эволюционной истории разнообразия цвета кожи, способствуя более четкому описанию эволюции человека".

"Подход включал полногеномные исследования ассоциаций цвета кожи более чем 1500 человек из Восточной и Южной Африки, а также сканирование генома для выявления генетических вариантов, которые сильно различаются между слабопигментированной популяцией бушменов, говорящих на языке Кхосан, и другими темнопигментированными африканцами", — говорит Юаньцин Фэн, первый автор статьи.

Бушмены имеют относительно более светлую пигментацию по сравнению с другими африканскими популяциями и обладают древнейшими генетическими линиями среди людей. Хотя предполагается, что светлый цвет кожи может быть результатом адаптации к окружающей среде юга Африки, ее генетические основы остаются неуловимыми. Ученые определили несколько важных регуляторных вариантов рядом с генами MITF, LEF1 и TRPS1, которые способствуют адаптации цвета кожи, наблюдаемой у представителей бушменов.

Исследователи отмечают, что пигментация — это сложный признак, на который влияют сотни вариантов, разбросанных по геному. Большинство из них находятся в некодирующих областях, которые могут влиять на экспрессию генов, расположенных на огромном расстоянии от них. Множество мутаций, связанных с цветом кожи, и неопределенность в отношении генов-мишеней, регулируемых этими мутациями, делают особенно трудным поиск точных генетических механизмов, управляющих этой чертой. В основе исследования лежит функциональная геномика, то есть изучение функций и взаимодействия генов. Проанализировав несколько десятков вариантов генов-кандидатов, авторы работы выделили 165 генов, которые могут влиять на гены-мишени и играть роль в пигментации кожи. 

"MITF, LEF1 и TRPS1 участвуют в сигнальных путях, регулирующих как дифференцировку меланоцитов (специализированных клеток кожи, вырабатывающих пигмент меланин), так и развитие волос, — говорит Тишкофф. — Это говорит о том, что варианты, влияющие на более светлую пигментацию кожи, наблюдаемую у бушменов, также могут способствовать их отличительной морфологии волос". 

Примечательно, что вариант, близкий к TRPS1, связанный с более светлым цветом кожи, встречается почти со 100% частотой у бушменов и у большинства неафриканцев, тогда как вариант, связанный с более темным цветом кожи, распространен в большинстве других африканских народностей и в темнопигментированной меланезийской популяции — яркий пример глобальной адаптации к воздействию ультрафиолета".

Кроме того, исследователи обнаружили новый ген, влияющий на пигментацию кожи человека, CYB561A3, который регулирует гомеостаз железа и влияет на уровень меланина в меланоцитарных клетках. "Насколько нам известно, о роли CYB561A3 в пигментации кожи ранее не сообщалось. Интересно, что были сообщения о связи внутривенного введения железа с гиперпигментацией кожи. Учитывая, что CYB561A3 кодирует редуктазу железа, мне интересно узнать о роли этого белка в процессе", — говорит Тишкофф.

"Наши результаты подчеркивают сложность генетических факторов, влияющих на цвет кожи, и преимущества включения в научные работы этнически разнообразных и недостаточно представленных групп населения, — говорит она. — Проведение функциональных исследований влияния некодирующих вариантов улучшит наше понимание генетики, лежащей в основе сложных человеческих черт и риска заболеваний".

Исследование было опубликовано в Nature Genetics.