Hud-, hår- och ögonfärgens genetik

Genetiken bakom färgen på vår hud, vårt hår och våra ögon har länge varit ett mysteriumen nu börjar allt fler bitar falla på plats.

Melanin
Huden, håret och ögonen får sin färg av ett färgämne (pigment) som heter melanin. Grovt sett finns det av två typer: mörkt melanin och rödaktigt melanin.

För att förstå kroppsfärgens genetik måste vi veta lite om hur dessa färgämnen bildas och hamnar på rätt plats:

Melanin tillverkas och förvaras i speciella membranbubblor i cellerna, som kallas melanosomer. Dessa bildas i sin tur i särskilda celler, kallade melanocyter. Via långa utskott kan melanocyterna distribuera melanosomer till andra celler i kroppen.

Hundratals olika proteiner är inblandade i att tillverka melanin, bilda melanosomer och transportera dessa till andra celler. För mer än hundra av dem vet man att mutationer som slår ut proteinets gen leder till albinism, dvs till att man helt saknar melanin.

Däremot tycks det bara vara ett fåtal av dessa gener där olika varianter bidrar till den ”normala” variationen i hud- hår och ögonfärg mellan olika individer och olika folkgrupper.

Gener som påverkar hudfärg
Hittills har forskarna hittat sex gener, som de bestämt vet bidrar till den normala variationen av hudfärg:

TYR beskriver enzymet tyrosinas, som utför de två första stegen i syntesen av melanin. Man vet att genen finns i två varianter, associerade med mörkare och ljusare hudfärg, men man vet inte om skillnaden sitter i genens styrsekvens (och därigenom påverkar mängden av enzym) eller om den sitter i själva beskrivningen av proteinet (och påverkar dess effektivitet).

MATP beskriver ett protein som spelar en viktig roll då tyrosinasenzymet processas och transporteras inne i melanocyten. Även denna gen finns i två varianter, en associerad med ljusare och en med mörkare hud.

SLC24A5  beskriver ett protein i melanosomens membran som transporterar kalcium-joner, och därmed påverkar miljön inne i melanosomen, på ett sätt som i sin tur påverkar produktionen av melanin. Här vet forskarna exakt vad som skiljer den genvariant som bidrar till ljusare respektive mörkare hud: Mitt inne i den del av proteinet som passerar genom membranet har den ursprungliga genvarianten (som är associerad med mörkare hud) en beskrivning av den oladdade, vattenhatande, aminosyran alanin. I den genvarianten som är associerad med ljusare hud har denna bytts ut mot en beskrivning av den polära, vattenälskande, aminosyran treonin. Uppenbarligen påverkar den vattenälskande aminosyran proteinets struktur inne i membranet så att det blir sämre på att stimulera melaninsyntesen vilket ger ljusare hud.

Även OCA2-genens  protein sitter i melanosomens membran. Detta transporterar olika joner på ett sätt som påverkar melanosomens pH, vilket också reglerar produktionen av melanin. Även denna gen finns i två varianter, en associerad med mörkare och en med ljusare hy.

MC1R beskriver en receptor för ett hormon, som säger åt melanocyter att öka produktionen av mörkt melanin, vilket minskar den relativa mängden av rödaktigt melanin. Eftersom melanin skyddar huden för solens skadliga UV-strålning ökar produktionen av detta hormon om man utsätts för UV-ljus. Detta leder till att man blir solbränd. Den ursprungliga genvarianten (som är associerad med mörkare hy) beskriver en effektiv receptor. Men ett antal olika mutationer i själva beskrivningen av receptorn har lett till receptorer som är dåliga på att skicka signal inåt. Detta leder inte bara till ljus hy, utan också till att man får rött eller rödaktigt hår och svårt att bli solbränd.

ASIP beskriver ett protein som kan binda till denna receptor och hindra dess hormon från att binda in. Skillnaden mellan genvariant som är associerad med mörk hy och den som är associerad med ljus hy ligger i genens styreskvens. Ju mer man tillverkar av proteinet, desto ljusare blir rimligen huden.

Varför olika hudfärg?
Hur kommer det sig då att det naturliga urvalet drivit fram olika hudfärg i olika delar av världen?

Anledningen till att vi över huvud taget behöver pigment i huden antas vara att melanin fångar upp solens UV-strålning. Därmed skyddas vårt DNA och andra molekyler i cellerna från att skadas, vilket minskar risken för cancer. Allt tyder på att människan i begynnelsen hade mycket melanin och därmed mörk hud och att somliga folkgrupper utvecklat ljusare hy som en anpassning till nya miljöer.

Forskarna tror att nyckelfaktorn varit vårt behov av vitamin D. Den färdiga varianten av detta vitamin finns nämligen i stor mängd i den kost man tror att jägare och samlare åt. Men människor som huvudsakligen lever på spannmål får bara ett förstadium till detta vitamin som omvandlas till det färdiga vitaminet av just UV-ljus.

Man tror alltså att jordbrukande folk har utsatts för en selektion att pressa tillbaka melanin-mängden till precis den nivå som gör det möjligt att bilda tillräckligt mycket vitamin D även under vintern. Eftersom solskenet avtar med avståndet till ekvatorn har därför spannmålsätande folk blivit allt ljusare, ju längre från ekvatorn de bosatt sig.

Jämförelser mellan olika folkgrupper
Forskare har då frågat sig om ljus hy utvecklats en gång, och sedan spridit sig över världen. Eller om det varit frågan om en konvergent evolution, där olika folkgrupper oberoende av varandra och på olika sätt utvecklat ljus hy. För att svara på den frågan har forskare undersökt frekvensen av de olika genvarianterna hos fem av dessa sex gener hos 55 olika folkgrupper med ursprung från världens alla hörn.

För två av generna (OSIP och OCA2) fann forskarna att både ”mörk” och ”ljus” genvariant fanns hos alla de undersökta folkgrupperna men i olika frekvens. De mörka varianterna av bägge generna var vanliga hos människor från Afrika söder om Sahara, medan de ljusa varianten av generna var vanliga i Europa och västra Asien. Detta innebär rimligen att bägge generna redan tidigt i människans historia funnits i två varianter och att bägge dessa varianter fanns hos den grupp människor som för ungefär hundra tusen år sedan utvandrade ur Afrika. Olika selektiva tryck i olika delar av världen har sedan påverkat frekvensen av genvarianterna på skilda sätt.

För tre av generna (TYR, MATP och SLC24A5) ser man dock ett dramatiskt annorlunda mönster. I stort sett alla människor i alla folkgrupper med ursprung i Afrika söder om Sahara, Oceanien, östra Asien och Amerika har den genvariant som är förknippad med mörk hud. Medan den genvariant som gör huden ljusare är vanlig i folkgrupper från Europa och västra Asien/Mellanöstern. Här tycks alltså de "ljusa" genvarianterna ha uppkommit långt efter det människan började spridas över världen, först efter separationen mellan dem som vandrat mot Europa/västra Asien och dem som hamnat i östra Asien, Oceanien och Amerika.

Dessa tre gener har med andra ord varit viktiga då ljus hy utvecklats i Europa och västra Asien. Däremot kan de inte bidra till att förklara den ljusa hyn i östra Asien. Det måste därför finnas några andra gener som forskarna ännu inte har hittat, som spelat motsvarande roll då ljus hy utvecklats i östra Asien.

Slutsatsen blir att ljus hy utvecklats på minst två ställen oberoende av varandra: östra Asien och Västasien/Europa. Detta passar väl ihop med teorin att ljus hy utvecklats för att göra det möjligt för spannmålsätare att bilda tillräckligt mycket vitamin D. 

Ögonfärg
Ögonfärgen beror på mängden melanin i iris: Har man mycket melanin kommer det mesta ljus som träffar iris att absorberas. Man upplevs ha mörka, bruna ögon. Har man mindre melanin kommer mer ljus att reflekteras, och ögonen tycks vara blåa. Gröna ögon tycks ha mellanhöga halter melanin.

Av någon anledning spelar just OCA2-genen mycket stor roll för att avgöra melaninhalten i iris. Ungefär 75% av den variation man ser mellan olika människors ögonfärg beror på vilken variant man har av denna gen. Som tidigare nämnts beskriver denna gen en jontransportör som påverkar pH i melanosomen. Den genvariant som åstadkommer en vattenälskande aminosyra mitt i den del av proteinet som sitter i membranet leder till att mindre melanin bildas.

Vilka gener som står för de återstående 25% av variantionen är oklart. Så även om brun ögonfärg ofta beter sig som en mendelianskt dominant egenskap, gör den inte alltid det.
 
Hårfärg
Hårfärgen bestäms av melanocyter, som sitter i bottnen av hårfolliklar, och distribuerar melanin till de celler, som bildar själva håret. Ju mer mörkt melanin dessa levererar, desto mörkare hår.

Flera av de gener som påverkar hudfärgen påverkar därmed också hårfärgen, men kanske är även andra gener inblandade. Med ett undantag vet man dock ännu inte exakt vilka dessa gener är. Undantaget är MC1R, där som redan nämnt att ett antal mutationer ger upphov till rött hår genom att försämra funktionen hos en receptor, som fångar upp signaler, som säger åt melanocyter att styra över produktionen mot mörkt melanin. Detta leder till att rött melanin hos dessa personer kommer att dominera.

Henrik Brändén
Mars 2007
Källor: Mol biol Evol 24:710 (2007); Databasen Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM); New Scientist 070310

Årsredovisning 2015

Läs mer »