Unzähligen Schülern wurde beigebracht, dass ein einzelnes Gen die Augenfarbe steuert, wobei das Allel für braune Augen gegenüber Blau dominiert. Wissenschaftler erkennen jetzt, dass ein solches Modell zu simpel und falsch ist.

Was Sie wissen müssen:

• DNA liefert die Menge von Genen oder Genen, die von Zellen verwendet werden, um tägliche Funktionen auszuführen und mit der Umwelt zu interagieren.
• Die Augenfarbe wurde traditionell als einzelnes Genmerkmal beschrieben, wobei braune Augen gegenüber blauen Augen dominant waren.
• Heute haben Wissenschaftler herausgefunden, dass mindestens acht Gene die endgültige Augenfarbe beeinflussen. Die Gene steuern die Menge an Melanin in spezialisierten Zellen der Iris.
• Ein Gen, OCA2, kontrolliert fast drei Viertel des blau-braunen Farbspektrums. Andere Gene können jedoch die OCA2-Anweisung außer Kraft setzen, wenn auch selten. Dieses multifaktorielle Modell für die Augenfarbe erklärt die meisten genetischen Faktoren, die die Augenfarbe beeinflussen.

Einleitung
1907 entwickelten Charles und Gertrude Davenport ein Modell für die Genetik der Augenfarbe. Sie schlugen vor, dass die braune Augenfarbe immer die blaue Augenfarbe dominiert. Dies würde bedeuten, dass zwei blauäugige Eltern immer blauäugige Kinder hervorbringen würden, niemals solche mit braunen Augen.

In den letzten 100 Jahren wurde diese Version der Augenfarbengenetik in Klassenzimmern auf der ganzen Welt unterrichtet. Es ist eines der wenigen genetischen Konzepte, an die sich Erwachsene oft aus ihrem Biologieunterricht an der High School oder am College erinnern. Leider ist dieses Modell zu simpel und falsch – die Augenfarbe wird tatsächlich von mehreren Genen gesteuert. Darüber hinaus beeinflussen viele der Gene, die an der Augenfarbe beteiligt sind, auch Haut- und Haartöne. In dieser Ausgabe von Biotech Basics werden wir die Wissenschaft hinter der Pigmentierung erforschen und die Genetik der Augenfarbe diskutieren. In einer zukünftigen Ausgabe werden wir genetische Faktoren diskutieren, die zur Haut- und Haarfarbe beitragen.

Eine Grundierung zur Pigmentierung
Die Farbe der menschlichen Augen, Haut und Haare wird hauptsächlich durch die Menge und Art eines Pigments namens Melanin gesteuert. Spezialisierte Zellen, die als Melanozyten bekannt sind, produzieren das Melanin und speichern es in intrazellulären Kompartimenten, die als Melanosomen bekannt sind. Die Gesamtzahl der Melanozyten ist für alle Menschen ungefähr gleich, jedoch variiert der Melaninspiegel in jedem Melanosom und die Anzahl der Melanosomen in einem Melanozyten. Die Gesamtmenge an Melanin bestimmt den Bereich der Haar-, Augen- und Hautfarben.

Es gibt eine Reihe von Genen, die an der Produktion, Verarbeitung und dem Transport von Melanin beteiligt sind. Einige Gene spielen eine wichtige Rolle, während andere nur einen geringen Beitrag leisten. Bis heute haben Wissenschaftler über 150 verschiedene Gene identifiziert, die die Haut-, Haar- und Augenpigmentierung beeinflussen (eine aktualisierte Liste finden Sie unter http://www.espcr.org/micemut/). Eine Reihe dieser Gene wurden aus der Untersuchung genetischer Störungen beim Menschen identifiziert. Andere wurden durch vergleichende genomische Studien der Fellfarbe bei Mäusen und Pigmentmuster bei Fischen entdeckt. (Ein früherer Biotech101-Artikel, der einen Überblick über die vergleichende Genomik bietet, finden Sie hier.) abbildung eins

Gene für die Augenfarbe
Beim Menschen wird die Augenfarbe durch die Lichtmenge bestimmt, die von der Iris reflektiert wird, einer Muskelstruktur, die steuert, wie viel Licht in das Auge gelangt. Der Bereich der Augenfarbe, von blau über haselnussbraun bis braun (siehe Abbildung eins), hängt von der Menge des Melaninpigments ab, das in den Melanosom „Paketen“ in den Melanozyten der Iris gespeichert ist. Blaue Augen enthalten minimale Mengen an Pigment in einer kleinen Anzahl von Melanosomen. Iris aus grün-haselnussbraunen Augen zeigt moderate Pigmentspiegel und Melanosomenzahl, während braune Augen das Ergebnis hoher Melaninspiegel sind, die in vielen Melanosomen gespeichert sind (siehe Abbildung zwei, links).

Bisher wurden acht Gene identifiziert, die die Augenfarbe beeinflussen. Das OCA2-Gen, das sich auf Chromosom 15 befindet, scheint eine wichtige Rolle bei der Kontrolle des braun / blauen Farbspektrums zu spielen. OCA2 produziert ein Protein namens P-Protein, das an der Bildung und Verarbeitung von Melanin beteiligt ist. Personen mit OCA2-Mutationen, die die Produktion von P-Protein verhindern, werden mit einer Form von Albinismus geboren. Diese Personen haben sehr helle Haare, Augen und Haut. Nicht-krankheitsverursachende OCA2-Varianten (Allele) wurden ebenfalls identifiziert. Diese Allele verändern den P-Proteinspiegel, indem sie die Menge der erzeugten OCA2-RNA steuern. Das Allel, das zu einem hohen P-Proteinspiegel führt, ist mit braunen Augen verbunden. Ein anderes Allel, das mit blauer Augenfarbe assoziiert ist, reduziert die P-Proteinkonzentration dramatisch.

An der Oberfläche klingt das wie das dominante / rezessive Augenfarbenmodell, das seit Jahrzehnten im Biologieunterricht gelehrt wird. Während jedoch etwa drei Viertel der Augenfarbvariation durch genetische Veränderungen in und um dieses Gen erklärt werden können, ist OCA2 nicht der einzige Einfluss auf die Farbe. Eine kürzlich durchgeführte Studie, die die Augenfarbe mit dem OCA2-Status verglich, zeigte, dass 62 Prozent der Personen mit zwei Kopien des blauäugigen OCA2-Allels sowie 7,5 Prozent der Personen mit den braunäugigen OCA2-Allelen blaue Augen hatten. Eine Reihe anderer Gene (wie TYRP1, ASIP und ALC42A5) funktionieren ebenfalls im Melaninweg und verschieben die Gesamtmenge an Melanin, die in der Iris vorhanden ist. Die kombinierten Bemühungen dieser Gene können den Melaninspiegel erhöhen, um haselnussbraune oder braune Augen zu produzieren, oder das Gesamtmelanin reduzieren, was zu blauen Augen führt. Dies erklärt, wie zwei Eltern mit blauen Augen grün- oder braunäugige Kinder haben können (eine unmögliche Situation unter dem Davenport–Einzelgenmodell) – die Kombination von Farballelen, die das Kind erhielt, führte zu einer größeren Menge an Melanin als jeder Elternteil einzeln besaß.

Als Randnotiz, während es eine große Variabilität in der Augenfarbe gibt, existieren andere Farben als Braun nur bei Individuen europäischer Abstammung. Afrikanische und asiatische Bevölkerung sind in der Regel braunäugig. Im Jahr 2008 veröffentlichte ein Forscherteam, das das OCA2–Gen untersuchte, Ergebnisse, die zeigten, dass das mit blauen Augen assoziierte Allel nur innerhalb der letzten 6.000 bis 10.000 Jahre in der europäischen Bevölkerung auftrat.

Pigmentforschung bei HudsonAlpha
Dr. Greg Barsh, ein Arzt und Wissenschaftler, der kürzlich der HudsonAlpha-Fakultät beigetreten ist, und sein Labor untersuchen Schlüsselaspekte der Zellsignalisierung und der natürlichen Variation, um menschliche Krankheiten besser zu verstehen, zu diagnostizieren und zu behandeln. Insbesondere hat sich seine Arbeit auf Pigmentstörungen konzentriert. Er hat Mutationen untersucht, die leicht beobachtbare Merkmale beeinflussen — wie Variationen in Augen—, Haar- oder Hautfarben – als Wegweiser für komplexere Prozesse wie Diabetes, Fettleibigkeit, Neurodegeneration und Melanom, die schwerwiegendste Form von Hautkrebs.

– Dr. Neil Lamb
Direktor für Bildungsarbeit
HudsonAlpha Institut für Biotechnologie