D’innombrables étudiants ont appris qu’un seul gène contrôle la couleur des yeux, l’allèle pour les yeux bruns étant dominant sur le bleu. Les scientifiques réalisent maintenant qu’un tel modèle est trop simpliste et incorrect.

Ce que vous devez savoir:

• L’ADN fournit l’ensemble des recettes, ou gènes, utilisés par les cellules pour effectuer des fonctions quotidiennes et interagir avec l’environnement.
• La couleur des yeux était traditionnellement décrite comme un trait génétique unique, les yeux bruns dominant les yeux bleus.
• Aujourd’hui, les scientifiques ont découvert qu’au moins huit gènes influencent la couleur finale des yeux. Les gènes contrôlent la quantité de mélanine à l’intérieur des cellules spécialisées de l’iris.
• Un gène, OCA2, contrôle près des trois quarts du spectre de couleur bleu-brun. Cependant, d’autres gènes peuvent remplacer l’instruction OCA2, quoique rarement. Ce modèle multifactoriel pour la couleur des yeux explique la plupart des facteurs génétiques qui influencent la couleur des yeux.

Introduction
En 1907, Charles et Gertrude Davenport ont développé un modèle pour la génétique de la couleur des yeux. Ils ont suggéré que la couleur des yeux bruns est toujours dominante sur la couleur des yeux bleus. Cela signifierait que deux parents aux yeux bleus produiraient toujours des enfants aux yeux bleus, jamais ceux aux yeux bruns.

Pendant la majeure partie des 100 dernières années, cette version de la génétique de la couleur des yeux a été enseignée dans des salles de classe du monde entier. C’est l’un des rares concepts génétiques dont les adultes se souviennent souvent de leurs cours de biologie au lycée ou au collège. Malheureusement, ce modèle est trop simpliste et incorrect – la couleur des yeux est en fait contrôlée par plusieurs gènes. De plus, de nombreux gènes impliqués dans la couleur des yeux influencent également les tons de la peau et des cheveux. Dans cette édition de Biotech Basics, nous explorerons la science derrière la pigmentation et discuterons de la génétique de la couleur des yeux. Dans une prochaine édition, nous discuterons des facteurs génétiques qui contribuent à la couleur de la peau et des cheveux.

Un apprêt sur la pigmentation
La couleur des yeux, de la peau et des cheveux humains est principalement contrôlée par la quantité et le type d’un pigment appelé mélanine. Des cellules spécialisées appelées mélanocytes produisent la mélanine, la stockant dans des compartiments intracellulaires appelés mélanosomes. Le nombre total de mélanocytes est à peu près équivalent pour toutes les personnes, mais le niveau de mélanine à l’intérieur de chaque mélanosome et le nombre de mélanosomes à l’intérieur d’un mélanocyte varie. La quantité totale de mélanine est ce qui détermine la gamme de couleurs des cheveux, des yeux et de la peau.

Il existe un certain nombre de gènes impliqués dans la production, le traitement et le transport de la mélanine. Certains gènes jouent un rôle majeur alors que d’autres n’y contribuent que légèrement. À ce jour, les scientifiques ont identifié plus de 150 gènes différents qui influencent la pigmentation de la peau, des cheveux et des yeux (une liste mise à jour est disponible à http://www.espcr.org/micemut/). Un certain nombre de ces gènes ont été identifiés à partir de l’étude de troubles génétiques chez l’homme. D’autres ont été découvertes grâce à des études génomiques comparatives de la couleur du pelage chez la souris et des motifs de pigmentation chez le poisson. (Un article précédent de Biotech101 qui donne un aperçu de la génomique comparative se trouve ici.) figure un

Gènes de la couleur des yeux
Chez l’homme, la couleur des yeux est déterminée par la quantité de lumière qui se reflète sur l’iris, une structure musculaire qui contrôle la quantité de lumière qui pénètre dans l’œil. La gamme de couleur des yeux, du bleu au noisetier en passant par le brun (voir figure un), dépend du niveau de pigment mélanique stocké dans le mélanosome « paquets » dans les mélanocytes de l’iris. Les yeux bleus contiennent une quantité minimale de pigment dans un petit nombre de mélanosomes. Les iris des yeux vert-noisette présentent des niveaux de pigments et un nombre de mélanosomes modérés, tandis que les yeux bruns sont le résultat de niveaux élevés de mélanine stockés dans de nombreux mélanosomes (voir la figure deux, à gauche).

À ce jour, huit gènes ont été identifiés qui ont un impact sur la couleur des yeux. Le gène OCA2, situé sur le chromosome 15, semble jouer un rôle majeur dans le contrôle du spectre de couleurs marron / bleu. OCA2 produit une protéine appelée protéine P qui est impliquée dans la formation et le traitement de la mélanine. Les individus présentant des mutations OCA2 qui empêchent la production de la protéine P naissent avec une forme d’albinisme. Ces individus ont les cheveux, les yeux et la peau de couleur très claire. Des variantes (allèles) d’OCA2 non pathogènes ont également été identifiées. Ces allèles modifient les niveaux de protéines P en contrôlant la quantité d’ARN OCA2 générée. L’allèle qui entraîne des niveaux élevés de protéine P est lié aux yeux bruns. Un autre allèle, associé à la couleur des yeux bleus, réduit considérablement la concentration en protéines P.

En surface, cela ressemble au modèle de couleur des yeux dominant / récessif enseigné dans les cours de biologie depuis des décennies. Cependant, alors qu’environ les trois quarts de la variation de la couleur des yeux peuvent s’expliquer par des changements génétiques dans et autour de ce gène, OCA2 n’est pas la seule influence sur la couleur. Une étude récente qui a comparé la couleur des yeux au statut OCA2 a montré que 62% des individus possédant deux copies de l’allèle OCA2 aux yeux bleus, ainsi que 7,5% des individus ayant les allèles OCA2 aux yeux bruns, avaient les yeux bleus. Un certain nombre d’autres gènes (tels que TYRP1, ASIP et ALC42A5) fonctionnent également dans la voie de la mélanine et modifient la quantité totale de mélanine présente dans l’iris. Les efforts combinés de ces gènes peuvent augmenter les niveaux de mélanine pour produire des yeux noisette ou bruns, ou réduire la mélanine totale, ce qui donne des yeux bleus. Cela explique comment deux parents aux yeux bleus peuvent avoir des enfants aux yeux verts ou bruns –une situation impossible selon le modèle à gène unique de Davenport) – la combinaison d’allèles de couleur reçus par l’enfant a entraîné une plus grande quantité de mélanine que l’un ou l’autre des parents possédaient individuellement.

En note de côté, bien qu’il existe une grande variabilité de la couleur des yeux, des couleurs autres que le brun n’existent que chez les individus d’origine européenne. Les populations africaines et asiatiques ont généralement les yeux bruns. En 2008, une équipe de chercheurs étudiant le gène OCA2 a publié des résultats démontrant que l’allèle associé aux yeux bleus ne s’est produit qu’au cours des 6 000 à 10 000 dernières années au sein de la population européenne.

Recherche sur la pigmentation à HudsonAlpha
Le Dr Greg Barsh, un médecin-scientifique qui s’est récemment joint à la faculté de HudsonAlpha, et son laboratoire étudient les aspects clés de la signalisation cellulaire et de la variation naturelle comme moyen de mieux comprendre, diagnostiquer et traiter les maladies humaines. En particulier, ses travaux se sont concentrés sur les troubles de la pigmentation. Il a exploré des mutations qui affectent des traits facilement observables — tels que la variation de la couleur des yeux, des cheveux ou de la peau — comme signe avant-coureur de processus plus complexes tels que le diabète, l’obésité, la neurodégénérescence et le mélanome, la forme la plus grave de cancer de la peau.

– Dr Neil Lamb
directeur de la sensibilisation à l’éducation
Institut HudsonAlpha de biotechnologie