A innumerevoli studenti è stato insegnato che un singolo gene controlla il colore degli occhi, con l’allele per gli occhi marroni dominante sul blu. Gli scienziati ora si rendono conto che un tale modello è eccessivamente semplicistico e scorretto.

Quello che dovete sapere:

• Il DNA fornisce l’insieme di ricette, o geni, utilizzati dalle cellule per svolgere funzioni quotidiane e interagire con l’ambiente.
• Il colore degli occhi era tradizionalmente descritto come un singolo tratto genetico, con gli occhi marroni che dominavano sugli occhi blu.
• Oggi gli scienziati hanno scoperto che almeno otto geni influenzano il colore finale degli occhi. I geni controllano la quantità di melanina all’interno di cellule specializzate dell’iride.
• Un gene, OCA2, controlla quasi tre quarti dello spettro dei colori blu-marrone. Tuttavia, altri geni possono ignorare l’istruzione OCA2, anche se raramente. Questo modello multifattoriale per il colore degli occhi spiega la maggior parte dei fattori genetici che influenzano il colore degli occhi.

Introduzione
Nel 1907, Charles e Gertrude Davenport svilupparono un modello per la genetica del colore degli occhi. Hanno suggerito che il colore degli occhi marroni è sempre dominante sul colore degli occhi blu. Ciò significherebbe che due genitori con gli occhi azzurri avrebbero sempre prodotto figli con gli occhi azzurri, mai quelli con gli occhi marroni.

Per la maggior parte degli ultimi 100 anni, questa versione della genetica del colore degli occhi è stata insegnata nelle aule di tutto il mondo. È uno dei pochi concetti genetici che gli adulti spesso ricordano dalle loro lezioni di biologia del liceo o del college. Sfortunatamente, questo modello è eccessivamente semplicistico e scorretto – il colore degli occhi è in realtà controllato da diversi geni. Inoltre, molti dei geni coinvolti nel colore degli occhi influenzano anche i toni della pelle e dei capelli. In questa edizione di Biotech Basics, esploreremo la scienza dietro la pigmentazione e discuteremo la genetica del colore degli occhi. In una prossima edizione, discuteremo i fattori genetici che contribuiscono al colore della pelle e dei capelli.

Un primer sulla pigmentazione
Il colore degli occhi umani, della pelle e dei capelli è controllato principalmente dalla quantità e dal tipo di un pigmento chiamato melanina. Cellule specializzate note come melanociti producono la melanina, immagazzinandola in compartimenti intracellulari noti come melanosomi. Il numero complessivo di melanociti è approssimativamente equivalente per tutte le persone, tuttavia il livello di melanina all’interno di ciascun melanosoma e il numero di melanosomi all’interno di un melanocita varia. La quantità totale di melanina è ciò che determina la gamma di colori dei capelli, degli occhi e della pelle.

Ci sono un certo numero di geni coinvolti nella produzione, lavorazione e trasporto di melanina. Alcuni geni svolgono un ruolo importante, mentre altri contribuiscono solo leggermente. Ad oggi, gli scienziati hanno identificato oltre 150 diversi geni che influenzano la pigmentazione della pelle, dei capelli e degli occhi (un elenco aggiornato è disponibile a http://www.espcr.org/micemut/). Un certo numero di questi geni sono stati identificati dallo studio di disturbi genetici negli esseri umani. Altri sono stati scoperti attraverso studi genomici comparativi sul colore del mantello nei topi e sui modelli di pigmentazione nei pesci. (Un precedente articolo Biotech101 che fornisce una panoramica della genomica comparativa può essere trovato qui.) figura uno

Geni del colore degli occhi
Negli esseri umani, il colore degli occhi è determinato dalla quantità di luce che riflette l’iride, una struttura muscolare che controlla quanta luce entra nell’occhio. La gamma di colore degli occhi, dal blu al nocciola al marrone (vedi figura uno), dipende dal livello di pigmento melanina immagazzinato nel melanosoma “pacchetti” nei melanociti dell’iride. Gli occhi azzurri contengono quantità minime di pigmento all’interno di un piccolo numero di melanosomi. Le iridi degli occhi verde-nocciola mostrano livelli moderati di pigmento e numero di melanosomi, mentre gli occhi marroni sono il risultato di alti livelli di melanina immagazzinati in molti melanosomi (vedi figura due, a sinistra).

Ad oggi, sono stati identificati otto geni che influenzano il colore degli occhi. Il gene OCA2, situato sul cromosoma 15, sembra svolgere un ruolo importante nel controllo dello spettro di colore marrone/blu. OCA2 produce una proteina chiamata P-proteina che è coinvolta nella formazione e nella lavorazione della melanina. Gli individui con mutazioni OCA2 che impediscono la produzione della proteina P nascono con una forma di albinismo. Questi individui hanno capelli, occhi e pelle molto chiari. Sono state identificate anche varianti (alleli) di OCA2 che non causano malattie. Questi alleli alterano i livelli della proteina P controllando la quantità di RNA OCA2 che viene generato. L’allele che si traduce in alti livelli di P-proteina è legata agli occhi marroni. Un altro allele, associato al colore degli occhi blu, riduce drasticamente la concentrazione della proteina P.

In superficie, questo suona come il modello di colore degli occhi dominante/recessivo che è stato insegnato nelle lezioni di biologia per decenni. Tuttavia, mentre circa tre quarti della variazione del colore degli occhi possono essere spiegati da cambiamenti genetici in e intorno a questo gene, OCA2 non è l’unica influenza sul colore. Un recente studio che ha confrontato il colore degli occhi con lo stato di OCA2 ha mostrato che il 62% degli individui con due copie dell’allele OCA2 dagli occhi azzurri, così come il 7,5% degli individui che avevano gli alleli OCA2 dagli occhi marroni, aveva gli occhi azzurri. Un certo numero di altri geni (come TYRP1, ASIP e ALC42A5) funzionano anche nella via della melanina e spostano la quantità totale di melanina presente nell’iride. Gli sforzi combinati di questi geni possono aumentare i livelli di melanina per produrre nocciola o occhi marroni, o ridurre la melanina totale con conseguente occhi azzurri. Questo spiega come due genitori con gli occhi azzurri possono avere bambini dagli occhi verdi o marroni (una situazione impossibile sotto il modello di singolo gene Davenport) – la combinazione di alleli di colore ricevuti dal bambino ha provocato una maggiore quantità di melanina rispetto a entrambi i genitori posseduti individualmente.

Come nota a margine, mentre c’è un’ampia variabilità nel colore degli occhi, i colori diversi dal marrone esistono solo tra gli individui di discendenza europea. Le popolazioni africane e asiatiche sono in genere dagli occhi marroni. Nel 2008 un team di ricercatori che studiano il gene OCA2 ha pubblicato risultati che dimostrano che l’allele associato agli occhi azzurri si è verificato solo negli ultimi 6.000 – 10.000 anni all’interno della popolazione europea.

Ricerca sulla pigmentazione a HudsonAlpha
Il Dr. Greg Barsh, un medico-scienziato che ha recentemente aderito alla facoltà di HudsonAlpha, e il suo laboratorio studiano gli aspetti chiave della segnalazione cellulare e della variazione naturale come mezzo per comprendere, diagnosticare e trattare meglio le malattie umane. In particolare, il suo lavoro si è concentrato sui disturbi della pigmentazione. Ha esplorato mutazioni che influenzano tratti facilmente osservabili—come la variazione nei colori degli occhi, dei capelli o della pelle-come un segnale per processi più complessi come il diabete, l’obesità, la neurodegenerazione e il melanoma, la forma più grave di cancro della pelle.

– Dr. Neil Lamb
direttore di sensibilizzazione educativa
HudsonAlpha Institute for Biotechnology