otaliga studenter har lärt sig att en enda gen kontrollerar ögonfärg, med allelen för bruna ögon som dominerar över Blå. Forskare inser nu att en sådan modell är alltför förenklad och felaktig.

vad du behöver veta:

• DNA tillhandahåller uppsättningen recept eller gener som används av celler för att utföra dagliga funktioner och interagera med miljön.
• Ögonfärg beskrevs traditionellt som ett enda gendrag, med bruna ögon dominerande över blå ögon.
• idag har forskare upptäckt att minst åtta gener påverkar ögonens slutliga färg. Generna kontrollerar mängden melanin i specialiserade celler i iris.
• en gen, OCA2, kontrollerar nästan tre fjärdedelar av det blåbruna färgspektrumet. Andra gener kan dock åsidosätta OCA2-instruktionen, om än sällan. Denna multifaktoriella modell för ögonfärg förklarar de flesta genetiska faktorer som påverkar ögonfärgen.

introduktion
1907 utvecklade Charles och Gertrude Davenport en modell för genetik av ögonfärg. De föreslog att brun ögonfärg alltid dominerar över blå ögonfärg. Detta skulle innebära att två blåögda föräldrar alltid skulle producera blåögda barn, aldrig de med bruna ögon.

under de flesta av de senaste 100 åren har denna version av ögonfärg genetik undervisats i klassrum runt om i världen. Det är en av de få genetiska begrepp som vuxna ofta minns från deras high school eller college biologi klasser. Tyvärr är denna modell alltför förenklad och felaktig – ögonfärg styrs faktiskt av flera gener. Dessutom påverkar många av generna som är involverade i ögonfärg också hud-och hårtoner. I denna utgåva av biotech Basics utforskar vi vetenskapen bakom pigmentering och diskuterar ögonfärgens genetik. I en framtida utgåva kommer vi att diskutera genetiska faktorer som bidrar till hud och hårfärg.

en primer på pigmentering
färgen på mänskliga ögon, hud och hår styrs främst av mängden och typen av ett pigment som kallas melanin. Specialiserade celler som kallas melanocyter producerar melanin och lagrar det i intracellulära fack som kallas melanosomer. Det totala antalet melanocyter är ungefär lika för alla människor, men nivån av melanin inuti varje melanosom och antalet melanosomer inuti en melanocyt varierar. Den totala mängden melanin är det som bestämmer utbudet av hår -, ögon-och hudfärger.

det finns ett antal gener som är involverade i produktion, bearbetning och transport av melanin. Vissa gener spelar stora roller medan andra bara bidrar något. Hittills har forskare identifierat över 150 olika gener som påverkar hud -, hår-och ögonpigmentering (en uppdaterad lista finns på http://www.espcr.org/micemut/). Ett antal av dessa gener har identifierats från att studera genetiska störningar hos människor. Andra upptäcktes genom jämförande genomiska studier av pälsfärg hos möss och pigmenteringsmönster hos fisk. (En tidigare Biotech101-artikel som ger en översikt över jämförande genomik finns här.) figur ett

ögonfärggener
hos människor bestäms ögonfärgen av mängden ljus som reflekterar från iris, en muskulär struktur som styr hur mycket ljus som kommer in i ögat. Intervallet i ögonfärg, från blått till Hassel till brunt (se figur ett), beror på nivån av melaninpigment lagrat i melanosomen ”paket” i irisens melanocyter. Blå ögon innehåller minimala mängder pigment inom ett litet antal melanosomer. Iris från gröna hasselögon visar måttliga pigmentnivåer och melanosomtal, medan bruna ögon är resultatet av höga melaninnivåer lagrade över många melanosomer (se figur två, vänster).

hittills har åtta gener identifierats som påverkar ögonfärgen. OCA2-genen, som ligger på kromosom 15, verkar spela en viktig roll för att kontrollera det bruna/blå färgspektrumet. OCA2 producerar ett protein som kallas P-protein som är involverat i bildandet och bearbetningen av melanin. Individer med OCA2-mutationer som förhindrar att P-protein produceras föds med en form av albinism. Dessa individer har mycket ljust färgat hår, ögon och hud. Icke-sjukdomsframkallande OCA2-varianter (alleler) har också identifierats. Dessa alleler förändrar p-proteinnivåer genom att kontrollera mängden OCA2 RNA som genereras. Allelen som resulterar i höga nivåer av P-protein är kopplad till bruna ögon. En annan allel, associerad med blå ögonfärg, minskar dramatiskt p-proteinkoncentrationen.

på ytan låter detta som den dominerande/recessiva ögonfärgmodellen som har undervisats i biologiklasser i årtionden. Men medan cirka tre fjärdedelar av ögonfärgvariation kan förklaras av genetiska förändringar i och runt denna gen, är OCA2 inte det enda inflytandet på färg. En ny studie som jämförde ögonfärg med OCA2-status visade att 62 procent av individerna med två kopior av den blåögda OCA2-allelen, liksom 7,5 procent av individerna som hade de brunögda OCA2-allelerna, hade blå ögon. Ett antal andra gener (såsom TYRP1, ASIP och ALC42A5) fungerar också i melaninvägen och förskjuter den totala mängden melanin som finns i iris. De kombinerade ansträngningarna av dessa gener kan öka melaninnivåerna för att producera hassel eller bruna ögon, eller minska total melanin vilket resulterar i blå ögon. Detta förklarar hur två föräldrar med blå ögon kan ha grön-eller brunögd barn (en omöjlig situation under Davenport enda gen modell) – kombinationen av färg alleler emot av barnet resulterade i en större mängd melanin än någon av föräldrarna individuellt besatt.

som en sidoanteckning, medan det finns en stor variation i ögonfärg, finns andra färger än bruna endast bland individer av europeisk härkomst. Afrikanska och asiatiska populationer är vanligtvis brunögda. Under 2008 publicerade ett team av forskare som studerade OCA2 – genen resultat som visar att allelen associerad med blå ögon inträffade endast under de senaste 6 000-10 000 åren inom den europeiska befolkningen.

Pigmenteringsforskning vid HudsonAlpha
Dr.Greg Barsh, en läkare-forskare som nyligen har anslutit sig till HudsonAlpha-fakulteten, och hans laboratoriestudie viktiga aspekter av cellsignalering och naturlig variation som ett sätt att bättre förstå, diagnostisera och behandla mänskliga sjukdomar. I synnerhet har hans arbete fokuserat på pigmenteringsstörningar. Han har undersökt mutationer som påverkar lätt observerbara egenskaper—som variation i ögon -, hår-eller hudfärger-som en skylt för mer komplexa processer som diabetes, fetma, neurodegeneration och melanom, den allvarligaste formen av hudcancer.

chef för utbildnings uppsökande
HudsonAlpha Institute for Biotechnology