피부 속 그 이상: 색소 침착의 메커니즘에 대한 분자적 관찰

펜실베니아 대학의 연구자들은 아프리카 인구의 피부색 변화에 대한 분자적 기반에 대한 중요한 통찰력을 발견했습니다. 그들의 연구 결과는 자연 유전학현대 인류의 피부색 다양성을 뒷받침하는 유전학과 인류 진화에 대한 이해를 넓힙니다.

“아프리카 인구의 풍부한 유전적 다양성에도 불구하고 그들은 역사적으로 유전 연구에서 과소 대표되어 왔습니다.”라고 Penn Integrates Knowledge University 교수이자 Perelman School of Medicine 및 School of Arts & Sciences에 임명된 수석 저자 Sarah Tishkoff는 말합니다. “우리의 발견은 피부색 다양성의 유전적 기초와 진화 역사에 대한 새로운 정보를 제공하여 인류 진화를 보다 명확하게 묘사하는 데 기여합니다.”

인간 진화의 이야기는 세계 인구 전체에서 발견되는 적응만큼이나 풍부하고 다양하다고 티쉬코프는 말합니다. 그녀는 많은 적응 특성 중에서 피부색이 가장 잘 알려진 특성 중 하나라고 지적합니다. 적도 지역에 널리 퍼져 있는 어두운 피부색은 자연 자체의 자외선 차단제 역할을 하며 수천 년에 걸쳐 진화하여 태양의 강렬한 자외선 복사로부터 이들 인구를 보호합니다. 반대로, 극지방에 더 가까운 인구에서 볼 수 있는 밝은 색소 침착은 UV 노출에 의해 유발되는 비타민 D 생성을 최대화하여 태양 노출 부족의 위험을 완화하기 위한 적응입니다.

“우리의 접근 방식에는 1,500명 이상의 동부 및 남부 아프리카 개인의 피부색에 대한 게놈 차원의 연관성 연구뿐만 아니라 게놈을 스캐닝하여 옅은 색소를 사용하는 코산어를 사용하는 샌족 인구와 기타 어두운 색소를 가진 아프리카인 및 논문의 제1저자이자 Tishkoff Lab의 박사후 연구원인 Yuanqing Feng은 “그 인구의 지역적 적응에 역할을 할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

연구자들은 색소침착이 게놈 전체에 흩어져 있는 수백 가지 변이체의 영향을 받는 복잡한 특성이며, 대부분이 비암호화 영역에 위치한다는 점에 주목했습니다. 이러한 비암호화 변종은 최대 백만 염기 떨어진 곳에 위치한 유전자의 발현에 영향을 미칠 수 있습니다. 피부색과 관련된 수많은 돌연변이와 이러한 돌연변이에 의해 조절되는 표적 유전자를 둘러싼 불확실성으로 인해 연구자들은 이 특성을 지배하는 정확한 유전적 메커니즘을 찾는 것이 특히 어렵습니다.

Feng과 공동 연구자들은 수천 가지 변종의 규제 활동을 식별하기 위해 대규모 병렬 리포터 분석을 사용했습니다. 이 높은 처리량 기술은 수천 개의 후보를 165개의 기능적 변형으로 좁혔습니다. 이러한 기능적 변이체의 표적 유전자를 확인하기 위해 Feng은 염색질 구조 포획 분석을 사용하여 멜라닌 세포에서 고해상도 염색질 상호 작용 맵을 추가로 구축했습니다. Feng은 “이것은 흑색종 세포의 고해상도 3D 게놈 지도로 색소 침착 및 흑색종 생물학의 유전자 조절 연구에 유용할 것”이라고 말했습니다.

연구진은 CRISPR/Cas9 기반 게놈 편집을 사용하여 백색증과 관련된 유전자인 OCA2 인핸서의 돌연변이가 대조 세포와 비교했을 때 멜라닌 수준을 75% 감소시킬 수 있음을 발견했습니다. 동일한 OCA2 인핸서 내에서 연구자들은 120만년과 57,000년으로 추정되는 밀접하게 위치한 두 가지 조절 변종을 확인했으며, 후자는 아프리카에서 인간이 이주한 기간과 일치합니다.

“이 사례는 인간 피부색의 지속적인 진화를 보여주며 단일 강화제가 피부 색소 침착에 중요한 영향을 미치는 것을 관찰하는 것은 놀랍습니다”라고 Feng은 말합니다.

산족은 다른 아프리카 인구에 비해 상대적으로 색소 침착이 적고 인간 중 가장 오래된 유전적 혈통을 갖고 있습니다. 산족의 밝은 피부색은 남부 아프리카 환경에 대한 적응의 결과일 수 있다는 가설이 있지만 이러한 적응의 유전적 기반은 여전히 ​​파악하기 어렵습니다. 연구원들은 MITF 근처의 몇 가지 중요한 규제 변형을 찾아냈습니다., San에서 관찰되는 피부색 적응에 기여하는 LEF1 및 TRPS1.

“MITF, LEF1과 TRPS1은 멜라닌 세포 분화와 모발 발달을 조절하는 신호 전달 경로에 관여합니다.”라고 Tishkoff는 말했습니다. “이는 샌족에서 관찰되는 밝은 피부 색소 침착에 영향을 미치는 변종이 이들의 독특한 모발 형태에도 기여할 수 있음을 시사합니다.” 더 밝은 피부색과 관련된 TRPS1 근처의 변종은 산족과 대부분의 비아프리카인에서 거의 100% 빈도로 나타나는 반면, 더 어두운 피부색과 관련된 변종은 대부분의 다른 아프리카 인구와 어두운 색소의 멜라네시아 인구에서 흔합니다. 이는 놀라운 예입니다. UV 노출에 대한 전 세계적 적응의 변화.”

또한 연구진은 철 항상성을 조절하고 멜라닌 세포의 멜라닌 수치에 영향을 미치는 인간 피부 색소 침착에 영향을 미치는 새로운 유전자인 CYB561A3을 발견했습니다. “우리가 아는 한, 피부 색소 침착에서 CYB561A3의 역할은 이전에 보고된 적이 없습니다. 흥미롭게도 정맥 내 철 주입과 피부 과다 색소 침착을 연결하는 보고가 있었습니다. CYB561A3이 철 환원 효소를 암호화한다는 점을 감안할 때 저는 이 단백질의 역할이 궁금합니다. 이 과정이 필요합니다.”라고 Tishkoff는 말합니다.

“우리의 연구 결과는 피부색에 영향을 미치는 유전적 요인의 복잡성과 유전 연구에 인종적으로 다양하고 제대로 대표되지 않는 인구를 포함하는 것의 이점을 강조합니다.”라고 그녀는 말합니다. “비암호 변종의 영향에 대한 기능적 연구를 수행하면 복잡한 인간 특성과 질병 위험의 기초가 되는 유전학에 대한 이해가 향상될 것입니다.”

“이 연구에 포함된 인구는 아프리카의 외딴 지역 출신이며 현장 현장에 설치된 이동식 실험실을 사용해야 했습니다.”라고 Tishkoff는 말했습니다. “아프리카 파트너와의 협력이 이 연구 프로젝트 성공의 열쇠였습니다.”

향후 연구에서 Tishkoff 연구소는 혁신적인 기능 유전체학 접근 방식을 사용하여 인종적으로 다양한 아프리카인의 더 큰 표본에서 인간 색소 침착 및 기타 적응 특성에 기여하는 더 많은 유전 변이를 식별하려고 합니다.

Sarah Tishkoff는 David and Lyn Silfen 대학교 유전학 및 생물학 교수이며 Penn 통합 지식 대학교 교수로 Perelman 의과대학 유전학과 의학부, 예술 및 과학 대학 생물학과에 재직하고 있습니다. 펜실베니아 대학교.

Yuanqing Feng은 Penn의 Tishkoff 연구소의 박사후 연구원입니다.

다른 저자로는 Penn의 Ning Xie, Chao Zhang, Fang Zhang 및 Matthew EB Hansen이 있습니다. 교토대학교의 이노우에 후미타카(Fumitaka Inoue); 푸단대학교의 Shaohua Fan; Hubert Kairuki Memorial University의 Thomas Nyambo; 보츠와나 대학교의 George Mokone; Charles Fokunang 및 Alfred K. Njamnshi; 아디스아바바 대학교의 구르자 빌레이(Gurja Belay); 필라델피아 아동병원 연구소의 Michael S. Marks; 브라운 대학교의 Elena Oancea; 샌프란시스코 캘리포니아 대학의 Nadav Ahituv.

이 연구는 국립 보건원(R35GM134957-01, 3UM1HG009408-02S1, 1R01GM113657-01, 5R01AR076241-02 및 1S10OD010786-01 부여)과 펜실베니아 피부 생물학 및 질병 자원 기반 센터(Grant NIH P30-AR069589)의 지원을 받았습니다. ).

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240112114815.htm