Учёные идентифицировали 135 новых генов меланина, ответственных за пигментацию

Меланин производится в специальных структурах — меланосомах, которые находятся внутри продуцирующих пигмент клеток меланоцитов. Хотя у всех людей одинаковое количество меланоцитов, количество производимого ими меланина различается, что и приводит к вариациям цвета кожи.

Чтобы понять, что именно вызывает разное количество производимого меланина, исследователи использовали технологию CRISPR-Cas9 для генетической модификации клеток. С помощью CRISPR они систематически удалили более 20 000 генов из сотен миллионов меланоцитов и наблюдали за влиянием на производство меланина.

Для идентификации генов, влияющих на производство меланина, необходимо было отделить клетки, потерявшие меланин в процессе удаления генов, от миллионов других клеток. Используя культуры клеток in vitro, был разработан новый метод, который обнаруживает и количественно определяет меланин-продуцирующую активность меланоцитов. Пропуская свет через меланоциты, можно было зафиксировать, поглощается ли свет меланином внутри или рассеивается.

«Если есть много меланин-продуцирующих меланосом, свет будет рассеиваться гораздо сильнее, чем в клетках с небольшим количеством меланина», — пояснил автор. Используя процесс бокового рассеяния в проточной цитометрии, учёные смогли разделить клетки с большим или меньшим количеством меланина. Затем эти разделённые клетки были проанализированы для определения идентичности генов, влияющих на меланин.

Исследователи обнаружили 169 функционально разнообразных генов, влияющих на производство меланина. Из них 135 ранее не были связаны с пигментацией. Они также определили функцию двух вновь обнаруженных генов: KLF6 и COMMD3. ДНК-связывающий белок KLF6 приводил к потере производства меланина у людей и животных, что подтверждает его роль в производстве меланина и у других видов. Белок COMMD3 регулировал синтез меланина, контролируя кислотность меланосом.

Исторически более тёмная пигментация была необходима для защиты от ультрафиолетового излучения в районах, близких к экватору. По мере переселения людей в регионы с менее прямым солнечным светом требовалось меньше меланина. Со временем это привело к появлению меланосом, производящих меньше меланина и, следовательно, поглощающих больше солнечного света.

«Понимая, что регулирует меланин, мы можем помочь защитить людей со светлой кожей от меланомы или рака кожи», — отметил учёный. «Нацеливаясь на эти новые гены меланина, мы также могли бы разработать препараты, изменяющие меланин, для лечения витилиго и других заболеваний пигментации».

Разработанные технологические процессы также могут быть применены для идентификации генов, регулирующих производство меланина у грибов и бактерий. Выработка меланина у грибов и бактерий позволяет им быть более патогенными для людей или сельскохозяйственных культур. Открывая и нацеливаясь на такие гены, исследователи могли бы разработать эффективные методы борьбы с этими микробами и вызываемыми ими болезнями.

Исследование «A genome-wide genetic screen uncovers determinants of human pigmentation» опубликовано в журнале Science.