Changer la couleur des cheveux au niveau du gène. Comment rendre les cheveux plus épais et plus denses ? Épiderme bio-conçu pour les cosmétologues et les pharmacologues

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Des chercheurs de l'Institut médical Howard Hughes à Chevy Chase ont découvert que changer une seule lettre du code ADN peut changer la couleur des cheveux d'une personne.

David Kingsley, chercheur à l'institut, a longtemps étudié l'évolution de l'épinoche, un petit poisson qui s'est déplacé des mers vers les lacs et les cours d'eau à la fin de la dernière période glaciaire.

En utilisant la capacité de l'épinoche à s'adapter à différentes conditions environnementales, Kingsley et ses collègues ont pu identifier les changements moléculaires qui sous-tendent son évolution.

Récemment, ils ont porté leur attention sur le fait que les changements évolutifs de ce poisson peuvent tirer des conclusions intéressantes sur l'évolution des humains et d'autres espèces.

Dans leur dernière étude, l'équipe du Dr Kingsley s'est penchée sur le code génétique responsable de la pigmentation de l'épinoche. En 2007, les scientifiques ont découvert que dans différentes populations d'épinoches dans le monde, les changements de pigmentation sont déclenchés par le même gène.

Fait intéressant, ce gène n'était pas du tout propre aux petits poissons.

Chez l'homme et le poisson, la pigmentation est contrôlée par un seul gène.

Différentes variations de cette région du gène, appelée Kit ligand, sont associées à des différences de couleur de peau chez l'homme. Kingsley a découvert que chez les poissons et les humains, des changements génétiques associés à la pigmentation se produisent dans les éléments régulateurs du génome.

Mais garder une trace d'éléments régulateurs spécifiques à travers un vaste génome, c'est comme chercher une aiguille dans une botte de foin. Kingsley dit qu'ils avaient le choix sur quel domaine concentrer leur attention.

En plus de coder des protéines pour les cellules pigmentaires, la région du ligand Kit remplit de nombreuses autres fonctions. Par exemple, il affecte le comportement des cellules souches sanguines, des précurseurs des spermatozoïdes et des ovules et des neurones intestinaux.

Les scientifiques ont tenté d'isoler les changements réglementaires dans ce domaine, qui sont spécifiquement responsables de la couleur des cheveux, sans affecter les autres fonctions du gène. Pour ce faire, l'une des experts de l'équipe, Catherine Guenther, a découpé des segments d'ADN humain dans la région spécifiée et a lié chaque morceau du gène régulateur à un gène rapporteur. Si les gènes se lient "correctement", les scientifiques obtiennent une couleur bleu foncé.

Après un examen plus approfondi de l'ADN dans ce segment réglementaire, l'équipe a découvert qu'une seule lettre du code génétique est différente chez les personnes qui ont des couleurs de cheveux différentes.

Cela a été confirmé dans des expériences avec des cultures cellulaires. Le passage à une couleur de cheveux blonds correspondait à une simple diminution de l'activité des gènes de 20 % - cela a permis aux scientifiques de conclure qu'ils avaient trouvé exactement ce composant clé de la séquence d'ADN.

Chez la souris, l'expérience a également été un succès. Les rongeurs chez lesquels les scientifiques ont activé ce gène de différentes manières ont donné une couleur de pelage sombre ou claire.

Kingsley a expliqué les résultats : « Nous pouvons affirmer avec certitude qu'une paire de bases suffit pour éclaircir le pelage d'un animal, et cela suffit pour réduire l'expression des gènes de 20 %. C'est un bon exemple de la façon dont des mécanismes de régulation finement réglés peuvent produire divers traits dans un organisme. Le mécanisme génétique qui contrôle l'éclaircissement des cheveux n'interfère pas avec la biologie des autres parties du corps. Les cheveux blonds ne sont que des cheveux blonds."

Kingsley espère que leurs travaux mèneront non seulement à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires de la diversité humaine, mais qu'ils constitueront une étape importante vers l'augmentation de la résistance des personnes à diverses maladies.

Une équipe internationale de scientifiques a découvert plus d'une centaine de nouveaux locus génétiques responsables de la couleur chez les Européens. Malgré le fait que ces variantes n'expliquent que 20% de la contribution totale des gènes à la couleur des cheveux, elles ont au total un certain pouvoir prédictif, grâce auquel on peut deviner la couleur des cheveux de leur propriétaire. L'étude est publiée dans Nature Genetics.

La couleur des cheveux humains (ainsi que la couleur de la peau et des yeux) est déterminée par le rapport de deux types de pigments de mélanine - l'eumélanine brun noir et la phéomélanine rouge-jaune. Les pigments sont synthétisés à partir de l'acide aminé tyrosine dans des cellules spécialisées - les mélanocytes - situées dans les follicules pileux.

On sait que le choix de la biosynthèse de l'un ou l'autre type de mélanine par les cellules est déterminé par l'activité du récepteur de la mélanocortine 1, situé à la surface des mélanocytes et codé par le gène MC1R. Les polymorphismes de ce gène - en particulier certaines variantes qui conduisent à la synthèse d'un récepteur inactif - sont associés aux cheveux roux.

Dans une nouvelle étude, une équipe internationale de scientifiques du Royaume-Uni, d'Australie, d'Italie, des Pays-Bas, de Chine et des États-Unis, dont 23andMe, dirigée par Timothy Spector du King's College de Londres, a identifié 124 loci génétiques associés à la couleur des cheveux humains. L'un de ces locus était associé au chromosome X. La plupart des associations établies (111 sur 124) étaient nouvelles, jusque-là inconnues.

Les variantes génétiques ont été trouvées à l'aide d'une méta-analyse de deux grands échantillons, totalisant près de 300 000 participants d'ascendance européenne. Les données sur la moitié des participants ont été fournies par la société privée américaine 23andMe, qui se consacre aux tests génétiques. La seconde moitié des données a été extraite de la base de données UK Biobank, qui comprend des informations sur la santé et le génotype d'un nombre important de résidents britanniques. Les participants ont auto-déclaré des informations sur leur couleur de cheveux naturelle.

En plus des polymorphismes déjà connus associés à la pigmentation, par exemple dans les gènes MC1R, HERC2, IRF4 et SLC45A, les chercheurs ont montré une association significative avec la couleur des cheveux avec des variantes de gènes régulateurs codant pour des facteurs de transcription, tels que FOXO et SOX. Un nouveau locus associé à la couleur des cheveux a été trouvé sur le chromosome X dans la région du gène COL46A, qui code l'un des types de collagène. En général, les auteurs ont conclu que la principale contribution à la couleur des cheveux est apportée par des polymorphismes dans les gènes régulateurs, et non dans les gènes directement associés à la pigmentation. En somme, les polymorphismes trouvés n'expliquaient que 20 % des cas d'héritabilité de la couleur des cheveux, environ 35 % de l'héritabilité des cheveux roux, 25 % pour les cheveux blonds et 26 % pour les cheveux noirs.

À la suite de l'analyse des données, les scientifiques ont conclu que la couleur des cheveux est dans une certaine mesure associée au sexe d'une personne - à savoir, les femmes se caractérisent par des nuances de cheveux plus claires.

Les chercheurs ont également testé le pouvoir prédictif des associations trouvées à l'aide d'un modèle mathématique. Il s'est avéré que le modèle prédit la couleur des cheveux noirs et roux avec une bonne probabilité, mais pour les cheveux blonds et bruns, les prédictions se sont avérées moins précises.

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L'apparence d'une personne est largement déterminée par la couleur de sa peau et de ses cheveux. Sans surprise, les scientifiques se sont longtemps occupés de leur évolution.

Au cours des six dernières années, des études sur les génomes de milliers de personnes ont identifié au moins huit sections d'ADN contenant des éléments de code propres aux blondes. Le polymorphisme mononucléotidique (SNP) ainsi défini a été trouvé dans les gènes responsables de la production de pigments, en particulier de mélanine. De telles mutations changent la couleur de la peau et des cheveux en même temps. De plus, des variations de nucléotides individuels se produisent en dehors des gènes, dans des zones impliquées dans la régulation de l'ADN. De telles mutations contrôlent le travail des gènes dans certaines parties du corps, de sorte qu'elles peuvent changer la couleur des cheveux sans affecter les caractéristiques de la peau.

Les Européens du Nord à prédominance blonde ont le gène KITLG, dont les changements sont étroitement liés à la couleur des cheveux. Ce gène code pour une protéine qui est responsable de l'arrangement et de la spécialisation appropriés des cellules dans le corps. David Kingsley de l'Université de Stanford étudie ces SNP depuis longtemps. Lui et ses collègues ont découvert que ce gène particulier était responsable du changement de couleur chez les épinoches lorsqu'elles se sont isolées dans les lacs d'eau douce après le retrait des glaciers. Chaque population individuelle s'est développée indépendamment des autres, devenant plus foncée ou plus claire selon la transparence de l'eau.

L'équipe de Kingsley a émis l'hypothèse que les mêmes changements pourraient également affecter la couleur des cheveux chez les humains. Tout d'abord, les scientifiques ont étudié en détail la séquence nucléotidique du gène KITLG, obtenue auprès des habitants de l'Islande et des Pays-Bas, et ont noté tous les SNP susceptibles d'affecter la couleur des cheveux.

Puis, pour chaque cas de polymorphisme, ils ont créé deux versions du gène, dans l'une desquelles ils ont conservé la lettre originale du code, et dans l'autre ils l'ont remplacée par le nucléotide "opposé" (adénine pour la guanine). Ces gènes ont été insérés dans des cellules de souris. Les résultats ont montré que de tels changements ponctuels ne changeaient pas la couleur du pelage du gris au blanc, mais éclaircissaient sensiblement la couleur.

Des expériences avec des cellules humaines cultivées en laboratoire ont montré que les SNP n'activent ou ne désactivent pas un gène, mais réduisent seulement son activité jusqu'à 20 %. Cependant, cela suffit pour que la couleur des cheveux change vers un côté plus clair ou plus foncé. En d'autres termes, la modification d'un seul nucléotide spécifique dans l'ADN remplit la fonction d'affiner la teinte.

Une autre conclusion importante tirée par les auteurs d'un article publié dans Nature Genetics est que les mutations responsables de la couleur claire des cheveux ne sont pas génétiquement liées à d'autres traits humains.

Ainsi, d'un point de vue génétique, tous les stéréotypes sur les blondes n'ont pas de confirmation, ce qui n'est pas le cas de certaines autres variations. Par exemple, on sait que les changements génétiques chez les personnes aux cheveux roux affectent la structure des protéines et affectent tout le corps.

Les scientifiques ont découvert que les cheveux dorés apparaissent en raison d'une petite mutation

Pendant des milliers d'années, les blondes ont été un objet d'admiration et, plus récemment, de ridicule. Mais les résultats d'une étude récente ont montré que les cheveux dorés n'ont certainement rien à voir avec l'intelligence : ils sont apparus en raison d'une petite mutation génétique, lorsque sur 3 milliards de lettres du code génétique humain, une lettre « A » a été remplacée par la lettre "G", selon le National Geographic.

"La mutation est le mécanisme biologique qui a conduit à l'apparition naturelle des cheveux blonds", explique David Kingsley, professeur à l'Université de Stanford et biologiste de l'évolution, qui a dirigé l'étude. "En biologie, c'est un exemple frappant de la façon dont vous pouvez contrôler les caractéristiques externes d'une personne."

Kingsley est convaincu que les résultats de sa dernière étude, publiée dans la revue scientifique Nature Genetics, éclairent le fonctionnement du génome humain. La mutation n'affecte pas la production de protéines dans aucun des 20 000 gènes du génome humain. Chez les représentants de la race caucasienne, le «tour de l'interrupteur» mystique de 20% conduit à des cheveux blonds, qui contrôlent le gène de signalisation dans les follicules pileux de la peau.

Ce gène signal est impliqué dans la formation du sang, des ovules, du sperme et des cellules souches. Activer ou désactiver complètement un tel gène peut être préjudiciable. Cependant, une petite mutation qui affecte l'activité d'un gène dans une seule zone (par exemple, sur la peau) n'est pas dangereuse.

Pardis Sabeti, ingénieur biologiste à l'Université de Harvard qui n'a pas participé à l'étude, a déclaré que l'étude est une "belle démonstration" de l'effet de la mutation, qui avait été peu compris auparavant. Trouver un changement dans une lettre et prouver qu'elle est responsable des cheveux blonds est une prouesse scientifique sérieuse.

Petit changement avec de grandes conséquences

Pour trouver la mutation génétique responsable des cheveux blonds, Kingsley et un groupe de scientifiques ont examiné les habitants de l'Islande et des Pays-Bas, qui possèdent le génome correspondant. Ils ont minutieusement recherché le changement dans la lettre qui est responsable des cheveux blonds d'une personne.

Les scientifiques ont étudié à quoi conduit le changement de la "lettre" dans une cellule de peau humaine cultivée dans une boîte de Pétri. Dans les cellules, une diminution de l'activité du "switch" qui contrôle le gène de signalisation a été constatée. Une équipe de scientifiques dirigée par Kingsley a réussi à élever des groupes de souris, à la fois mutées et normales. Lorsqu'une «lettre» était modifiée, les souris ne devenaient pas blanches, mais leur pelage devenait plus clair que celui de leurs proches.

Apprendre les bases de quelque chose d'aussi simple et évident que la couleur des cheveux nous permettra d'en savoir plus sur le fonctionnement des gènes dans d'autres domaines, tels que les maladies, où les enjeux sont plus importants, déclare Kingsley : "Comprendre ces bases aidera les gens... qui besoin de médicaments."

Hopi Hoekstra, professeur de génétique à l'Université de Harvard, a déclaré que cette nouvelle découverte confirme les hypothèses des scientifiques selon lesquelles de petits changements dans l'expression des gènes après un changement dans une seule paire de bases d'ADN peuvent affecter de manière significative les traits physiques.

La couleur des cheveux "est un excellent point de départ sur la voie de ce type de dissection moléculaire" car en modifiant l'apparence, l'impact de la mutation peut être facilement vu, a-t-elle déclaré: étaient clairement mesurables.

La mutation résultant en des cheveux blonds, ou tout autre, n'est pas génétiquement liée à d'autres traits, pas même à la couleur des yeux, a déclaré Kingsley, brisant les stéréotypes sur les blondes. Cependant, on sait que les mutations humaines responsables de la couleur des cheveux roux affectent la structure protéique des gènes et entraînent des changements dans tout le corps. Les cheveux roux, la peau et les yeux clairs sont inclus et même génétiquement combinés avec, par exemple, une plus grande sensibilité à la douleur et aux changements de température, mais un caractère ardent se forme déjà tout seul.