Science：135个与色素沉着有关的新黑色素基因

　　超过80亿人的皮肤、头发和眼睛的颜色是由一种被称为黑色素的光吸收色素决定的。新的研究发现了135个与色素沉着有关的新基因。

　　

黑色素是在称为黑素体的特殊结构中产生的。黑素体存在于产生黑色素的色素细胞中，称为黑素细胞。虽然所有人都有相同数量的黑色素细胞，但它们产生的黑色素数量不同，从而导致人类肤色的变化。

Bajpai说:“为了了解到底是什么导致了不同数量的黑色素的产生，我们使用了一种叫做CRISPR-Cas9的技术来对细胞进行基因工程改造。”“利用CRISPR，我们系统地从数亿个黑色素细胞中去除了2万多个基因，并观察了对黑色素产生的影响。”

为了确定哪些基因影响黑色素的产生，在基因去除过程中失去黑色素的细胞需要与数百万其他没有失去黑色素的细胞分离。利用体外细胞培养，Bajpai开发了一种新的方法来实现这一目标，即检测和量化黑色素细胞的黑色素生成活性。通过让光线穿过黑素细胞，他可以记录光线是被黑素吸收还是散射。

Bajpai说:“如果有很多产生黑色素的黑色素小体，那么光线会比黑色素少的细胞散射得更多。”“使用一种称为流式细胞术侧散的过程，我们能够分离出含有或多或少黑色素的细胞。然后对这些分离的细胞进行分析，以确定黑色素修饰基因的身份。我们发现了新的和以前已知的基因，它们在调节人类黑色素生成中起着重要作用。”

研究人员发现169个功能各异的基因影响黑色素的产生。其中，135例以前与色素沉着无关。他们进一步确定了两个新发现的基因:KLF6和COMMD3的功能。DNA结合蛋白KLF6导致人类和动物黑色素生成的减少，证实了KLF6在其他物种黑色素生成中也起作用。COMMD3蛋白通过控制黑素体的酸度来调节黑色素的合成。

从历史上看，在靠近赤道的地区和在阳光直射下呆上几个小时的人需要深色的色素来抵御紫外线辐射。当人们搬到直射阳光较少或日照时间较短的地区时，所需的黑色素就会减少。随着时间的推移，这导致黑素体产生的黑色素减少，从而吸收更多的阳光。

Bajpai说:“通过了解是什么调节黑色素，我们可以帮助保护皮肤较浅的人免受黑色素瘤或皮肤癌的侵害。”“通过针对这些新的黑色素基因，我们还可以开发针对白癜风和其他色素沉着疾病的黑色素修饰药物。”

研究小组开发和使用的技术过程也可以应用于识别真菌和细菌中调节黑色素产生的基因。真菌和细菌中黑色素的产生使它们对人类或作物的致病性更强。研究人员可以通过发现和靶向这些产生黑色素的基因，开发出对抗这些微生物及其疾病的有效干预措施。

Bajpai在这项研究中的角色是在他担任俄克拉荷马大学教授期间完成的。然而，这项研究的一部分是在他在斯坦福大学的博士后研究期间进行的。俄克拉何马州成人干细胞研究中心资助了这项研究。额外的资金由美国国防部提供，CA160997;霍华德休斯医学研究所;美国国家综合医学研究所，NIH R35 GM131757;Stinehart-Reed奖;以及路德维希癌症干细胞研究和医学中心。

Journal Reference:

1. Vivek K. Bajpai, Tomek Swigut, Jaaved Mohammed, Sahin Naqvi, Martin Arreola, Josh Tycko, Tayne C. Kim, Jonathan K. Pritchard, Michael C. Bassik, Joanna Wysocka. A genome-wide genetic screen uncovers determinants of human pigmentation. Science, 2023; 381 (6658) DOI: 10.1126/science.ade6289