Трихроматы, дихроматы и молекулярная генетика
©2008, pylski@yandex.ru
Это краткое резюме по генетическим методам исследования спектральной чувствительности двух (из трех) человеческих фоторецептров: M- и L- колбочки. Благодаря таким исследованиям в науке получены два важных результата:
· Выделено и оценено явление полиморфизма, что приводит к некоторой вариабельности цветного восприятия в человеческой популяции;
· Показан точный способ прямых измерений спектральной чувствительности колбочек с помощью цветоаномалов – дихроматов.
Более подробную информацию можно найти (Nathans и др., 1992; Sharpe и др., 1999; Stockman и др., 2000).
Спектральная чувствительность всех трех колбочек строго определена тремя генами (лежат в head to tail tandem array on the q-arm of the X-chromosome). Каждый ген состоит из шести областей кодирования (их называют экзонами), назначение их – производить белок опсин (opsin), который является фоточувствительным элементом колбочки (пигментом). Три гена – три белка – три вида колбочек.
Ген – не самая стабильная структура. Иногда там случаются нарушения, такие как внутригенная рекомбинация и/или слияния экзонов. Для цветного зрения нормальной человеческой популяции важен один из вариантов полиморфизма - частая замена аланина (alanine) серином (serine), происходящая в кодоне 180 экзона 3. Варианты «нормального» гена (с аланином) будем называть L(A180) и M(A180), варианты с серином - L(S180) и M(S180) соответственно.
Также заметно влияние на популяцию и гибридных вариантов. Поскольку гены фотопигмента M- и L- колбочки являются очень гомологичным и смежным с друг другом, внутригенная рекомбинация между ними является общей и может привести к появлению гибрида (или генов слияния). Некоторые из таких гибридов неотличимы от нормальных, например поскольку экзоны 1 и 6 в L- и M- генах идентичны, гибридный ген L1M2 кодирует фактический M-фотопигмент. Также встречаются и аномальные варианты.
Каждый гибридный ген может быть идентифицирован участком, в которых встречается слияние (обычно это происходит между экзонами). Например L3M4 указывает гибридный ген, в котором экзоны 1 - 3 происходят от гена L-колбочки и экзоны 4 - 6 от гена M-колбочки.
Замена L(A180) на L(S180) очень часто встречается у мужчин. Например, есть данные (Neitz и Neitz, 1998), что в кавказском генотипе более половины популяции - L(S180).
Полиморфизм М(A180) на М(S180) наоборот, заметно более редкое явление - 93 % (Neitz и Neitz, 1998) мужчин имеют «нормальный» М(A180) вариант.
При исследовании гибридных генов обнаружено, что спектральная чувствительность фотопигмента, который кодируется L2M3(A180), фактически неразличима с опсином, закодированным нормальным геном М(A180) или его аналогом L1M2(A180) (Sharpe и др., 1998). Эти разновидности опсинов M-колбочки можно не различать при исследовании цветного зрения.
Более подробный анализ литературы по другим генным аномалиям будет выполнен позже.
Из анализа структуры генов также следует, что для измерения нормальной спектральной чувствительности L - колбочек нужно отбирать поровну дихроматов с генами фотопигмента типа L(A180) и L(S180). Для измерения M-колбочек нужны дихроматы М(A180), L1M2(A180) или L2M3(A180). Также возможны измерения спектральной чувствительности L- и M-колбочек на неполных дихроматах (с двумя типами генов), но только тогда, когда у пары генов совпадает спектральная чувствительность: например, L1M2(A180) + M(A180) или L2M3(A180) + M(A180).
©2008, pylski@yandex.ru
Это краткое резюме по генетическим методам исследования спектральной чувствительности двух (из трех) человеческих фоторецептров: M- и L- колбочки. Благодаря таким исследованиям в науке получены два важных результата:
· Выделено и оценено явление полиморфизма, что приводит к некоторой вариабельности цветного восприятия в человеческой популяции;
· Показан точный способ прямых измерений спектральной чувствительности колбочек с помощью цветоаномалов – дихроматов.
Более подробную информацию можно найти (Nathans и др., 1992; Sharpe и др., 1999; Stockman и др., 2000).
Спектральная чувствительность всех трех колбочек строго определена тремя генами (лежат в head to tail tandem array on the q-arm of the X-chromosome). Каждый ген состоит из шести областей кодирования (их называют экзонами), назначение их – производить белок опсин (opsin), который является фоточувствительным элементом колбочки (пигментом). Три гена – три белка – три вида колбочек.
Ген – не самая стабильная структура. Иногда там случаются нарушения, такие как внутригенная рекомбинация и/или слияния экзонов. Для цветного зрения нормальной человеческой популяции важен один из вариантов полиморфизма - частая замена аланина (alanine) серином (serine), происходящая в кодоне 180 экзона 3. Варианты «нормального» гена (с аланином) будем называть L(A180) и M(A180), варианты с серином - L(S180) и M(S180) соответственно.
Также заметно влияние на популяцию и гибридных вариантов. Поскольку гены фотопигмента M- и L- колбочки являются очень гомологичным и смежным с друг другом, внутригенная рекомбинация между ними является общей и может привести к появлению гибрида (или генов слияния). Некоторые из таких гибридов неотличимы от нормальных, например поскольку экзоны 1 и 6 в L- и M- генах идентичны, гибридный ген L1M2 кодирует фактический M-фотопигмент. Также встречаются и аномальные варианты.
Каждый гибридный ген может быть идентифицирован участком, в которых встречается слияние (обычно это происходит между экзонами). Например L3M4 указывает гибридный ген, в котором экзоны 1 - 3 происходят от гена L-колбочки и экзоны 4 - 6 от гена M-колбочки.
Замена L(A180) на L(S180) очень часто встречается у мужчин. Например, есть данные (Neitz и Neitz, 1998), что в кавказском генотипе более половины популяции - L(S180).
Полиморфизм М(A180) на М(S180) наоборот, заметно более редкое явление - 93 % (Neitz и Neitz, 1998) мужчин имеют «нормальный» М(A180) вариант.
При исследовании гибридных генов обнаружено, что спектральная чувствительность фотопигмента, который кодируется L2M3(A180), фактически неразличима с опсином, закодированным нормальным геном М(A180) или его аналогом L1M2(A180) (Sharpe и др., 1998). Эти разновидности опсинов M-колбочки можно не различать при исследовании цветного зрения.
Более подробный анализ литературы по другим генным аномалиям будет выполнен позже.
Из анализа структуры генов также следует, что для измерения нормальной спектральной чувствительности L - колбочек нужно отбирать поровну дихроматов с генами фотопигмента типа L(A180) и L(S180). Для измерения M-колбочек нужны дихроматы М(A180), L1M2(A180) или L2M3(A180). Также возможны измерения спектральной чувствительности L- и M-колбочек на неполных дихроматах (с двумя типами генов), но только тогда, когда у пары генов совпадает спектральная чувствительность: например, L1M2(A180) + M(A180) или L2M3(A180) + M(A180).