Может, стоит обратить взор на «голых» животных? Однако факты таковы, что у различных млекопитающих исчезновение шерсти шло очень разными путями. Так, отсутствие волос у голых землекопов связывают с мутацией в гене Hairless (HR){9}. Исследования мексиканских, перуанских и китайских голых собак показали, что голы они из-за поломки гена FOXI3. Про китайских собак надо уточнить: речь о голой разновидности китайской хохлатой собаки. Кстати, у таких собак не только нет шерсти, но может не хватать зубов во рту, клыки странной формы, а гомозиготы по мутантному гену FOXI3 вообще гибнут на дородовой стадии{10}. То, что у американских и у китайских голых собак обнаружилась одна и та же мутация, указывает на их общее происхождение. По-видимому, предки китайской породы привезены в Поднебесную из Нового Света.
Бесшерстые кошки породы сфинкс «раздеты» благодаря мутации в гене KRT71, который кодирует один из кератинов, отвечающих за структуру волосяного фолликула{11}. Кстати, другой вариант этого гена связан с короткой кудрявой шерстью еще одной породы кошек девон-рекс. У людей нарушения работы Keratin 71 приводят к синдрому «шерстистых волос» (woolly hairs) или к отсутствию волос на теле гипотрихозу{12}.
Как видим, существует много способов оголиться, и у человека тут, судя по всему, свой особый путь.
Раз мы перешли к разговору о человеческих патологиях, то наверняка вы помните картинку в школьном учебнике, на которой изображен человек с лицом, заросшим длинными волосами. В старых книжках такая иллюстрация служила примером «атавизма». На самом деле существует несколько наследуемых разновидностей этого заболевания например, синдром Амбраса (вызываемый мутациями на 8-й хромосоме, возможно, в гене TRPS1), при котором волосами покрыты лицо и плечи, или терминальный гипертрихоз, когда «шерстью» зарастает все тело, за исключением ладоней и стоп (полагают, что «глючит» какой-то ген на Х-хромосоме). Есть и другие варианты, генетическая природа которых не всегда ясна, когда волосы начинают расти на локтях, шее, ушах, носу, ладонях А как насчет врожденных форм алопеции? В исследовании, проведенном с участием российских ученых, показана связь ряда таких патологий с мутацией в гене LIPH{13}. Быть может, поиск причин подобных недугов выведет генетиков на те самые «гены-регуляторы», направлявшие эволюцию наших волос.
Лечим алопецию у мышей
Пока же модельные животные помогают разбираться с молекулярными механизмами, лежащими в основе роста волос. Известно, что развитием волосяного фолликула и волоса управляет «волосяной сосочек» особое образование, клетки которого подают биохимические сигналы другим клеткам фолликула. В ходе экспериментов было показано, что активность самих клеток волосяного сосочка (ВС) регулируется некими сигналами, выделяемыми другими клетками волосяной луковицы, в частности костным морфогенетическим белком-6 (Bone morphogenic protein, BMP-6). Это белок фактор роста, известный своей ролью в регуляции развития костной ткани. Отсюда и название. Но, как выяснилось, у BMP-6 есть и другие функции. Только в присутствии этого фактора роста клетки ВС мышей сохраняли способность инициировать развитие волосяного фолликула.
Выяснили это так (оцените замысловатость эксперимента!): брали клетки ВС одной мыши, перемешанные с клетками кожи кератиноцитами второй мыши, и подсаживали их в углубления, вырезанные на спине третьей безволосого мутанта. Чтобы удобнее было наблюдать за процессом, кератиноциты использовали от генетически модифицированного животного, такие клетки производили светящийся в ультрафиолете белок. Когда голой мыши пересаживали только кератиноциты, никаких волос, естественно, у нее не развивалось. При подсадке кератиноцитов с клетками ВС на затянувшемся углублении в коже появлялись редкие волоски. А если клетки ВС перед этим обработали BMP-6, у мышки на месте пересадки вырастал пучок густой шерсти{14}.
Генетика волосатых лапок
Конечно, ученые только начали разбираться в том, как с помощью биохимических сигналов регулируется рост волос. Когда прояснятся детали процесса, это, вероятно, позволит не только победить облысение, но и выяснить, как происходила эволюция волосяного покрова наших предков с точки зрения генетики. Исследования все тех же мышей дали ряд любопытных результатов в этом направлении, и вот один из них. Мыши похожи на человека тем, что у этих зверьков редкий случай на некоторых участках задних лапок расположены вперемешку волосы и эккриновые потовые железы. Помните, что у большинства млекопитающих, за исключением приматов, эккриновые железы есть только на безволосой части стоп? Мыши вроде бы не являются исключением подушечки их лапок тоже покрыты эккриновыми железами и лишены волос, однако на участках между подушечками развиваются и потовые железы, и волоски как у человека. При этом число волос и потовых желез различается у разных мышиных линий (речь идет о лабораторных мышах). Исследователи подсчитали, что у одной из популярных линий мышей волосяных фолликулов много, а потовых желез мало. У другой линии ситуация обратная: много желез, мало волос. У гибридов первой и второй линий два признака находились в обратной зависимости: чем больше одного, тем меньше второго, хотя зависимость получалась нелинейная. Известно, что в формировании потовых желез и волосяных фолликулов у эмбриона задействованы общие молекулярные механизмы и общие гены. Может, есть какой-то общий фактор, управляющий количеством того и другого? Поиски привели ученых к гену En1, который работает в коже мышиных стоп у плода, когда формируются кожные придатки. Что важно: экспрессия гена сильная в коже подушечек, где волос нет, и ниже в промежуточных участках, где есть и железы, и волосяные фолликулы. А там, где эккриновые железы отсутствуют, ген неактивен. Сам ген En1 кодирует фактор транскрипции, известный своей ролью в подавлении работы других генов. Анализ гибридов показал, что с числом придатков желез и волос связаны мутации, влияющие на активность En1. Чем активнее ген, тем больше эккриновых желез и тем меньше волос[22].
Пока же модельные животные помогают разбираться с молекулярными механизмами, лежащими в основе роста волос. Известно, что развитием волосяного фолликула и волоса управляет «волосяной сосочек» особое образование, клетки которого подают биохимические сигналы другим клеткам фолликула. В ходе экспериментов было показано, что активность самих клеток волосяного сосочка (ВС) регулируется некими сигналами, выделяемыми другими клетками волосяной луковицы, в частности костным морфогенетическим белком-6 (Bone morphogenic protein, BMP-6). Это белок фактор роста, известный своей ролью в регуляции развития костной ткани. Отсюда и название. Но, как выяснилось, у BMP-6 есть и другие функции. Только в присутствии этого фактора роста клетки ВС мышей сохраняли способность инициировать развитие волосяного фолликула.
Выяснили это так (оцените замысловатость эксперимента!): брали клетки ВС одной мыши, перемешанные с клетками кожи кератиноцитами второй мыши, и подсаживали их в углубления, вырезанные на спине третьей безволосого мутанта. Чтобы удобнее было наблюдать за процессом, кератиноциты использовали от генетически модифицированного животного, такие клетки производили светящийся в ультрафиолете белок. Когда голой мыши пересаживали только кератиноциты, никаких волос, естественно, у нее не развивалось. При подсадке кератиноцитов с клетками ВС на затянувшемся углублении в коже появлялись редкие волоски. А если клетки ВС перед этим обработали BMP-6, у мышки на месте пересадки вырастал пучок густой шерсти{14}.
Генетика волосатых лапок
Конечно, ученые только начали разбираться в том, как с помощью биохимических сигналов регулируется рост волос. Когда прояснятся детали процесса, это, вероятно, позволит не только победить облысение, но и выяснить, как происходила эволюция волосяного покрова наших предков с точки зрения генетики. Исследования все тех же мышей дали ряд любопытных результатов в этом направлении, и вот один из них. Мыши похожи на человека тем, что у этих зверьков редкий случай на некоторых участках задних лапок расположены вперемешку волосы и эккриновые потовые железы. Помните, что у большинства млекопитающих, за исключением приматов, эккриновые железы есть только на безволосой части стоп? Мыши вроде бы не являются исключением подушечки их лапок тоже покрыты эккриновыми железами и лишены волос, однако на участках между подушечками развиваются и потовые железы, и волоски как у человека. При этом число волос и потовых желез различается у разных мышиных линий (речь идет о лабораторных мышах). Исследователи подсчитали, что у одной из популярных линий мышей волосяных фолликулов много, а потовых желез мало. У другой линии ситуация обратная: много желез, мало волос. У гибридов первой и второй линий два признака находились в обратной зависимости: чем больше одного, тем меньше второго, хотя зависимость получалась нелинейная. Известно, что в формировании потовых желез и волосяных фолликулов у эмбриона задействованы общие молекулярные механизмы и общие гены. Может, есть какой-то общий фактор, управляющий количеством того и другого? Поиски привели ученых к гену En1, который работает в коже мышиных стоп у плода, когда формируются кожные придатки. Что важно: экспрессия гена сильная в коже подушечек, где волос нет, и ниже в промежуточных участках, где есть и железы, и волосяные фолликулы. А там, где эккриновые железы отсутствуют, ген неактивен. Сам ген En1 кодирует фактор транскрипции, известный своей ролью в подавлении работы других генов. Анализ гибридов показал, что с числом придатков желез и волос связаны мутации, влияющие на активность En1. Чем активнее ген, тем больше эккриновых желез и тем меньше волос[22].
Генетики получили мышей-мутантов, у которых ген En1 «выключен». У таких генетически модифицированных мышей (гомозиготных по молчащему гену En1) на подушечках лапок развивались волосы, а потовые железы не формировались вообще.
Конечно, En1 явно не единственный фактор, поскольку им определяется менее 50 % наследуемой изменчивости числа волос и потовых желез. Однако трудно не увидеть здесь параллели с эволюцией людей. Может, и у наших предков изменения в работе гена En1 привели к тому, что волосы поредели, а число потовых желез, напротив, возросло?{15} Хорошо бы теперь эту гипотезу проверить на людях и шимпанзе. Для начала хотя бы посмотреть: действительно ли у человека на тех участках кожи, где волосяных фолликулов меньше, плотность потовых желез будет выше, чем у обезьян? Стоит, конечно, вспомнить, что человек отличается от шимпанзе скорее не количеством волосяных фолликулов, а характером растущих из них волос.