Genes, colores y pelirrojos

Por Lluis Montoliu, el 18 diciembre, 2018. Categoría(s): Biología • Ciencia • Conferencias • Divulgación • Genética • Medicina • Química
Chica pelirroja. Fotografía de GLP (geneticliteracyproject.org)

Los días 13, 14 y 15 de diciembre de 2018 ha tenido lugar en Granada la quinta (5) edición de Desgranando Ciencia, celebrada en esta ocasión en el Aula Magna de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Granada. El sábado por la tarde tuve ocasión de impartir una charla de divulgación científica, de 10 minutos de duración con el mismo título que este artículo, y cuyo vídeo podéis ver ya en YouTube (a partir del minuto 35’12”). El texto que sigue a continuación es una adaptación de la transcripción de la charla para este blog de Naukas, ilustrada con alguna de las diapositivas que usé.

El color naranja-rojizo es el color característico de las personas pelirrojas. Y es, además, el color de uno de los dos tipos de pigmentos que tenemos: la feomelanina. El otro pigmento, mucho más oscuro, negruzco, se denomina eumelanina. La feomelanina y la eumelanina son dos tipos de melanina. La mezcla de los dos pigmentos en distintas proporciones, variando tanto en cantidad como en distribución, es la responsable de todos los tipos de colores de pelo y de piel que tenemos los seres humanos. De los aproximadamente 20.000 genes que tenemos nada menos que 650 genes se destinan, directa o indirectamente, a regular la pigmentación, que no solo sirve para protegernos del sol sino que también determina, en muchos animales, el éxito reproductivo, al utilizarse para atraer a los individuos del sexo contrario.

La melanina se produce dentro de unos orgánulos celulares, llamados melanosomas, derivados de los lisosomas, y en unas células llamadas melanocitos.

La melanina se produce en unas células llamadas melanocitos. Dentro de estas células existen unos orgánulos, llamados melanosomas, que son las verdaderas fábricas de melanina. Los melanocitos están en la piel (entre otros lugares del cuerpo, como en el iris, el coroides, la cóclea, las válvulas cardíacas, en los folículos pilosos, etc…), y en la piel los melanocitos se acomodan en la base de la epidermis, muy cerca de la dermis. Los melanocitos, cuando producen pigmento, transfieren los melanosomas a los queratinocitos. Por eso cuando tomamos el sol tardamos un tiempo en broncearnos, el tiempo que tardan los queratinocitos en cargarse de pigmento. De la misma manera que tardamos un tiempo en perder el bronceado, cuando dejamos de tomar el sol, el tiempo que tardan los queratinocitos cargados de pigmento en descamarse y perderse. Esta transferencia de melanosomas es sumamente importante, y es lo que esencialmente diferencia una persona blanca de una persona negra. No es el número de melanocitos, como podríamos imaginar, que es similar, sino el hecho de que en las personas negras los melanocitos transfieren más eficazmente los melanosomas a los queratinocitos.

Biosíntesis de la melanina en los melanocitos.

La melanina se sintetiza a partir de la oxidación enzimática de un aminoácido, la tirosina, que inicialmente lleva a cabo una enzima: la tirosinasa. Si la vía enzimática está activada los compuestos intermediarios, L-DOPA y DOPAquinona, progresarán hasta formar la eumelanina. Pero si la ruta enzimática está inhibida entonces la DOPAquinona derivará espontáneamente en la producción de tioderivados, con átomos de azufre, y lo que acabará produciéndose es la feomelanina. ¿Quién controla si en un momento determinado debe producirse eumelanina o feomelanina? El receptor de melanocortina de tipo 1: MC1R, que está en la membrana plasmática de los melanocitos y puede interaccionar con estimulos positivos, activadores, y negativos, inhibidores. Por ejemplo, en presencia de la hormona estimuladora del melanocito, alpha-MSH, se activa la síntesis enzimática de eumelanina. Por otro lado, existen moléculas inhibidoras, como el péptido de señalización agouti, o ASP, que cuando se unen al receptor MC1R lo bloquean y, entonces, ya no puede activarse la producción de eumelanina y solamente se puede acumular feomelanina.

Papel central del receptor MC1R en la síntesis del tipo de melanina. Derecha: ante la estimulación por alfa-MSH se produce eumelanina. Izquierda: ante la inhibición causada por ASP se acumula feomelanina.

En realidad tanto las moléculas activadoras (alfa-MSH) como inhibidoras (ASP) normalmente coexisten y determinan la proporción de cada tipo de pigmento que se produce en cada momento. En la gran mayoría de animales, la mezcla de las dos melaninas producidas da lugar al color marrón brillante del pelaje de muchos mamíferos, que se llama también agouti. La estimulación e inhibición en ciclos sucesivos del receptor MC1R permite acumular diferentes melaninas mientras el pelo está creciendo. Esto produce un camuflaje exquisito, para pasar desapercibido entre la hojarasca, debido a que los pelos de muchos mamíferos tienen eumelanina en sus extremos y feomelanina en la zona central.

La mutación del receptor MC1R impide la activación de la síntesis de eumelanina y solamente permite acumular feomelanina.

¿Qué sucede cuando el receptor MC1R no funciona o está mutado? Pues que ya no puede recibir ni estímulos ni inhibiciones, siendo incapaz de activar la síntesis de eumelanina. Entonces solo se puede acumular la feomelanina. Esto es exactamente lo que sucede con los ratones pelirrojos que tienen una mutación en el gen Mc1R. Y, claro está, con las personas pelirrojas, que tienen el gen MC1R mutado. Mutaciones en el mismo gen MC1R son las responsables del color pelirrojo de la raza de perros Setter Irlandés y de los caballos de color castaño (chestnut). De igual manera, mutaciones en el gen que codifica para la hormona alfa-MSH (que impiden activar el receptor MC1R) tendrán un efecto equivalente. Recientemente se han descrito personas pelirrojas en Inglaterra con mutaciones en alfa-MSH.

La mutación del gen ASP determina la activación constante del receptor MC1R por la hormona alfa-MSH y la síntesis exclusiva de eumelanina.

Por otro lado, si la mutación afecta al gen que codifica para el péptido inhibidor ASP entonces el receptor MC1R solamente recibirá los estímulos positivos de la hormona alfa-MSH y permanentemente sintetizará solamente eumelanina. Mutaciones en el gen ASP son las responsables del color negro de los ratones, y también en los caballos. Existen otras moléculas inibidoras análogas al péptido ASP, como las beta-defensinas, que cuando el gen que las codifica está mutado determinan el color negro de los perros. Naturalmente la enzima tirosinasa está en la base de la síntesis de ambos tipos de melanina: eumelanina y feomelanina. Por eso, en ausencia de tirosinasa, que es lo que ocurre cuando el gen correspondiente TYR está mutado, no se produce ninguna melanina y aparece el albinismo, del que tenemos constancia en todas las especies animales, desde el ratón a los seres humanos.

Genética de las personas pelirrojas. Cuando en una pareja los dos miembros son portadores pueden tener hijos pelirrojos.

Hablemos de la genética de las personas pelirrojas. Recordemos que de cada gen normalmente tenemos dos copias, la que heredamos de nuestro padre y la que heredamos de nuestra madre. La mayoría de mutaciones son recesivas, es decir, no manifiestan su efecto mientras siga existiendo una copia funcional, y para que se haga patente el efecto de la mutación ambas copias deben estar mutadas. Una pareja cuyos dos integrantes solo tengan copias funcionales del gen MC1R habitualmente no tendrán un hijo pelirrojo ni transmitirán mutaciones a su descendencia. Si uno de los miembros de la pareja es portador de una mutación en el gen MC1R entonces transmitirá la copia mutante a la mitad de su descendencia (la transmitirá al 50% en cada embarazo), y distribuirá el alelo mutante entre la descendencia, que pasarán a ser portadores, pero seguirán sin ser hijos pelirrojos. Las personas pelirrojas pueden aparecer cuando los dos miembros de la pareja son portadores de mutaciones en el gen MC1R. Entonces, con una probabilidad del 25% en cada embarazo o, aproximadamente, en 1 de cada 4 hijos podrá aparecer uno pelirrojo. Si una persona pelirroja tiene hijos con una persona sin mutaciones, entonces ninguno de sus hijos será pelirrojo, pero todos serán portadores de las mutaciones en el gen MC1R. Pero si la pareja de una persona pelirroja es, además, portadora entonces en cada embarazo tendrá una probabilidad del 50% de tener un hijo pelirrojo, o aproximadamente la mitad de sus hijos serán pelirrojos. Por supuesto si ambos miembros de la pareja son pelirrojos todos sus hijos también lo serán.

Porcentaje de personas pelirrojas en diferentes países europeos. Fuente: The Guardian.

¿Dónde encontramos personas pelirrojas con más frecuencia? En general representan del 1 al 2% de la población, pero en Irlanda, y en el Reino Unido, principalmente en Gales y Escocia, la frecuencia puede ser 10 veces superior. Las mutaciones en el gen MC1R han aparecido varias veces, de forma independiente, a lo largo de la evolución humana, (por ejemplo, también en Rusia, alrededor de Moscú), permitiendo a los habitantes del norte de Europa aprovechar la piel pálida resultante que aparece en los individuos pelirrojos y así conseguir aprovechar el poco sol que reciben para producir la cantidad necesaria de vitamina D. Hoy sabemos que también aparecieron mutaciones en el gen MC1R en los neardentales, sin que esto quiera decir que los pelirrojos provengan de ellos. Donde hay más pelirrojos es en Irlanda y allí organizan festivales anuales donde se reúnen miles de personas pelirrojas. En realidad el origen irlandés y británico de la mayoría de mutaciones pelirrojas explica dónde podemos encontrar hoy en día estas personas con mayor frecuencia. Muchos irlandeses y británicos viajaron y colonizaron Australia, que tiene un porcentaje igualmente alto de pelirrojos, y muchos emigraron hacia Estados Unidos de América (EE. UU.), donde encontramos hoy en día muchas personas pelirrojas también.

Lugares en España que pueden presentar una mayor frecuencia de personas pelirrojas.

En nuestro país, las personas pelirrojas pueden encontrarse con una mayor frecuencia en todos aquellos lugares que han sido regularmente visitados por irlandeses y británicos en el pasado. Por ejemplo, en toda la cornisa cantábrica y en Galicia. Pero también en Huelva, en particular alrededor de las Minas de Riotinto, debido a la explotación minera desde tiempos antiguos que, en los últimos tres siglos incluyó empresas del norte de Europa, también británicas, que se establecieron allí, y con ellas llegaron las mutaciones en el gen MC1R. Aunque hoy en día puede no resultar evidente la presencia mayor de personas pelirrojas un vistazo al Instituto Nacional de Estadística (INE), en su base de datos de apellidos españoles por provincia, nos permite constatar que apellidos como “Bermejo”, que denotan un origen de una persona pelirroja, son mucho más frecuentes en Huelva que en cualquier otra provincia costera andaluza. Igualmente pueden encontrarse más pelirrojos en la zona de Portmán (Murcia), otra explotación minera que fue dirigida por empresas británicas en siglos pasados y que tiene el triste honor de ser uno de los puntos más contaminados del mar Mediterráneo, debido a su bahía totalmente colmada de residuos de mineral acumulados tras años de explotación minera. Y finalmente también en las Islas Baleares, en particular en Menorca, que fue conquistada y gobernada por los británicos durante casi todo el siglo XVIII (1708-1802). Durante casi 100 años muchos británicos se trasladaron a Menorca y dejaron igualmente sembrada la zona de mutaciones en el gen MC1R.

No todo es maravilloso en el mundo de los pelirrojos. Su piel clara no solo no les protege suficientemente frente a la radiación solar sino que, además, la feomelanina es fotosensible. Por consiguiente, las personas pelirrojas se queman por el sol con mayor facilidad y deben protegerse del sol, con ropa y cremas protectoras adecuadas (factor 50+), así como revisar regularmente sus pecas y lunares para observar cualquier cambio sospechoso de la aparición de un tipo muy agresivo de cáncer de piel, el melanoma, para el cual las personas pelirrojas tienen un mayor riesgo de desarrollarlo. A pesar de su mal pronóstico, si acaba produciendo metástasis, el melanoma puede controlarse bien en la gran mayoría de los casos si es detectado y eliminado (quirúrgicamente) a tiempo. Hay que recordar la regla ABCDE, que hace referencia a Asimetría, Bordes, Color, Diámetro y Evolución. Cualquier cambio en el aspecto de pecas y lunares en alguno de estos cinco parámetros debe ponernos sobre alerta y hacernos visitar, cuanto antes, un dermatólogo para que valore cualquier posible lesión cutánea.

Otro aspecto frecuentemente asociado a las personas pelirrojas es la percepción alterada del dolor. El receptor MC1R pertenece a la familia de receptores de melanocortinas que, entre sus funciones, también están encargados de transmitir la percepción del dolor. Por ello, a pesar de que no se conoce el mecanismo en detalle, las personas pelirrojas pueden necesitar dosis mayores de anestesia (por ejemplo en el dentista o en una operación quirúrgica) para anular la percepción del dolor, e igualmente presentan una mayor sensibilidad a las variaciones térmicas, tanto el frío como el calor. También pueden necesitar menores dosis de analgésicos opiáceos, que son los que también interaccionan con los receptores de melanocortina.

De cualquier manera, las personas pelirrojas son estupendas (¡como las que no son pelirrojas!), porque las personas pelirrojas son… “simplemente pelirrojas“.



 

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