家犬毛色形成的基础

家犬毛色形成的生物学基础

• 犬体内只有一种色素细胞，即黑色素细胞。除视网膜色素细胞外，黑色素细胞都起源于胚胎期的躯干神经嵴细胞。

• 犬毛色是由黑色素细胞产生的两种不同类型的黑色素（Melanin），即真黑色素（Eumelanin）和褐黑色素（Pheomelanin）的比例和分布决定的。

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黑色素合成

1. 合成场所

• 黑色素主要是在黑素小体（ melanosome）中合成的，黑素小体是黑色素细胞中一类由高尔基体-内质网-溶酶体形成的不连续的膜状细胞器。
• 根据黑化程度，黑素小体分为四个阶段：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。Ⅰ、Ⅱ阶段的黑素小体没有合成黑色素的活性，只有当黑素小体内同时存在酪氨酸（Tyrosine）和酪氨酸酶（Tyrosinase，TYR）时，它才会被激活进入 Ⅲ、Ⅳ 阶段，此时的黑素小体具有合成黑色素的生物活性。

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2. 合成过程

• 多巴醌（第一阶段）

  黑素小体的酪氨酸（Tyrosine）在酪氨酸酶 (Tyrosinase, TYR) 催化下，羟化反应生成 L-3,4-二羟基苯丙氨酸（3, 4-dihydroxyphenylalanine, DOPA）即多巴，随后多巴进一步氧化为多巴醌（Dopaquinone, DQ），DQ 是合成真黑色素和褐黑色素的共同前体物。

  因为后面的反应在生理条件下可自然进行，所以该阶段为黑色素合成的限速步骤。

• 真黑色素的合成（第二阶段，分两种情况）

  • 多巴醌经生化反应生成多巴色素（Dopachrome），之后自发脱羧成 5,6-二羟基吲哚（5,6-dihydroxindole, DHI），DHI 经 TYR 催化为 5,6-吲哚醌（indole-5,6-quinone, IQ）。
  • 多巴色素（Dopachrome）在酪氨酸酶相关蛋白-2 (Tyrosinase-related Protein 2, TYRP2) 也称为多巴色素异构酶（3,4-dihydroxyphenylalanine-chrome tautomerase, DCT）作用下，羟化为 5,6-二羟基吲哚羧酸 (5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid, DHICA)，DHICA 在酪氨酸酶相关蛋白-1 (Tyrosinase-related Protein 1, TYRP1) 也称为 5,6-二羟基吲哚羧酸（5,6-dihydroxindole-2-carboxylic acid, DHICA）氧化酶作用下，氧化为吲哚-2-羧酸-5,6-醌（indole-2-carboxylic acid-5,6-quinone, ICAQ ），最后DHICA，IQ，ICAQ等与真黑色素合成过程中的其他中间产物结合形成真黑色素。

• 褐黑色素的合成（第二阶段）

  多巴醌在酪氨酸不足的情况下，半胱氨酸（cysteine, Cys）参与反应，产生半胱氨酰多巴（5‐S‐cysteinyldopa, 5SCD) 和 5-羟基-1,4-苯肼噻嗪丙氨酸 (5-hydroxy-1,4-benzothiazinylalanine, HBTA) ，经过关环、脱羧等一系列反应，最终形成褐黑色素。

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3. 调控过程

• 真黑色素生成需要 α-促黑色素细胞刺激激素（α-melanocyte-stimulating Hormone, α-MSH）与黑色素皮质素受体1（melanocortin receptor 1, MC1R）结合，刺激 TYR 酶的活性并使 TYRP1 和 TYRP2 的表达上调，合成真黑色素。
• 当野灰色信号蛋白（Agouti-signallillg Protein, ASIP）通过拮抗作用结合 MC1R，则会降低 TYR 酶的活性，使 TYRP1 和 TYRP2 的表达下调，合成褐黑色素。

Molecular mechanism of melanin production.jpg

4. 小结

• 黑色素（Melanin）

  • 黑色素由黑色素细胞产生，主要分布在毛囊和皮肤的基底层。

  • 家犬毛色是由真黑色素和褐黑色素的相对数量和分布决定的。

• 黑色素种类

  • 真黑色素（Eumelanin）
    • 不含硫原子
    • 黑色
    • 褐色
  • 褐黑色素（Pheomelanin）
    • 含硫原子
    • 黄色
    • 红色