MC1R and SLC24A5 gene diversity among global populations: assessment of environmental and evolutionary aspects

Dentre os vários marcadores genéticos existentes, alguns SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) podem estar associados à determinação de uma série de características fenotípicas (cor de pele, olhos e cabelos, estatura, forma do rosto, espessura do fio de cabelo) tendo sua predição um grande valor nas investigações forenses. Dentre os principais genes conhecidos por controlarem a pigmentação humana, através da produção da melanina, o SLC24A5 (solute carrier family 24, member 5) e o MC1R (melanocortin 1-receptor) apresentam um papel fundamental na melanogênese. O advento do sequenciamento de nova geração permitiu o processamento de várias regiões genômicas e indivíduos simultaneamente, aumentando a disponibilidade e precisão de dados de genomas completos, como alcançado em estudos como o 1000 Genomes Project. Nossas análises preliminares demonstraram que os dados de Fase 3 do 1000 Genomes são muito mais confiáveis do que as versões anteriores. Com esses dados, obtidos para 26 populações globais, foram realizadas análises populacionais (diversidade haplotípica, desequilíbrio de ligação, redes de haplótipo e de variância molecular) para os genes MC1R e SLC24A5 a fim de se compreender melhor seus padrões de diversidade, correlacionando-os à prováveis eventos de seleção natural que tenham moldado sua história evolutiva, como por exemplo a intensidade da radiação UV nas diferentes regiões geográficas. Alguns padrões foram encontradas entre os grupos africano, europeu e asiático, de acordo com a história evolutiva já descrita para estes grupos. Apesar disso, foi observado um padrão claro de varredura seletiva para o SLC24A5 nos resultados obtidos, como o alto desequilíbrio de ligação e baixa diversidade haplotípica. As análises da diversidade do SLC24A5 associadas com as zonas de incidência UV, no entanto, não apresentaram uma correlação clara entre a intensidade da radiação UV e a diversidade haplotípicaAmong the various existing genetic markers, some SNPs may be associated with the determination of a series of phenotypic characteristics (skin, eyes and hair color, height, face shape, hair thickness) and its prediction could have a great value in forensic investigations. Among the major genes known to control human pigmentation through melanin production, SLC24A5 (solute carrier family 24, member 5) and MC1R (melanocortin-1 receptor) have a major role in melanogenesis. The advent of next-generation sequencing has enabled processing of several individuals and genomic regions simultaneously while increasing the availability and accuracy of whole genomes data, such as 1000 Genomes Project has achieved. Our preliminary analysis showed that Phase 3 data from the 1000 Genomes are far more reliable than previous versions. Using this data, obtained for 26 global populations, several analyzes were performed (haplotype diversity, linkage disequilibrium, haplotype networks and molecular variance) for MC1R and SLC24A5 in order to better understand their diversity patterns, correlating them to natural selection events which may have shaped their evolutionary history, such as UV radiation intensity in different geographical regions. Some patterns were found between African, European and Asian groups, according to the evolutionary history already described for these groups. Nevertheless, a strong pattern of selective sweep was observed for SLC24A5 in our data, such as high linkage disequilibrium and low haplotype diversity. Analysis of SLC24A5 diversity associated to UV, however, did not show a clear correlation between the UV radiation intensity and haplotype diversit

MC1R Gene Polymorphisms Analysis Associated with Human Pigmentation Phenotypes on the Brazilian Population.

Dentre os genes conhecidos por influenciarem a variação normal de pigmentação de olhos, pele e cabelos em humanos, o gene MC1R (receptor de melanocortina 1) é o mais bem caracterizado até o momento. A atuação do MC1R ocorre pela produção de uma proteína transmembrana nos melanócitos, responsável pela regulação da produção de melanina nos mesmos. Sabe-se que a atuação do MC1R determina a proporção entre eumelanina (coloração castanha/preta) e feomelanina (coloração amarela/vermelha) presente nos melanócitos. O presente trabalho tem como objetivo analisar os SNPs conhecidos do gene MC1R com o propósito de se avaliar a influência da diversidade deste gene em características como a presença de sardas e variação da pigmentação dos olhos, pele e cabelos em humanos. Foram analisados 29 SNPs conhecidos da região codificadora do gene MC1R em 131 indivíduos da região de Ribeirão Preto, SP. A extração do DNA foi feita pela técnica de salting-out. A região codificadora do gene MC1R (951pb) foi amplificada em uma única reação de PCR, a qual foi seqüenciada em um analisador genético ABI-PRISM 310 por eletroforese capilar, utilizando-se os mesmos primers empregados para a amplificação. Dos 29 SNPs avaliados, 22 deles mostraram variação nas amostras estudadas, sendo que metade deles demonstrou estar associados a características de pigmentação. Observou-se um conjunto de SNPs associados claramente à fenótipos relacionados à feomelanina (+1645 A, +1858 T e +2260 C), enquanto outros se relacionam à ocorrência de eumelanina (+1558 G, +2322 G, +2346 A). A reconstrução de haplótipos gerou 31 haplótipos, sendo que quatro deles estavam associados à pele escura e dois outros tinham freqüências significativamente baixas em pele clara. Um haplótipo se associou a olhos verdes, enquanto dois outros tiveram associação com olhos castanho escuros. Cores escuras de cabelo se relacionaram à seis haplótipos distintos enquanto cabelos ruivos estavam associados à dois e um outro associado à cabelos loiros. Por fim, a ocorrência de sardas foi significativamente relacionada à três haplótipos. O presente trabalho apresenta associações significativas entre SNPs individuais e pigmentação de olhos, cabelos e pele, sendo que nossos dados confirmam que tal gene também desempenha papel relevante na variação de pigmentação na população brasileira.Among the known genes influencing eye, skin and hair normal pigmentation variation, the MC1R (melanocortin l-receptor) gene is the best characterized so far. The activity of MC1R occurs due the production of a transmembrane protein in melanocytes, responsible for regulating the production of melanin. It is known that the performance of MC1R determines the ratio of eumelanin (brown color I black) and pheomelanin (yellow I red) present in melanocytes. This study aims to analyze known SNPs of the MC1R gene in order to evaluate the influence of this gene diversity on features like freckles and pigmentation variation of eyes, skin and hair in humans. We analyzed 29 known SNPs in the coding region of MC1R gene in 296 individuals from the region of Ribeirao Preto, Brazil. DNA extraction was performed using the salting-out technique. The MC1R gene coding region (951pb) was amplified in a single PCR reaction, which was sequenced on a ABI PRISM-310 genetic analyzer by capillary electrophoresis, using the same primers used for amplification. Of the 29 SNPs evaluated, only 22 showed variation in the samples studied, half of them showing to be associated with pigmentation characteristics. We observed a set of SNPs clearly associated to pheomelanin (+1645 A, +1831 T,+1858 T e +2260 C), while others related to eumelanin occurrence (+1558 G, +2322 G, +2346 A).Haplotype reconstruction generated 31 haplotypes. Four of them were associated with dark skin and two had significantly low frequencies in fair skin. One haplotype was associated with green eyes, while two other had aSSOciation with dark brown eyes. Darker hair color was associated with six different haplotypes, whereas red hair was associated with two and blonde hair with one haplotype. Finally, the absence or presence of freckles was significantly related to three haplotypes. Our study shows significant associations between individual SNPs and eyes, hair and skin pigmentation. The results presented here confirm that this gene also plays a relevant role in the pigmentation variation in the Brazilian population

MC1R and SLC24A5 gene diversity among global populations: assessment of environmental and evolutionary aspects

Dentre os vários marcadores genéticos existentes, alguns SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) podem estar associados à determinação de uma série de características fenotípicas (cor de pele, olhos e cabelos, estatura, forma do rosto, espessura do fio de cabelo) tendo sua predição um grande valor nas investigações forenses. Dentre os principais genes conhecidos por controlarem a pigmentação humana, através da produção da melanina, o SLC24A5 (solute carrier family 24, member 5) e o MC1R (melanocortin 1-receptor) apresentam um papel fundamental na melanogênese. O advento do sequenciamento de nova geração permitiu o processamento de várias regiões genômicas e indivíduos simultaneamente, aumentando a disponibilidade e precisão de dados de genomas completos, como alcançado em estudos como o 1000 Genomes Project. Nossas análises preliminares demonstraram que os dados de Fase 3 do 1000 Genomes são muito mais confiáveis do que as versões anteriores. Com esses dados, obtidos para 26 populações globais, foram realizadas análises populacionais (diversidade haplotípica, desequilíbrio de ligação, redes de haplótipo e de variância molecular) para os genes MC1R e SLC24A5 a fim de se compreender melhor seus padrões de diversidade, correlacionando-os à prováveis eventos de seleção natural que tenham moldado sua história evolutiva, como por exemplo a intensidade da radiação UV nas diferentes regiões geográficas. Alguns padrões foram encontradas entre os grupos africano, europeu e asiático, de acordo com a história evolutiva já descrita para estes grupos. Apesar disso, foi observado um padrão claro de varredura seletiva para o SLC24A5 nos resultados obtidos, como o alto desequilíbrio de ligação e baixa diversidade haplotípica. As análises da diversidade do SLC24A5 associadas com as zonas de incidência UV, no entanto, não apresentaram uma correlação clara entre a intensidade da radiação UV e a diversidade haplotípicaAmong the various existing genetic markers, some SNPs may be associated with the determination of a series of phenotypic characteristics (skin, eyes and hair color, height, face shape, hair thickness) and its prediction could have a great value in forensic investigations. Among the major genes known to control human pigmentation through melanin production, SLC24A5 (solute carrier family 24, member 5) and MC1R (melanocortin-1 receptor) have a major role in melanogenesis. The advent of next-generation sequencing has enabled processing of several individuals and genomic regions simultaneously while increasing the availability and accuracy of whole genomes data, such as 1000 Genomes Project has achieved. Our preliminary analysis showed that Phase 3 data from the 1000 Genomes are far more reliable than previous versions. Using this data, obtained for 26 global populations, several analyzes were performed (haplotype diversity, linkage disequilibrium, haplotype networks and molecular variance) for MC1R and SLC24A5 in order to better understand their diversity patterns, correlating them to natural selection events which may have shaped their evolutionary history, such as UV radiation intensity in different geographical regions. Some patterns were found between African, European and Asian groups, according to the evolutionary history already described for these groups. Nevertheless, a strong pattern of selective sweep was observed for SLC24A5 in our data, such as high linkage disequilibrium and low haplotype diversity. Analysis of SLC24A5 diversity associated to UV, however, did not show a clear correlation between the UV radiation intensity and haplotype diversit

MC1R Gene Polymorphisms Analysis Associated with Human Pigmentation Phenotypes on the Brazilian Population.

Dentre os genes conhecidos por influenciarem a variação normal de pigmentação de olhos, pele e cabelos em humanos, o gene MC1R (receptor de melanocortina 1) é o mais bem caracterizado até o momento. A atuação do MC1R ocorre pela produção de uma proteína transmembrana nos melanócitos, responsável pela regulação da produção de melanina nos mesmos. Sabe-se que a atuação do MC1R determina a proporção entre eumelanina (coloração castanha/preta) e feomelanina (coloração amarela/vermelha) presente nos melanócitos. O presente trabalho tem como objetivo analisar os SNPs conhecidos do gene MC1R com o propósito de se avaliar a influência da diversidade deste gene em características como a presença de sardas e variação da pigmentação dos olhos, pele e cabelos em humanos. Foram analisados 29 SNPs conhecidos da região codificadora do gene MC1R em 131 indivíduos da região de Ribeirão Preto, SP. A extração do DNA foi feita pela técnica de salting-out. A região codificadora do gene MC1R (951pb) foi amplificada em uma única reação de PCR, a qual foi seqüenciada em um analisador genético ABI-PRISM 310 por eletroforese capilar, utilizando-se os mesmos primers empregados para a amplificação. Dos 29 SNPs avaliados, 22 deles mostraram variação nas amostras estudadas, sendo que metade deles demonstrou estar associados a características de pigmentação. Observou-se um conjunto de SNPs associados claramente à fenótipos relacionados à feomelanina (+1645 A, +1858 T e +2260 C), enquanto outros se relacionam à ocorrência de eumelanina (+1558 G, +2322 G, +2346 A). A reconstrução de haplótipos gerou 31 haplótipos, sendo que quatro deles estavam associados à pele escura e dois outros tinham freqüências significativamente baixas em pele clara. Um haplótipo se associou a olhos verdes, enquanto dois outros tiveram associação com olhos castanho escuros. Cores escuras de cabelo se relacionaram à seis haplótipos distintos enquanto cabelos ruivos estavam associados à dois e um outro associado à cabelos loiros. Por fim, a ocorrência de sardas foi significativamente relacionada à três haplótipos. O presente trabalho apresenta associações significativas entre SNPs individuais e pigmentação de olhos, cabelos e pele, sendo que nossos dados confirmam que tal gene também desempenha papel relevante na variação de pigmentação na população brasileira.Among the known genes influencing eye, skin and hair normal pigmentation variation, the MC1R (melanocortin l-receptor) gene is the best characterized so far. The activity of MC1R occurs due the production of a transmembrane protein in melanocytes, responsible for regulating the production of melanin. It is known that the performance of MC1R determines the ratio of eumelanin (brown color I black) and pheomelanin (yellow I red) present in melanocytes. This study aims to analyze known SNPs of the MC1R gene in order to evaluate the influence of this gene diversity on features like freckles and pigmentation variation of eyes, skin and hair in humans. We analyzed 29 known SNPs in the coding region of MC1R gene in 296 individuals from the region of Ribeirao Preto, Brazil. DNA extraction was performed using the salting-out technique. The MC1R gene coding region (951pb) was amplified in a single PCR reaction, which was sequenced on a ABI PRISM-310 genetic analyzer by capillary electrophoresis, using the same primers used for amplification. Of the 29 SNPs evaluated, only 22 showed variation in the samples studied, half of them showing to be associated with pigmentation characteristics. We observed a set of SNPs clearly associated to pheomelanin (+1645 A, +1831 T,+1858 T e +2260 C), while others related to eumelanin occurrence (+1558 G, +2322 G, +2346 A).Haplotype reconstruction generated 31 haplotypes. Four of them were associated with dark skin and two had significantly low frequencies in fair skin. One haplotype was associated with green eyes, while two other had aSSOciation with dark brown eyes. Darker hair color was associated with six different haplotypes, whereas red hair was associated with two and blonde hair with one haplotype. Finally, the absence or presence of freckles was significantly related to three haplotypes. Our study shows significant associations between individual SNPs and eyes, hair and skin pigmentation. The results presented here confirm that this gene also plays a relevant role in the pigmentation variation in the Brazilian population

Evaluation of MC1R high-throughput nucleotide sequencing data generated by the 1000 Genomes Project

Abstract The advent of next-generation sequencing allows simultaneous processing of several genomic regions/individuals, increasing the availability and accuracy of whole-genome data. However, these new approaches may present some errors and bias due to alignment, genotype calling, and imputation methods. Despite these flaws, data obtained by next-generation sequencing can be valuable for population and evolutionary studies of specific genes, such as genes related to how pigmentation evolved among populations, one of the main topics in human evolutionary biology. Melanocortin-1 receptor (MC1R) is one of the most studied genes involved in pigmentation variation. As MC1R has already been suggested to affect melanogenesis and increase risk of developing melanoma, it constitutes one of the best models to understand how natural selection acts on pigmentation. Here we employed a locally developed pipeline to obtain genotype and haplotype data for MC1R from the raw sequencing data provided by the 1000 Genomes FTP site. We also compared such genotype data to Phase 3 VCF to evaluate its quality and discover any polymorphic sites that may have been overlooked. In conclusion, either the VCF file or one of the presently described pipelines could be used to obtain reliable and accurate genotype calling from the 1000 Genomes Phase 3 data