毛發生于毛囊，毛囊深植于皮膚的表皮和真皮中，其最下部的毛球是毛發生長的起始部位，黑色素細胞分布于其中，負責合成各種色素顆粒[1]。毛發的生長是周期性的，分生長期、退行期和休止期3個階段。生長期時，毛囊具有高度代謝活性，毛干中的髓質和皮質細胞吸收附近的色素顆粒，展現出相應的顏色。因此，毛發的顏色取決于色素顆粒種類以及色素顆粒的遷移過程。
黑色素是由黑色素細胞合成的、一種氨基酸衍生的生物色素，屬于多元酚類聚合物，主要分棕/黑色的真黑素和紅/黃色的褐黑素兩種類型[3]。黑色素的合成過程復雜（圖2），L-酪氨酸氧化是黑色素合成的起始步驟，酪氨酸酶（TYR）、酪氨酸酶相關蛋白1（TRP-1）和酪氨酸酶相關蛋白2（TRP-2）是黑色素合成的重要限速因素。如果這些關鍵基因發生突變，就會出現不同的毛色。
例如，酪氨酸激酶Tyr突變喪失生物活性后，色素顆粒無法合成，就形成白化（albino）小鼠。這一基因決定小鼠是白色還是非白色。非白色是顯性遺傳的，用C表示；而白色是隱性遺傳的，用c表示。所有白化小鼠如Balb/c，FVB和ICR等，該位點的兩個等位基因均為無活性的酪氨酸激酶。由于影響黑色素合成早期步驟，一旦產生會完全掩蓋其他毛色的性狀。
而在酪氨酸激酶有活性時，真黑色素產生過程中又受TRP-1和TRP-2基因調節。TRP-1有活性時，催化更多偏黑色的真黑色素顆粒產生，小鼠毛發將著黑色，如C57BL小鼠（C57BL/6JSmoc小鼠的祖系）。如TRP-1蛋白活性丟失，則將以合成棕色色素顆粒為主，小鼠毛色將表現為棕色，如C57BR小鼠。黑色是顯性遺傳的，通常用B來表示；褐色則是隱性遺傳的，用b來表示。
黑色素合成限速酶的表達水平也受到多種蛋白的調控。α-MSH是由黑色素細胞和角質細胞通過自分泌和旁分泌方式產生的多肽，通過與黑色素細胞上的受體MC1R結合觸發G蛋白偶聯作用，促進TYR、TRP-1和TRP-2的表達上調，刺激黑色（或棕色）色素顆粒合成。α-MSH同MC1R解離后，則會促進褐黑色素的合成。
α-MSH與MC1R的結合過程受到ASP（Agouti Signaling Protein）的拮抗。因此ASP表達后，黑色素細胞會選擇合成更多的褐黑色素。有意思的是，ASP受毛囊發生周期調控，表現為在毛囊發生的不同周期中或表達或關閉，其結果是毛發頂端以下會有一段是黃色，而其他部分都是黑色或者褐色。這樣顏色被稱為野生型（agouti）毛色，該位點基因通常以大寫字母A表示，A對a也是顯性。最常用的胚胎干細胞系的來源——129小鼠，即為野生型毛色。
毛色基因P,D影響黑色素的轉運
黑色素小體（melanosome）是黑色素細胞中淀粉樣纖維形成的紋狀體結構所構成的一種特化的膜結合細胞器，黑色素在黑色素小體中合成，而后由黑色素小體依靠細胞骨架移動和定位系統利用微管運輸，轉移到黑色素細胞周質，從微管上釋放并轉運至鄰近的角質細胞[3]。
在此過程中，有2個基因的突變更為常見。P（pink-eyed dilution）基因為膜相關轉運蛋白基因，通過調控Tyr酶的翻譯后修飾和運輸，調控黑色素的形成。該性狀是隱性遺傳，用p表示。Pink-eyed dilution小鼠的黑色素的量少了很多，但褐色素受的影響很少。呈現出來的性狀是小鼠有粉色的眼睛，并且毛色被沖淡。如黑色non-agouti的小鼠，如果有pink-eyed dilution的性狀，看起來就像有銀色的皮毛。
圖8. Nonagouti pink-eyed dilution小鼠
肌動蛋白相關的肌球蛋白Va（Myo5a）參與了黑色素正常轉運過程。如果該基因發生突變（以Myo5ad或d來表示），黑色素細胞合成的色素顆粒向細胞外運輸的效率將下降，導致小鼠的毛桿著色變淺，如DBA1小鼠和DBA2小鼠。D對d顯性。
總結一下，最常遇到小鼠毛色由５個基因位點控制的，ABCDP：
1、Agouti vs non-Agouti, A, a,
2、Black vs brown,B,b,Tyrp1+/Tyrp1b
3、Pigmented vs albino, C, c, Tyr+/Tyrc
4、Non-dilute vs dilute,D,d,Myo5a+/ Myo5ad
5、Non-pink vs pink-eyed dilution, P,p
小鼠毛色與ES細胞打靶
在CRISPR/Cas9技術還未普及前，ES細胞打靶技術是最常用的基因編輯手段。主要方法是利用同源重組技術對ES細胞特定位點的基因進行改造，通過顯微注射方法將經過遺傳修飾的ES細胞引入受體胚胎內，最終形成嵌合小鼠。
為方便區分小鼠的嵌合程度，通常ES細胞系來源的小鼠毛色與供體囊胚來源的小鼠毛色是不一樣的，所以嵌合體子代小鼠的毛色是不均一的(圖10)，一般選擇嵌合程度高的小鼠用于后續的繁育。繁育過程中，會出現毛色性狀的分離，有時需要結合基因型鑒定確定陽性小鼠。
所以，小白鼠你明白了嗎？你來自于嵌合小鼠和BALB/c小鼠的后代，因為是隱形遺傳，所以爸爸媽媽都沒有表現出來，恰好你隨機遺傳了他們的一個隱性基因，因此化身白色小鼠啦。
[1] Current Challenges in Understanding the Story of Skin Pigmentation — Bridging the Morpho-Anatomical and Functional Aspects of Mammalian Melanocytes. http://dx.doi.org/10.5772/60714
[2] http://hennaforhair.com/gray/graying2.html
[3] 王 磊，劉 軍. 黑色素形成分子機制研究進展.新疆大學學報(自然科學版). Vol.36, No.4.2019
[4]https://mutagenetix.utsouthwestern.edu/phenotypic/phenotypic_rec.cfm?pk=366
[5]http://www.syikss.com/akss/news2/167.html
[6]https://ki-sbc.mit.edu/preclinical-modeling/methods/generation-mice
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