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Environmental Influence

I read on your website about the mice that ended up different colors based on what their mom ate while pregnant. How does that work?

-A curious adult from California

June 4, 2009

This week's answer was written by a Stanford student enrolled in BIO-161. These students were assigned this question to answer and I posted the answer that best fit this website here. Enjoy!

Like most of our traits, hair color comes from genes. And different hair color usually comes from having different versions of these hair color genes.

Agouti is a hair color gene in mice. It has different versions too. One version can lead to blonde mice and another version gives brown mice.

But the mice you are asking about had the same agouti gene versions. So why are they different colors? Because for the yellow version of the agouti gene to give a yellow mouse, it needs to be turned on.

When the agouti gene is turned all the way on, mice have blonde hair. When the agouti gene is turned off, they have brown hair.

It turns out that what the mom ate while she was pregnant affected whether the yellow agouti gene version was turned on or off in her pups. And this determined their hair color. To understand this process in more detail, we'll need to know what genes are and how they work.

Genes can be Turned On and Off

All the instructions for making a mouse (or a human) are found in its DNA. Genes are segments of this DNA that contain special instructions. Each gene is like a different recipe in the cookbook of life.

For example, some genes in our bodies are recipes that determine our hair color. In mice, the agouti gene is one of these.

As I said at the beginning, some gene versions must be turned on in order to have an effect. It is very important for certain genes to be turned on or off at the right time. For example, if a gene controlling for growth is turned on when it's not supposed to, it may lead to cancer.

So what determines when a gene is turned on or off? This is the job of promoters! Promoters are segments of DNA that control if and when genes are turned on.

If a gene were a light bulb, a promoter would be like a dimmer switch. You can adjust the dimmer switch to determine how bright you want the light bulb to shine. In the same way, a cell can use the promoter to determine how much the gene is turned on or off.

When the agouti gene is switched all the way on, the mouse's hair is blonde. When it is tuned all the way off, the mouse is brown. But when you set the dimmer switch, or promoter, somewhere in the middle, the mouse is partly brown, partly yellow.

Genes can be Turned off by Methylation

There are many ways to turn a gene on or off. One of these ways is called methylation.

Cells can add chemicals called methyl groups to DNA. If that methylated DNA is a promoter, then a cell has trouble seeing it. And if a cell can't see a promoter, it can't turn the gene on. It's like placing a cover over the light switch so that no one can get to it!

In order for methylation to occur, you need specific nutrients in your body. These nutrients include folic acid and vitamin B12. So it makes sense that the amount of these nutrients that a mouse eats can affect the methylation that occurs in its body.

In the early parts of pregnancy, what the mother eats can affect the methylation that happens in her pups. If the mother eats lots of folic acid and vitamin B12, then a lot of methylation can happen at certain genes. If the mother eats less of these nutrients, then these genes will be methylated less.

It turns out that the methylation that happens early in pregnancy sticks with pups for a very long time. The methylation of a gene can remain the same from birth to adulthood. Once the dimmer switch is set for a gene, it can be stuck in the same place for life.

Agouti can be Shut Off by Methylation

So how does methylation affect coat color? Lots of methylation on an agouti promoter causes the agouti gene to be turned off. As mentioned before, this makes the mouse brown. Little methylation allows the agouti gene to be turned on. This makes the mouse yellow instead.

When there is a medium amount of methylation, then the gene is turned on a little bit. The mouse is partly brown and partly orange.

The moms that had diets with low levels of vitamin B12 and folic acid had more yellow mice. The agouti gene is these pups weren't that methylated and so stayed on.

But the moms that had lots of these nutrients had more brown mice. In this case, the pups' agouti gene was more methylated and so shut off*.

It also happens that mice that are yellow tend to have more health problems. These include greater risk of diabetes and obesity. Also, when these yellow mice have their own pups, they are also more likely to have the same risks and yellow color. So, what the grandma mouse eats can affect the color and health of her grandkids!

Interestingly, something similar can happen in people. We know this from studies of people who underwent famine in the Netherlands at the end of World War II. What these moms ate didn't affect her kids' hair color. But it did affect their kids' future health risks because of DNA methylation.

Mom's Diet and Future Risk for Diabetes

From 1944-1945 near the end of World War II, the Netherlands went through something called the Dutch Winter Hunger. During this time, food was rationed, so many people did not have enough to eat. This included many pregnant mothers.

It turns out adults who were exposed to the Dutch Winter Hunger as babies in the womb have less methylation in certain DNA than their siblings. What happened to them over 60 years ago in the womb, still affects their DNA today!

Unfortunately, many adults who were exposed still face a number of health problems today. They are more likely to have diabetes, heart disease, and mental illness. Some scientists hypothesize that these changes in DNA methylation are partially responsible for these health problems.

DNA methylation is a very important way of controlling what genes are turned on and off. This process can be affected by what a mother eats when her baby is still in the womb. Not only can this determine the color of mice, it may also affect human health as well.

*Neither of the moms' diets was deficient in these nutrients. It's just that half of the moms were given extra folic acid and vitamin B12.

Chris Nguyen

Mice whose moms ate lots of folic acid and vitamin B12 ended up brown because of DNA methylation.

Genes are segments of DNA (illustrated here). They code for specific traits.

















Too little food affected the DNA of some babies conceived during the Dutch Hunger Winter.
Ration coupons from the Dutch Hunger Winter of 1944.

Environmental Influence

Leí en su página de Internet acerca de los ratones que resultaron ser de diferentes colores debido a lo que comió la mamá mientras estaba embarazada. ¿Cómo funciona eso?

-Un adulto curioso de California Junio 4, 2009 La respuesta de esta semana fue escrita por un estudiante de Stanford inscrito en la clase BIO-161. Esta pregunta fue asignada a los estudiantes y elegí la mejor respuesta para este sitio. Disfruten! Como la mayoría de nuestros rasgos, el color del pelo proviene de los genes. Y los diferentes colores de pelo típicamente resultan a causa de tener diferentes versiones de estos genes que determinan el color del pelo. Agutí es un gen de color de pelo en ratones. También cuenta con versiones diferentes. Una de las versiones puede resultar en ratones rubios y otra versión en ratones cafés. Pero los ratones de los cuales preguntas tenían la misma versión del gen agutí. Así que ¿por qué son de colores diferentes? Porque para que la versión amarilla del gen agutí pueda resultar en ratones amarillos, tiene que estar prendido Cuando el gen agutí esta completamente prendido, los ratones tienen el pelo rubio. Cuando el gen agutí esta completamente apagado, tienen el pelo café. Resulta que lo que comió la mamá mientras estaba embarazada afectó si la versión amarilla del gen agutí se prendió en sus ratoncitos. Y esto es lo que determinó su color de pelo. Para entender este proceso con mas detalle, necesitaremos saber que son los genes y como funcionan. Genes se pueden Prender y Apagar Todas las instrucciones para hacer un ratón (o un ser humano) se encuentran en su ADN. Los genes son segmentos de esta ADN que contienen instrucciones especiales. Cada gen es como una receta diferente en el libro de recetas de la vida. Por ejemplo, algunos genes en nuestros cuerpos son recetas que determinan el color de nuestro pelo. En ratones, el gen agutí es uno de estos genes. Como dije al principio, algunas versiones del gen deben estar prendidas o apagadas en el momento apropiado. Por ejemplo, si un gen que controla el crecimiento se prende cuando no debe estar prendido, puede resultar en cáncer. Entonces, ¿qué determina cuando se prende o se apaga un gen? Este es el trabajo de los promotores! Los promotores son segmentos de ADN que controlan si se prenden los genes y cuando se prenden. Si un gen fuese un foco, un promotor sería como un regulador de la intensidad de la luz. Puedes ajustar el regulador de la intensidad para determinar la intensidad con la cual quieres que brille el foco. De la misma manera, una célula puede usar el promotor para determinar hasta qué punto debe estar prendido o apagado el gen. Cuando el gen agutí se prende completamente, el pelo del ratón es rubio. Cuando se apaga completamente, el ratón es café. Pero cuando el regulador, o promotor, se prende a un nivel intermedio, el ratón es en parte café y en parte Amarillo. Genes se pueden Apagar con Metilación Hay muchas maneras de prender o apagar un gen. Una de estas maneras se llama metilación. Las células pueden añadir sustancias químicas llamadas grupos metilo al ADN. Si el ADN metilado es un promotor, le da trabajo a la célula reconocerlo. Y si una célula no puede reconocer al promotor, no puede prender el gen. Es como cubrir el regulador de luz para que nadie pueda llegar a el! Para que la metilación ocurra, el cuerpo necesita nutrientes específicos. Estos nutrientes incluyen el ácido fólico y la vitamina B12. Así que es lógico que la cantidad de estos nutrientes que come un raton puede afectar la metilación que ocurre en su cuerpo. En las primeras etapas del embarazo, lo que come la mamá puede afectar la metilación que ocurre en sus ratoncitos. Si la mamá come mucho ácido fólico y vitamina B12, entonces mucha metilación puede ocurrir en cieros genes. Si la mamá come menos de esos nutrientes, entonces estos genes tendran menos metilación. Resulta que la metilación que ocurre al principio del embarazo sigue adelante en los ratoncitos por un largo plazo de tiempo. La metilación de un gen puede seguir igual desde el nacimiento hasta la edad adulta. Una vez que se establece el regulador para un gen, puede permanecer de esa manera por vida. Agutí puede ser apagado por metilación Entonces, ¿cómo afecta al color de pelo la metilación. Mucha metilación en un promotor del gen agutí causa que este gen se apague. Como se mencionó antes, esto hace que el ratón sea café. Un poco de metilación permite que el gen agutí se prenda. Esto hace que el ratón sea amarillo. Cuando hay una cantidad intermedia de metilación, el gen se prende un poco. El ratón es en parte café y en parte anaranjado. Las mamás que tuvieron dietas con niveles bajos de vitamina B12 y ácido fólico tuvieron mas rantones amarillos. El gen agutí en estos ratones no estaba tan metilado y se mantuvo prendido. Pero las mamás que consumieron muchos de estos nutrientes tuvieron más ratones cafés. En este caso, el gen agutí de estos ratoncitos fue metilado más y se apagó*. También resulta que los ratones amarillos suelen tener más problemas de salud. Estos incluyen un riesgo elevado de diabetes y obesidad. Además, cuando estos ratones amarillos tienen a sus propios ratoncitos, ellos también tendrán un riesgo elevado de desarrollar los mismos riesgos de salud al igual que el color amarillo. Por lo tanto, lo que come la abuela ratón puede afectar el color y la salud de sus nietos! Curiosamente, algo similar puede ocurrir en las personas. Esto lo sabemos por los estudios de personas que se sometieron a la hambruna en los Países Bajos a fines de la Segunda Guerra Mundial. Lo que consumieron estas madres no afectó el color del pelo de sus hijos. Pero sí afectó los riesgos de salud de sus hijos debido a la metilacion del ADN. La Dieta de Mamá y el Riesgo de Diabetes en el Futuro

El hecho de tener muy poca
comida afectó el ADN de algunos
bebés concebidos durante
el Invierno del Hambre.
Estos son cupones de ración
del Invierno del Hambre de 1944.

Desde 1944 - 1945 cerca del final de la Segunda Guerra Mundial, los Países Bajos pasaron por algo llamado el Invierno del Hambre. Durante este tiempo, la comida fue racionada y muchas personas no tenían suficiente para comer. Esto incluyó a muchas mujeres embarazadas. Resulta que los adultos que fueron expuestos al Invierno del Hambre cuando se desarrollaban dentro de la matriz sus madres tienen menos metilación en ciertas partes del ADN que sus hermanos y hermanas. Lo que les pasó hace mas de 60 años en la matriz de sus madres sigue afectando su ADN hoy! Desafortunadamente, muchos adultos que fueron expuestos todavía se enfrentan a una serie de problemas de salud hoy en día. Son más propensos a padecer de diabetes, enfermedades del corazón, y enfermedad mental. Algunos Científicos suponen que estos cambios en la metilación de ADN son parcialmente responsables por estos problemas de salud. La metilación del ADN es una manera importante para controlar cuales genes se prenden y cuales se apagan. Este proceso puede ser afectado por lo que una mamá come cuando su bebé aún está en la matriz. Esto no sólo puede determinar el color de los ratones, también puede afectar a la salud humana. *Las dietas de las madres no fueron deficientes en estos nutrientes, solo que la mitad de las madres recibieron más ácido fólico y vitamina B12. Chris Nguyen Traducido por Debbie Barragan

Los ratones cuyas madres
comieron mucho ácido fólico y
vitamina B12 resultaron cafés
a causa de metilación
del ADN.

Los genes son segmentos
de ADN (ilustrado aquí­).
Ellos contienen el
código para ciertos