Eye Color

I read your article entitled Don't it make your brown eyes blue? Blue eyes are caused by changes in the OCA2 gene and found it extremely interesting. I have another combination to throw into the mix. Can you explain the genetics of an individual with one blue eye and one brown eye? David Bowie is one of these individuals.

-A curious adult from Tennessee

June 28, 2007

Great question. Different colored eyes are pretty rare in people although it is more common in some animals. For example, dogs like Siberian Huskies and cats and horses often have different colored eyes because of inbreeding.

But this sort of thing obviously happens in people too. Some are even famous like David Bowie, Christopher Walken and Kiefer Sutherland.

Different colored eyes or heterochromia works differently than other eye colors. It tends to happen when something has gone a bit wrong in making eye color. Or if the body happens to shut off a gene in only some cells of the body (Click here to learn more about this possibility.)

Heterochromia can be the result of too much or too little pigment in the iris (or part of the iris) of one eye. This can be because of genetics or because of disease or injury.

See, eye color usually comes from the amount of pigment in the front part of the iris of the eye (called the stroma). Little or no pigment gives blue eyes, some pigment gives green and lots of pigment gives brown eyes.

The pigment is actually made in special cells called melanocytes. If anything happens that affects the health of the melanocytes in an eye, then that eye will look blue. No melanocytes means little or no pigment which means blue eyes.

Another way to end up with different colored eyes is if each eye has a different set of eye color genes. This isn't that common but we'll go over it as well.

So how can one eye end up without any melanocytes? There are a number of ways that all have to do with how sensitive a melanocyte is.

Melanocytes are made in the growing fetus. Once made they need to migrate to the right spots such as skin and eyes. If something affects their growth or their ability to travel, then they die off.

To end up happily making pigment in the right place, melanocytes need a variety of signals from other cells. This network of cells is pretty easily disrupted.

Imagine that a fetus suffers some sort of injury to the right side of the head while in the womb. This injury kills off some key cells that are important for melanocyte development.

Now some melanocytes don't make it to the right eye. Assuming they weren't going to have blue eyes anyway, the result will be someone with a different colored left and right eye. As the right eye will have fewer melanocytes and so less pigment.

And damage is not the only way to keep melanocytes from traveling and/or surviving. Another way is if someone has something called Waardenburg syndrome.

People with Waardenburg syndrome have mutations in certain genes that cause some melanocytes to get lost on their way to where they are supposed to go. This means that people with Waardenburg syndrome can end up with an eye that didn't get any melanocytes (and so is blue). Or a patch of hair or skin that ends up white because melanocytes couldn't find their way there. 

Sometimes someone can end up with one eye that has two different colors. Because some melanocytes made it to the right place and some didn't. 

There are changes in several genes that can cause Waardenburg syndrome. Mutations in any one of them will disrupt the normal development of melanocytes. This isn't surprising given how complex it is to make a cell and have it travel to the right spot. Something that complicated is going to be controlled by lots of genes. 

So lost or destroyed melanocytes explains a lot of heterochromia. But probably not all of it. 

Another possibility is if each eye has a different set of eye color genes. There are a couple of ways this could happen.

Let's focus on the OCA2 gene for this. OCA2 is a key eye color gene. Certain versions of this gene say make lots of pigment and so lead to brown eyes. Other versions that say make no pigment lead to an eye color other than brown. (These other versions don't necessarily give blue eyes because there are other eye color genes besides OCA2 -- click here to learn more).

So one way that someone could end up with different colored eyes is if the OCA2 genes were different in each eye. For example, imagine that the right eye has a brown version of OCA2 and so is brown. And that the left eye does not have a brown version and so is green or blue.

As I said, there are a couple of ways this could happen. One is something called chimerism. This is essentially where two fertilized eggs fuse together to create a single person. If each fertilized egg has a different set of eye color genes, then a chimera can end up with two different colored eyes (click here to learn more about chimerism).

The other way is something called mosaicism. Here what happens is that a gene gets changed early on in a single cell. All cells that develop out of that mutated cell are now subtly different than the rest of the cells in the body. If that subtle difference is in an eye color gene, then you may end up with two different colored eyes (click here to learn more).

Both of these conditions result in each eye possibly having a different set of eye color genes. And so result in a person with two different colored eyes.

Now neither of these is probably as common as damaged melanocytes. And there are other ways to end up with different colored eyes too.

Sometimes deposition of foreign material or blood as a result of injury to eye can cause an iris to look darker. And sometimes the use of certain eye drops can stimulate the melanocytes to make more pigment. Both of these can explain some cases of heterochromia.

So, have we explained David Bowie's eyes yet? Believe it or not, no.

We know his eye color is the result of a barroom fight. But the injury didn't affect melanocytes or deposit blood in the iris. Instead, his eye color change comes from a permanently enlarged pupil that makes his eye look dark.

The size of the pupil is controlled by muscles in the iris. The muscles are controlled by nerves from the brain to the eye. Damage to the nerve that normally constricts the pupil produces an abnormally large pupil.

I don't know the explanation for the other famous people I brought up earlier. Nor do I know why actress Kate Bosworth has one blue eye and one hazel eye. Or why lead singer Tim Mcllrath of Rise Against has one brown eye and one blue eye. Or why actress Jane Seymour has one brown eye and one green eye. But we've learned there are lots of ways to end up with this rare condition.

Some are genetic like Waardenburg syndrome or chimerism and mosaicism. And some are the result of injury either in the womb or, as in the case of David Bowie, in a bar. 

Dr. Azita Alizadeh

There are many ways to end up with two different colored eyes.

Melanocytes like this one can go missing with Waardenburg syndrome.

David Bowie's pupil is permanently enlarged.

Eye Color

Leí su artículo titulado ¿Qué eso no hace tus ojos cafés azules? Los ojos azules son causados por cambios en el gen OCA2 y lo encontré muy interesante. Tengo otra combinación para agregar a la mezcla. ¿Puedes explicar la genética de una persona con un ojo azul y un ojo café? David Bowie es una de estas personas.

-Un adulto curioso de Tennessee 28 de junio 2007 Buena pregunta. Tener los ojos de diferentes colores es bastante raro, aunque es más común en algunos animales. Por ejemplo, perros como huskies siberianos, gatos y caballos suelen tener ojos de diferentes colores debido a la endogamia Este tipo de cosas obviamente ocurre en personas también. Incluso, algunos son famosos como David Bowie, Christopher Walken y Kiefer Sutherland. Tener ojos de diferentes colores o heterocromía funciona diferentemente a otros colores de ojos. Suele ocurrir cuando algo ha ido un poco mal al desarrollar el color de ojos. O si el cuerpo apaga el gen solamente en unas células del cuerpo (Oprima aqui para conocer más acerca de esta posibilidad.) La heterocromía puede ser el resultado de demasiado o muy poco pigmento en el iris (o parte del iris) de un ojo. Esto puede ser debido a la genética o a causa de una enfermedad o lesión. El color de ojos usualmente se debe a la cantidad del pigmento en la parte anterior del iris del ojo (llamado estroma). La presencia de poco o ningún pigmento da ojos azules, la presencia de algún pigmento resulta en ojos verdes y mucho pigmento resulta en ojos cafés. El pigmento se hace en células especiales llamadas melanocitos. Si algo que afecta la salud de los melanocitos en un ojo ocurre, entonces ese ojo se verá azul. La ausencia de melanocitos resulta en poco o nada de pigmento quiere decir ojos azules. Otra forma de tener ojos de diferentes colores es si cada ojo tiene diferentes genes de color de ojos. Esto no es muy común pero lo vamos a repasar también. Entonces, ¿cómo es que un ojo puede llegar a tener ausencia de melanocitos? Hay varias maneras que tienen que ver con la sensibilidad del melanocito. Los melanocitos se producen en el feto. Después de que se producen necesitan migrarse a los lugares correctos, como la piel y los ojos. Si algo afecta su crecimiento o su habilidad de migrar, entonces se mueren. Para terminar en el lugar correcto haciendo pigmento, los melanocitos requieren una variedad de señales de otras celulas. Esta red de células se altera fácilmente. Imagínate que un feto sufre algún tipo de lesión en el lado derecho de la cabeza mientras esta en la vientre de su mamá. Esta lesion mata algunas células que son importantes para el desarrollo de los melanocitos. Ahora algunos melanocitos no migran al ojo derecho. Suponiendo que no iban a tener los ojos azules de todos modos, el resultado será una persona con ojo derecho de diferente color al ojo izquierdo. De modo que el ojo derecho tendrá menos melanocitos y por eso menos pigmento. Daño no es la única manera de impedir que los melanocitos migren y/o sobrevivan. Otra manera es si alguien tiene algo llamado síndrome Waardenburg. Personas con síndrome Waardenburg tienen mutaciones en ciertos genes que causan que algunos melanocitos se pierdan en rumbo a donde tienen que ir. Esto quiere decir que personas con síndrome Warrdenburg pueden tener un ojo que no recibió melanocitos (y por eso es azul). O una sección de pelo o piel que es blanca porque los melanocitos no pudieron llegar allí. A veces alguien puede tener un ojo de dos colores. Debido a que algunos melanocitos llegaron al lugar correcto y otros no. Hay cambios en varios genes que pueden causar el síndrome Waardenburg. Mutaciones en cualquiera de esos genes interrumpirá el desarrollo normal de los melanocitos. Esto no es sorprendente dado lo complejo que es hacer una célula que migra al sitio indicado. Algo tan complicado va a ser controlado por un montón de genes. Así que el hecho de melanocitos perdidos o destruidos explica muchos casos de heterocromía. Pero probablemente no todos los casos. Otra posibilidad es si cada ojo tiene diferentes genes de color de ojos. Hay diferentes maneras que esto podría resultar. Vamos a enfocarnos en el gen OCA2. OCA2 es un gen clave del color de ojos. Algunas versiones de este gen pueden hacer mucho pigmento y resultan en ojos cafés. Otras versiones que no hacen pigmento resultan en un color de ojos que no es café. (Estas otras versiones no necesariamente resultan en ojos azules porque hay otros genes del color de ojos además de OCA2—oprima aquí­ para aprender más). Así que una manera de que alguien podría tener ojos de diferentes colores es si los genes OCA2 son diferentes en cada ojo. Por ejemplo, imagínate que el ojo derecho tiene una versión café de OCA2 y por eso es café. Y que el ojo izquierdo no tiene una versión café y por eso es verde o azul. Como ya he dicho, hay diferentes formas que esto podría suceder. Una es algo llamado quimerismo. Esencialmente esto se trata de que dos óvulos fertilizados se juntan y forman una sola persona. Si cada óvulo fertilizado tiene diferentes genes del color de ojos, entonces una quimera puede tener dos ojos de diferentes colores. La otra manera es algo llamado mosaicismo. Lo que ocurre con esto es que un gen se altera temprano en una sola célula. Todas las células que se desarrollan de esa célula con mutaciones ahora son sutilmente diferentes que el resto de las células en el cuerpo. Si esa diferencia sutil está en un gen de color de ojos, entonces podrías tener dos ojos de diferentes colores (oprime aquí­ para aprender más). Ambas condiciones resultan en la posibilidad de que cada ojo tenga diferentes genes del color de ojos. Y así resultan en una persona que también tiene dos ojos de diferentes colores. Ahora ninguna de estas situaciones es tan común como la de los melanocitos dañados. Y también hay otras maneras de tener ojos de diferentes colores. A veces el depósito de material o sangre como consecuencia de lesiones en los ojos puede causar que el iris se vea más oscuro. Y a veces el uso de ciertas gotas para los ojos puede estimular la producción de más pigmento por parte de los melanocitos. Ambos modelos pueden explicar algunos casos de heterocromía. Entonces, ¿hemos explicado los ojos de David Bowie? Lo creas o no, no. Sabemos que su color de ojos es el resultado de una pelea de cantina. Pero la lesión no afecto a los melanocitos ni depositó sangre en el iris. En lugar de esto, el cambio del color de su ojo viene de una ampliación permanente de su pupila que hace que su ojo se vea más oscuro. El tamaño de la pupila es controlado por los músculos en el iris. Los músculos están controlados por los nervios que corren desde el cerebro hasta el ojo. Daños al nervio que normalmente contrae a la pupila resulta en una pupila anormalmente grande. No conozco la explicación de las otras personas famosas que mencioné antes. Tampoco sé por qué la actriz Kate Bosworth tiene un ojo azul y el otro avellano. O por qué el cantante Tim McIlrath de Rise Against tiene un ojo café y el otro azul. O por qué la actriz Jane Seymour tiene un ojo café y el otro verde. Pero hemos aprendido que hay muchas maneras de tener esta condición rara. Algunas maneras son genéticas como el síndrome Waardenburg o el quimerismo y mosaicismo. Y algunas son el resultado de una lesión, ya sea en la vientre de mamá o, como en el caso de David Bowie, en una cantina. Traducido por Debbie Barragan

La pupila de David Bowie está
permanentemente ampliada.

Dos ojos de diferentes
colores pueden resultar
de varias maneras.

Melanocitos como este
pueden faltar en el
síndrome Waardenburg