Поломки в половой клетке

Сперматозоиды «атакуют» яйцеклетку.
Иллюстрация с сайта www.flatrock.org.nz

Наука давно знает, что плохая экология напрямую «бьет» по ДНК чрезвычайно чувствительных половых клеток, имеющих не парный, а одинарный набор хромосом. «Половинчатость» их числа резко ограничивает восстановительный, или репарационный, ресурс ДНК, что приводит к закреплению мутаций, передающихся потомкам.

Изменения в молекуле наследственности возникают по разным причинам, в том числе и спонтанно. Они могут проявляться в виде замен тех или иных «букв» ген-кода или отсутствия оных при так называемой абазии (нехватке «базиса», или основания буквы-нуклеотида). Более крупные «поломки» приводят к нехваткам (делециям) и вставкам (инсерциям), удвоениям-дупликациям и инверсиям-перевертышам генов, а также, изменениям структуры хромосом и нарушениям их числа.

К сожалению, количественная оценка данных процессов в отдельных клетках до настоящего времени была невозможна. Первую попытку предприняли сотрудники Европейской лаборатории молекулярной биологии в Британии и германского Института иммунобиологии и эпигенетики, опубликовавшие свой отчет в Science. Напомним, что эпигенетика изучает процессы регуляции генной активности уже после синтеза ДНК. То есть это тонкие процессы настройки уже готового генома без изменения самого генома.

Ученые в ходе работы вскрыли более 10 тыс. личинок плодовой мушки (Drosophila miranda), видовое название которой можно перевести как «чудесная» или «удивительная». Удивляться действительно есть чему. Около миллиона лет назад ее половые хромосомы рассыпались в прах – деградировали, а вместо них возникли новые (neo-X и neo-Y). Новообразованные Х и Y возникли из обычных хромосом, или аутосом, после чего мужская половая хромосома стала резко уменьшаться в размерах.

Нечто подобное произошло и с нашими далекими предками, когда даже обезьян не было «в проекте». Все это привело к тому, что у мужчин в Y-хромосоме осталось всего лишь полсотни генов, в то время как в женской Х-хромосоме их свыше тысячи. При мутации гена SRY (Sex Region Y) рождаются бесплодные девушки, в то же время в Х-хромосоме много генов иммунной защиты, интеллекта и агрессии, а также свертывания крови, от нарушения которого страдал цесаревич Алексей.

Ученые определили, что активность одних и тех же генов половых хромосом различается у мужчин и женщин (в 10–100 раз). В частности, гены Х-хромосомы у мужчин считываются в два раза интенсивнее, чем у женщин. Все это имеет практическое значение для молекулярной онкологии, поскольку мужчины и женщины различаются по спектру своих опухолей.

А журнал Сеll опубликовал своеобразный мутационный рейтинг отдельных спермиев. Для этого был создан специальный чип с микроканальцами, позволяющий проводить параллельный анализ клеточных геномов. Такая технология позволила создать персональную карту 91 одиночной половой клетки мужчин. Карта в целом совпала с таковой, полученной при изучении различных популяций. Однако повышенное разрешение позволило выявить существенные различия в так называемой ген-конверсии, которая может приводить к разного рода опухолям.

Секвенирование, или чтение геномов, 31 спермия дало четкие данные о геномной нестабильности, фиксируемой в раковых клетках. Еще более глубокое и пристальное изучение геномов восьми половых клеток выявило наличие новых мутаций. Подобные изменения генома привлекли самое пристальное внимание в последний год, когда молекулярная онкология выявила роль заново возникших мутаций в опухолевых процессах. Это те самые мутации, которые передаются потомкам от их родителей и передачу которых в принципе можно было бы пресечь на стадии проверки половых клеток. Все равно это было бы дешевле, нежели потом лечить больных тем или иным раком.