Тайны игрек-хромосомы

Существует достаточно обоснованная гипотеза, что мужская Y-хромосома медленно, но верно деградирует. Это уже стало предметом шуток в СМИ. Обложка журнала Vertigo.
Источник: media.comicvine.com

Большинство из нас знают, что рождение мальчика обусловлено попаданием в яйцеклетку спермия с половой хромосомой Y («игрек»), несущей в своем коротком плече ген мужского пола SRY – Sex Region Y. Ген определяет развитие семенных желез, или тестикулов со сперматогониями с находящимися в них стволовыми клетками, при делении которых образуются спермии. Жизнеспособность стволовых клеток поддерживает особый протеин (NANOS), способный связывать РНК. Выключение гена этого белка приводит у мышей к недоразвитию тестикулов и бесплодию самцов. Повышенная же активность гена увеличивает число стволовых клеток, способных к само(воз)обновлению.

Оплодотворение спермием с женской хромосомой Х («икс») ведет к рождению девочки. Ген SRY может мутировать, и тогда рождается девочка с набором ХY; или (транслоцироваться) «перескочить» на хромосому X, в результате – рождается мальчик с хромосомами ХХ. Девочка может родиться и при отсутствии второй Х-хромосомы (ХО, или синдром Тернера). До самого последнего времени молекулярный механизм возникновения подобных состояний был неизвестен. Попытку раскрыть его предпринял Дэйвид Пэйдж из Массачусетского технологического института.

Все началось в 2003 году, когда он открыл палиндромы (так греки называли бег вспять, назад или слова, например «заказ», читающиеся одинаково с начала или конца). В ДНК палиндромы – это последовательности, одинаковые в обеих ее цепях. Оказалось, что в Y-хромосоме такие последовательности могут иметь длину до трех миллионов оснований, или «букв» ген-кода. Пэйдж предположил, что «мужские» палиндромы выполняют функцию защитного «буфера» против нежелательных мутаций.

Так, при анализе ДНК пациентов с синдромом Тернера было обнаружено, что палиндромы являются «ахиллесовой пятой», способствуя образованию «дицентрической» Y-хромосомы (то есть вариантов с двумя центромерами). Молекулярный анализ у более чем полусотни людей с дицентрическими Y-хромосомами выявил поразительную вещь: при оплодотворении спермием с мутантной Y-хромосомой, имеющей две близко расположенные центромеры, рождается мальчик. Однако увеличение расстояния между «центрами» повышает степень «феминизации» будущего организма. При этом длинная Y-хромосома может попросту ломаться (и исчезать в результате переваривания ферментами).

В результате в дочерних клетках остается только материнская Х-хромосома, что и приводит к рождению девочек с синдромом Тернера. Но среди пациентов Пэйджа были и мозаичные «химеры», родившиеся в результате неравномерного распределения клеток со сдвоенными Y-хромосомами или без них. У одного из таких пациентов врачи обнаружили тестикул и яичник! Ученый назвал подобную ситуацию «фантастическим экспериментом природы».

Синтия Мортон, редактор American J. of Human Genetics, написала, что это открытие является «еще одним прекрасным вкладом Пэйджа в генетику». По всей видимости, она имела в виду генетику определения пола у человека, нарушение которой приводит к рождению детей, про которых можно сказать словами поэта: «Родила царица в ночь не то сына, не то дочь».

Думается, что ее реакция была еще эмоциональнее, когда в самом начале января 2010 года она узнала о более значительном открытии Пэйджа в области биологии человека и близких ему приматов.

Оно было сделано в связи с завершением полного прочтения ДНК мужской половой хромосомы шимпанзе, что позволило сравнить ее с Y-хромосомой человека на молекулярном уровне. У шимпанзе за шесть миллионов лет параллельной эволюции произошло «драматическое обновление – реновация – и самая что ни на есть инвентаризация по сравнению с линией человека». Это хороший пример знаменитой эволюционной дивергенции, или расхождения, в результате которого Y-хромосома шимпанзе по сравнению с человеческой сохранила лишь две трети генов, причем на долю генов, отвечающих за синтез протеинов, у обезьяны приходится всего лишь 47% от человеческих.

В очередной раз получил подтверждение тезис о неравномерности эволюционного развития, на этот раз на молекулярном уровне. Подтверждением еще одного теоретического положения является то, что в Y-хромосоме концентрируются главным образом гены, отвечающие за продукцию мужских половых клеток, что обеспечивает успех в воспроизводстве потомков. Немаловажно также и то, что тестикулы шимпанзе имеют значительно большие размеры, нежели у человека. Хорошо известно, что самки братьев наших меньших полиандричны, то есть совокупляются в рецептивный период со многими представителями сильного пола, в результате чего «побеждает» сперма наиболее вирильного самца, победившая в войне сперм (знаменитые sperm wars, известные, начиная с дрозофилы).

Пэйдж даже вынужден был признать несколько разочарованно: «Мы проводили расшифровку последовательностей ДНК в надежде понять, почему мы говорим, творим искусство и сочиняем поэзию, однако наиболее выраженным отличием двух видов оказалось производство спермы». Ученого понять можно. Мы все торопимся понять, чем же мы уникальны в этом мире, забывая о том, что мы часть биологии этого мира.