Chromozom Y: mimo určování pohlaví

Chromozom Y: mimo určování pohlaví

Od Roseanne F. Zhao, Ph.D.
NIH M.D./Ph.D. Partnership Training Program Scholar

Lidský genom je uspořádán do 23 párů chromozomů (22 párů autozomů a jeden pár pohlavních chromozomů), přičemž každý rodič přispívá jedním chromozomem z každého páru. Chromozomy X a Y, známé také jako pohlavní chromozomy, určují biologické pohlaví jedince: ženy dědí od otce chromozom X pro genotyp XX, zatímco muži dědí od otce chromozom Y pro genotyp XY (matky předávají pouze chromozomy X). Přítomnost či nepřítomnost chromozomu Y je rozhodující, protože obsahuje geny nezbytné k překonání biologického výchozího stavu – ženského vývoje – a způsobuje vývoj mužského reprodukčního systému.
Přestože je role chromozomu Y při určování pohlaví jasná, výzkum ukázal, že prochází rychlým evolučním úpadkem. Před mnoha generacemi byl chromozom Y velký a obsahoval stejný počet genů jako chromozom X. Na rozdíl od chromozomu X byl chromozom Y velký a obsahoval stejný počet genů. Nyní má jen zlomek své dřívější velikosti a obsahuje méně než 80 funkčních genů. To vedlo v průběhu let k debatám a obavám ohledně konečného osudu chromozomu Y. Mnozí spekulují, že chromozom Y se stal nadbytečným a během příštích 10 milionů let by mohl zcela zaniknout. Ačkoli studium chromozomu Y bylo vzhledem k palindromické a na opakování bohaté povaze jeho sekvence DNA náročné, nedávné pokroky v genomice přinesly některé nečekané poznatky.
Tento díl rubriky Genomový pokrok měsíce upozorňuje na dvě studie publikované 24. dubna 2014 v časopise Nature, které zkoumají evoluční cestu chromozomu Y u různých savců. Tyto studie společně ukazují stabilitu chromozomu Y za posledních 25 milionů let. Dále odhalují některé kritické funkce chromozomu Y, které naznačují, že zde možná zůstane.
Na úvod se nejprve ponořme do evolučního původu pohlavních chromozomů, zhruba před 200-300 miliony let. Chromozomy X a Y, které oba vznikly z autozomů, byly zpočátku přibližně stejně velké. V určitém konkrétním okamžiku na této cestě chromozom Y postupně ztratil schopnost rekombinovat – neboli vyměňovat si genetickou informaci – s chromozomem X a začal se vyvíjet samostatně. To rychle vedlo ke katastrofálnímu zhoršení stavu chromozomu Y, který nyní obsahuje pouze 3 % genů, které kdysi sdílel s chromozomem X.
Nejnovější práce výzkumných skupin doktora Davida C. Page z Whiteheadova institutu Massachusettského technologického institutu a doktora Henrika Kaessmanna, ze Švýcarského institutu bioinformatiky a Univerzity v Lausanne ve Švýcarsku, naznačují, že původně rychlý úbytek chromozomu Y se možná vyrovnal a stabilizoval.

S využitím různých genomických technologií tyto dva výzkumné týmy analyzovaly vývoj chromozomu Y nezávisle na sobě u dvou samostatných souborů savců, které zahrnovaly více než 15 různých druhů, včetně lidí, šimpanzů, opic rhesus, býků, marmošek, myší, potkanů, psů a vačic. Pozoruhodné bylo, že na chromozomu Y našli malou, ale stabilní skupinu základních regulačních genů, které se udržely po dlouhou dobu evoluce, a to i v době, kdy okolní geny zanikaly. Významné je, že tyto geny hrají kriticky důležitou roli při řízení exprese dalších genů v celém genomu a mohou ovlivňovat tkáně v celém lidském těle. Jedním z důvodů trvalé výdrže těchto regulačních genů chromozomu Y je to, že jsou „dávkově závislé“, což znamená, že pro normální funkci jsou nutné dvě kopie.
U většiny genů na chromozomu X je nutná pouze jedna kopie. Samice mají dva chromozomy X, a tedy dvě kopie každého genu vázaného na chromozom X, takže jedna kopie je náhodně deaktivována neboli vypnuta. Muži mají pouze jeden chromozom X, a proto je exprimována pouze jedna kopie.
Regulační geny jsou však často závislé na dávce a haplo-insuficientní, tj. jsou zapotřebí dvě kopie genu a přítomnost pouze jedné kopie může vést k abnormalitám nebo onemocnění. U žen tyto regulační geny unikají inaktivaci chromozomu X, takže kopie na druhém chromozomu X je také exprimována; u mužů, kteří mají pouze jeden chromozom X, je zachování této skupiny regulačních genů na chromozomu Y rozhodující pro zajištění druhé kopie.
Celkově to znamená, že chromozom Y kromě své úlohy při určování pohlaví a plodnosti obsahuje také důležité geny, které jsou rozhodující pro zdraví a přežití mužů.
Tato zjištění mají značný význam pro naše chápání rozdílů v biologii, zdraví a nemocech mezi muži a ženami. Protože geny na chromozomech X a Y prošly v minulosti selekcí nezávisle na sobě, mohou existovat jemné funkční rozdíly, které jsou přímým důsledkem genetických rozdílů na obou chromozomech. Ačkoli tyto rozdíly dosud nebyly podrobně prozkoumány, další studie konzervovaných genů na chromozomu Y nám mohou pomoci pochopit rozdíly v základní biologii a náchylnosti k nemocem u mužů a žen a lépe řídit zdravotní péči.

Přečtěte si články:

Zveřejněno: Květen 30, 2014