Die Chromosomen enthalten die Anweisungen zur Schaffung eines Organismus. Männer haben ein X-Chromosom und ein Y-Chromosom. Letzteres ist für die Merkmale verantwortlich, die Männer männlich machen, einschließlich der männlichen Geschlechtsorgane und der Fähigkeit, Sperma zu produzieren. Im Gegensatz dazu haben Frauen zwei Kopien des X-Chromosoms. Da das X-Chromosom jedoch eine umfangreichere Gebrauchsanweisung enthält als das Y-Chromosom, besteht die Lösung der Biologie darin, ein X-Chromosom bei Frauen weitgehend zu inaktivieren, so dass sowohl bei Männern als auch bei Frauen eine funktionsfähige Kopie des X-Chromosoms vorhanden ist.
„Unsere Studie zeigt, dass das inaktive X-Chromosom bei Frauen nicht so stumm ist, wie wir dachten“, sagte Laura Carrel, Ph.D., Assistenzprofessorin für Biochemie und Molekularbiologie am Penn State College of Medicine, Penn State Milton S. Hershey Medical Center. „Die Auswirkungen dieser Gene vom inaktiven X-Chromosom könnten einige der Unterschiede zwischen Männern und Frauen erklären, die nicht auf Sexualhormone zurückzuführen sind.“
Diese Studie mit dem Titel „X-inactivation profile reveals extensive variability in X-linked gene expression in females“ wurde in der Ausgabe vom 17. März 2005 der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Je nach Gen kann es sehr wenig oder sehr viel ausmachen, zwei aktive Kopien zu haben. Wenn Gene auf dem inaktiven X der Inaktivierung entgehen und exprimiert werden, kann dies zu einer stärkeren Gesamtkonzentration bestimmter Gene führen. Carrel und ihr Mitautor, Huntington F. Willard, Institute for Genome Sciences & Policy, Duke University, bestimmten, welche Gene der Inaktivierung entgehen und wo sie sich auf dem inaktiven X-Chromosom befinden. Sie fanden heraus, dass die meisten der abtrünnigen Gene zusammen gruppiert waren.
„Das sagt uns, dass Nachbarschaften wichtig sind“, sagte Carrel. „Die Gene auf dem X-Chromosom haben sich in fünf aufeinanderfolgenden Segmenten oder Schichten entwickelt. In den älteren Segmenten gibt es weniger Gene, die der Inaktivierung entgehen, als in denen, die sich später auf dem Evolutionspfad des Chromosoms entwickelt haben. Dies deutet darauf hin, dass mit der weiteren Entwicklung der menschlichen Spezies immer mehr Gene, die der Inaktivierung entgehen, ihre Fähigkeit dazu verlieren könnten.“
Carrel entwickelte zwei Laborsysteme, um das inaktive X-Chromosom zu untersuchen. Mit primären Hautzellen verglich sie die Genexpression zwischen dem X-Chromosom und dem inaktiven Chromosom für 94 Gene, die das X-Chromosom in 40 menschlichen Proben umspannen. Sie stellte fest, dass nur 65 Prozent der Gene in allen Proben inaktiv waren. Zwanzig Prozent waren in einigen Proben inaktiviert und in anderen nicht, und 15 Prozent entgingen der Inaktivierung in allen Proben. Darüber hinaus wurden viele der Gene des inaktiven X, die exprimiert wurden, nur teilweise exprimiert.
Das zweite Laborsystem verwendete andere Zelllinien, um inaktive mit aktiven X-Chromosomen zu vergleichen, und erfasste Gene, die von inaktiven X-Chromosomen exprimiert wurden. Sechshundertvierundzwanzig Gene auf dem Chromosom wurden mit diesem System getestet, und es zeigte sich, dass 16 Prozent der Gene auf dem inaktiven X-Chromosom der Inaktivierung entgingen, was die Ergebnisse des ersten Labormodells bestätigte.
Obwohl diese Daten aus Zellkulturexperimenten gewonnen wurden, können sie Auswirkungen auf die Beratung von Personen mit X-Chromosom-Anomalien haben, die etwa eine von 650 Geburten ausmachen. Sie erklären auch, dass die Variabilität bei Frauen größer ist als von Wissenschaftlern angenommen.
Die Daten deuten auch darauf hin, dass sich das weibliche Genom jetzt in mindestens vier Punkten vom männlichen Genom unterscheidet. Erstens hatten frühere Studien gezeigt, dass das Y-Chromosom dem männlichen Genom mehrere Gene verleiht, die beim weiblichen Genom nicht vorhanden sind. Zweitens zeigt diese Studie, dass die Tatsache, dass einige Gene auf dem inaktiven X-Chromosom exprimiert werden, bedeutet, dass etwa 15 Prozent der Gene bei Frauen in höherem Maße exprimiert werden als bei Männern. Drittens zeigt diese Studie auch, dass weitere 10 Prozent der Gene auf dem inaktiven X bei Frauen unterschiedlich stark exprimiert werden, während Männer nur eine einzige Kopie dieser Gene besitzen. Und schließlich war den Wissenschaftlern bereits bekannt, dass die zufällige Natur der X-Inaktivierung zeigt, dass Frauen, aber nicht Männer, Mosaike aus zwei Zellpopulationen in Bezug auf die X-gebundene Genexpression sind.
„Obwohl wir geschlechtsspezifische Unterschiede gezeigt haben, sind die klinischen Auswirkungen noch unerforscht“, sagte Carrel. „Wir können jedoch schlussfolgern, dass diese Unterschiede als potenzielle Faktoren für die Erklärung normaler Unterschiede zwischen den Geschlechtern, aber auch für geschlechtsspezifische Unterschiede bei der Ausprägung, dem Verlauf und dem Ansprechen auf die Behandlung bestimmter Krankheiten anerkannt werden sollten. Weitere Studien werden erforderlich sein, um eine solche Rolle für diese Gene zu ermitteln.“