Y-kromosomi: sukupuolen määrittelyä pidemmälle

Y-kromosomi: sukupuolen määrittelyä pidemmälle

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

Ihmisen perimä on järjestetty 23 kromosomipariin (22 paria autosomeja ja yksi pari sukupuolikromosomeja), ja kumpikin vanhempi osallistuu yhdellä kromosomilla per pari. X- ja Y-kromosomit, jotka tunnetaan myös nimellä sukupuolikromosomit, määrittävät yksilön biologisen sukupuolen: naiset perivät isältä X-kromosomin XX-genotyyppiä varten, kun taas miehet perivät isältä Y-kromosomin XY-genotyyppiä varten (äidit perivät vain X-kromosomeja). Y-kromosomin olemassaolo tai puuttuminen on ratkaisevan tärkeää, koska se sisältää geenit, jotka ovat välttämättömiä biologisen oletusarvon – naaraspuolisen kehityksen – kumoamiseksi ja miehen lisääntymiselimistön kehittymisen aikaansaamiseksi.
Vaikka Y-kromosomin rooli sukupuolen määräytymisessä on selvä, tutkimukset ovat osoittaneet, että kromosomi on evolutiivisesti nopeasti heikkenemässä. Monta sukupolvea sitten Y-kromosomi oli suuri ja sisälsi yhtä monta geeniä kuin X-kromosomi. Nyt se on murto-osa entisestä koostaan ja sisältää alle 80 toimivaa geeniä. Tämä on johtanut vuosien mittaan keskusteluihin ja huoliin Y-kromosomin lopullisesta kohtalosta. Monet arvelevat, että Y-kromosomista on tullut tarpeeton ja se saattaa hajota kokonaan seuraavien 10 miljoonan vuoden aikana. Vaikka Y-kromosomin tutkiminen on ollut haastavaa sen DNA-sekvenssin palindromisen ja toistorikkaan luonteen vuoksi, viimeaikaiset genomitutkimuksen edistysaskeleet ovat antaneet joitakin odottamattomia oivalluksia.
Kuukauden Genome Advance of the Month -lehden tässä osassa tuodaan esiin kaksi Nature-lehden 24. huhtikuuta 2014 ilmestyneessä numerossa julkaistua tutkimusta, joissa selvitetään Y-kromosomin evolutiivista polkua eri nisäkkäillä. Yhdessä nämä tutkimukset osoittavat Y-kromosomin vakauden viimeisten 25 miljoonan vuoden aikana. Lisäksi ne paljastavat joitakin Y-kromosomin kriittisiä toimintoja, jotka viittaavat siihen, että Y-kromosomi on ehkä tullut jäädäkseen.
Aloittaaksemme, perehdytään ensin sukupuolikromosomien evolutiiviseen alkuperään noin 200-300 miljoonaa vuotta sitten. X- ja Y-kromosomit, jotka molemmat ovat peräisin autosomeista, olivat aluksi suunnilleen samankokoisia. Jossain vaiheessa Y-kromosomi menetti vähitellen kykynsä yhdistyä eli vaihtaa geneettistä tietoa X-kromosomin kanssa ja alkoi kehittyä itsenäisesti. Tämä johti nopeasti Y-kromosomin katastrofaaliseen heikkenemiseen, ja se sisältää nyt vain 3 prosenttia niistä geeneistä, jotka se aikoinaan jakoi X-kromosomin kanssa.

Massachusetts Institute of Technologyn Whitehead-instituutissa toimivan lääketieteen tohtori David C. Pagen ja tohtori Henrik Kaessmannin tutkimusryhmien tuoreet työt, Sveitsin bioinformatiikan instituutissa ja Lausannen yliopistossa Sveitsissä, viittaavat siihen, että Y-kromosomin alun perin nopea väheneminen on saattanut tasaantua ja vakiintua.
Käyttäen eri genomitekniikoita nämä kaksi tutkimusryhmää analysoivat itsenäisesti Y-kromosomin evoluutiota kahdessa erillisessä nisäkkäiden joukossa, jotka kattoivat yli 15 eri lajia, mukaan luettuina ihmiset, simpanssit, rhesusapinat, härät, marmosetit, hiiret, rotat, koirat ja opossumit. Hämmästyttävää oli, että he löysivät Y-kromosomista pienen mutta vakaan ryhmän välttämättömiä säätelygeenejä, jotka ovat säilyneet pitkän evoluution ajan, vaikka ympäröivät geenit olivat hajoamassa. Merkittävää on, että näillä geeneillä on ratkaisevan tärkeä rooli muiden geenien ilmentymisen säätelyssä koko genomissa, ja ne voivat vaikuttaa kudoksiin kaikkialla ihmiskehossa. Yksi syy näiden Y-kromosomin säätelygeenien jatkuvaan kestävyyteen on se, että ne ovat ”annosriippuvaisia”, mikä tarkoittaa, että normaaliin toimintaan tarvitaan kaksi kopiota.
Useimpiin X-kromosomissa oleviin geeneihin tarvitaan vain yksi kopio. Naisilla on kaksi X-kromosomia ja siten kaksi kopiota jokaisesta X-kromosomiin sidotusta geenistä, joten yksi kopio inaktivoituu satunnaisesti eli kytkeytyy pois päältä. Miehillä on vain yksi X-kromosomi, joten vain yksi kopio ilmentyy.
Säätelygeenit ovat kuitenkin usein annosriippuvaisia ja haplo-riippumattomia, eli geenistä tarvitaan kaksi kopiota ja vain yhden kopion esiintyminen voi johtaa poikkeavuuksiin tai sairauteen. Naisilla nämä säätelygeenit välttyvät X-inaktivoitumiselta, joten myös toisessa X-kromosomissa oleva kopio ilmentyy; miehillä, joilla on vain yksi X-kromosomi, tämän säätelygeeniryhmän säilyminen Y-kromosomissa on ratkaisevan tärkeää toisen kopion saamiseksi.
Yhteenvetona tämä tarkoittaa, että sen lisäksi, että Y-kromosomilla on tärkeä rooli sukupuolen määräytymisessä ja hedelmällisyydessä, se sisältää myös tärkeitä geenejä, jotka ovat kriittisiä miesten terveydelle ja selviytymiselle.
Näillä löydöksillä on huomattavia vaikutuksia siihen, miten ymmärrämme miesten ja naisten välisiä eroja biologiassa, terveydessä ja sairauksissa. Koska X- ja Y-kromosomien geeneillä on toisistaan riippumaton valintahistoria, voi olla olemassa hienovaraisia toiminnallisia eroja, jotka ovat suoraa seurausta näiden kahden kromosomin geneettisistä eroista. Vaikka näitä eroja ei ole vielä tutkittu kovin yksityiskohtaisesti, Y-kromosomin säilyneitä geenejä koskevien tutkimusten lisääminen voi auttaa meitä ymmärtämään eroja miesten ja naisten perusbiologiassa ja alttiudessa sairauksille ja ohjaamaan paremmin terveydenhoitoa.

Lue artikkelit:

Lähetetty: May 30, 2014