Az Y kromoszóma: a nemek meghatározásán túl

Az Y kromoszóma: a nemek meghatározásán túl

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

Az emberi genom 23 kromoszómapárra szerveződik (22 pár autoszómára és egy pár nemi kromoszómára), és minden szülő páronként egy-egy kromoszómával járul hozzá. Az X és Y kromoszómák, más néven a nemi kromoszómák határozzák meg az egyén biológiai nemét: a nők egy X kromoszómát örökölnek az apától az XX genotípushoz, míg a férfiak egy Y kromoszómát örökölnek az apától az XY genotípushoz (az anyák csak X kromoszómákat adnak tovább). Az Y kromoszóma jelenléte vagy hiánya kritikus jelentőségű, mivel ez tartalmazza azokat a géneket, amelyek szükségesek a biológiai alapértelmezett – női fejlődés – felülírásához, és a férfi reproduktív rendszer fejlődését idézik elő.
Noha az Y kromoszóma szerepe a nem meghatározásában egyértelmű, a kutatások kimutatták, hogy gyors evolúciós hanyatláson megy keresztül. Sok generációval ezelőtt az Y kromoszóma nagy volt, és ugyanannyi gént tartalmazott, mint az X kromoszóma. Ma már töredéke korábbi méretének, és kevesebb mint 80 funkcionális gént tartalmaz. Ez az évek során vitákhoz és aggodalmakhoz vezetett az Y-kromoszóma végső sorsával kapcsolatban. Sokan úgy vélik, hogy az Y-kromoszóma feleslegessé vált, és a következő 10 millió évben teljesen elpusztulhat. Bár az Y-kromoszóma tanulmányozása a DNS-szekvencia palindromikus és ismétlődésekben gazdag természete miatt kihívást jelentett, a közelmúlt genomikai eredményei váratlan betekintést nyújtottak.
A Genome Advance of the Month e része a Nature 2014. április 24-i számában megjelent két tanulmányt emel ki, amelyek az Y-kromoszóma evolúciós útját vizsgálják különböző emlősökben. Ezek a tanulmányok együttesen bizonyítják az Y-kromoszóma stabilitását az elmúlt 25 millió év során. Továbbá feltárják az Y-kromoszóma néhány kritikus funkcióját, amelyek azt sugallják, hogy talán itt van, hogy maradjon.
A kezdéshez először nézzük meg a nemi kromoszómák evolúciós eredetét, nagyjából 200-300 millió évvel ezelőtt. Az X és Y kromoszómák, amelyek mindketten az autoszómákból származtak, kezdetben körülbelül azonos méretűek voltak. Egy bizonyos időpontban az Y kromoszóma fokozatosan elvesztette a rekombináció – vagyis a genetikai információcsere – képességét az X kromoszómával, és önállóan kezdett fejlődni. Ez gyorsan az Y-kromoszóma katasztrofális romlásához vezetett, amely ma már csak 3 százalékát tartalmazza azoknak a géneknek, amelyeket egykor az X-kromoszómával megosztott.

A Massachusetts Institute of Technology Whitehead Intézetében dolgozó Dr. David C. Page és Dr. Henrik Kaessmann kutatócsoportjainak legújabb munkája, a svájci Bioinformatikai Intézet és a svájci Lausanne-i Egyetem munkatársai azt sugallják, hogy az Y kromoszóma kezdetben gyors hanyatlása kiegyenlítődhetett és stabilizálódhatott.
A két kutatócsoport különböző genomikai technológiákat alkalmazva egymástól függetlenül elemezte az Y kromoszóma evolúcióját két különálló emlőscsoportban, amelyek több mint 15 különböző fajt fedtek le, köztük embert, csimpánzt, rhesusmajmot, bikát, selyemmajmot, egeret, patkányt, kutyát és oposszumot. Meglepő módon az Y-kromoszómán az alapvető szabályozó gének egy kis, de stabil csoportját találták, amelyek hosszú evolúciós időszakon keresztül fennmaradtak, még akkor is, amikor a környező gének hanyatlásnak indultak. Jelentős, hogy ezek a gének kritikusan fontos szerepet játszanak más gének kifejeződésének szabályozásában az egész genomban, és hatással lehetnek a szövetekre az egész emberi szervezetben. Ezeknek a szabályozó Y-kromoszóma géneknek a folyamatos fennmaradásának egyik oka, hogy “dózisfüggőek”, ami azt jelenti, hogy a normális működéshez két példányra van szükség.
Az X-kromoszómán található legtöbb gén esetében csak egy példányra van szükség. A nőstényeknek két X-kromoszómájuk van, és ezért minden X-hez kötött génből két példány van, így az egyik példány véletlenszerűen inaktiválódik, vagyis kikapcsolódik. A hímeknek csak egy X-kromoszómájuk van, ezért csak egy példányuk fejeződik ki.
A szabályozó gének azonban gyakran dózisfüggőek és haplo-függetlenek, azaz a gén két példánya szükséges, és csak egy példány jelenléte rendellenességhez vagy betegséghez vezethet. Nőknél ezek a szabályozó gének megmenekülnek az X-inaktiválástól, így a második X-kromoszómán lévő példány is kifejeződik; hímeknél, akiknek csak egy X-kromoszómájuk van, a szabályozó gének e csoportjának megőrzése az Y-kromoszómán kulcsfontosságú a második példány biztosításához.
Ez összességében azt jelenti, hogy az Y kromoszóma a nemi meghatározásban és a termékenységben betöltött szerepén túlmenően olyan fontos géneket is tartalmaz, amelyek kritikusak a férfiak egészsége és túlélése szempontjából.
Ezek az eredmények jelentős hatással vannak a férfiak és nők közötti biológiai, egészségügyi és betegségbeli különbségek megértésére. Mivel az X és az Y kromoszómán lévő gének szelekciós története egymástól független, előfordulhatnak olyan finom funkcionális különbségek, amelyek a két kromoszómán lévő genetikai különbségek közvetlen következményei. Bár ezeket a különbségeket még nem tárták fel részletesen, az Y kromoszóma konzervált génjeivel kapcsolatos további vizsgálatok segíthetnek megérteni a férfiak és nők alapvető biológiájában és betegségekre való hajlamában rejlő különbségeket, és jobban irányíthatják az egészségügyi kezelést.

A cikkek elolvasása:

Posted: Május 30, 2014