Chromosom Y: poza określaniem płci

Chromosom Y: poza określaniem płci

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

Ludzki genom jest zorganizowany w 23 pary chromosomów (22 pary autosomów i jedna para chromosomów płci), przy czym każde z rodziców wnosi po jednym chromosomie z każdej pary. Chromosomy X i Y, znane również jako chromosomy płci, określają płeć biologiczną jednostki: kobiety dziedziczą chromosom X od ojca dla genotypu XX, podczas gdy mężczyźni dziedziczą chromosom Y od ojca dla genotypu XY (matki przekazują tylko chromosomy X). Obecność lub brak chromosomu Y jest krytyczna, ponieważ zawiera on geny niezbędne do pominięcia biologicznego domyślnego – żeńskiego rozwoju – i spowodowania rozwoju męskiego układu rozrodczego.
Chociaż rola chromosomu Y w określaniu płci jest jasna, badania wykazały, że ulega on szybkiemu ewolucyjnemu pogorszeniu. Wiele pokoleń temu chromosom Y był duży i zawierał tyle samo genów, co chromosom X. Obecnie jest on ułamkiem dawnego rozmiaru i zawiera mniej niż 80 funkcjonalnych genów. Doprowadziło to do debat i obaw na przestrzeni lat dotyczących ostatecznego przeznaczenia chromosomu Y. Wielu spekuluje, że chromosom Y stał się zbędny i może całkowicie zaniknąć w ciągu następnych 10 milionów lat. Chociaż badania chromosomu Y stanowiły wyzwanie ze względu na palindromiczny i bogaty w powtórzenia charakter jego sekwencji DNA, ostatnie postępy genomiki zapewniły pewne nieoczekiwane spostrzeżenia.
Ta rata Postępu Genomowego Miesiąca podkreśla dwa badania opublikowane w wydaniu Nature z 24 kwietnia 2014 r., które badają ścieżkę ewolucyjną chromosomu Y u różnych ssaków. Łącznie badania te pokazują stabilność chromosomu Y w ciągu ostatnich 25 milionów lat. Ponadto ujawniają one niektóre krytyczne funkcje chromosomu Y, które sugerują, że może on zostać na dłużej.
Aby zacząć, najpierw zagłębmy się w ewolucyjne pochodzenie chromosomów płci, mniej więcej 200-300 milionów lat temu. Chromosomy X i Y, które wywodzą się z autosomów, były początkowo tej samej wielkości. W pewnym określonym czasie chromosom Y stopniowo utracił zdolność do rekombinacji – czyli wymiany informacji genetycznej – z chromosomem X i zaczął ewoluować niezależnie. To szybko doprowadziło do katastrofalnego pogorszenia chromosomu Y, który teraz zawiera tylko 3 procent genów, które kiedyś dzielił z chromosomem X.
Ostatnia praca z grup badawczych David C. Page, M.D., w Whitehead Institute, Massachusetts Institute of Technology, i Henrik Kaessmann, Ph.D., w Swiss Institute of Bioinformatics i University of Lausanne w Szwajcarii, sugeruje, że początkowo szybki spadek chromosomu Y może mieć wyrównane i ustabilizowane.

Używając różnych technologii genomicznych, te dwa zespoły badawcze analizowane ewolucję chromosomu Y niezależnie w dwóch oddzielnych zestawów ssaków, które obejmowały ponad 15 różnych gatunków, w tym ludzi, szympansy, małpy rhesus, byki, marmozety, myszy, szczury, psy i oposy. Uderzające jest to, że znaleźli oni małą, ale stabilną grupę istotnych genów regulacyjnych na chromosomie Y, które przetrwały przez długi okres ewolucji, nawet gdy otaczające je geny ulegały rozkładowi. Co istotne, geny te odgrywają niezwykle ważną rolę w regulacji ekspresji innych genów w całym genomie i mogą wpływać na tkanki w całym organizmie człowieka. Jednym z powodów ciągłej wytrzymałości tych regulacyjnych genów chromosomu Y jest to, że są one „zależne od dawki”, co oznacza, że dwie kopie są wymagane do normalnej funkcji.
Dla większości genów na chromosomie X, tylko jedna kopia jest wymagana. Kobiety mają dwa chromosomy X, a zatem dwie kopie każdego genu związanego z chromosomem X, więc jedna kopia jest losowo inaktywowana lub wyłączana. Mężczyźni mają tylko jeden chromosom X i dlatego tylko jedna kopia jest wyrażana.
Jednakże, geny regulacyjne są często zależne od dawki i haplo-insufficient, tj. dwie kopie genu są wymagane i obecność tylko jednej kopii może prowadzić do nieprawidłowości lub choroby. U samic te geny regulatorowe wymykają się inaktywacji X, tak że kopia na drugim chromosomie X jest również wyrażana; u samców, którzy mają tylko jeden chromosom X, zachowanie tej grupy genów regulatorowych na chromosomie Y jest kluczowe dla zapewnienia drugiej kopii.
Ogółem oznacza to, że poza swoją rolą w określaniu płci i płodności, chromosom Y zawiera również ważne geny, które są krytyczne dla zdrowia i przetrwania samców.
Te ustalenia mają znaczący wpływ na nasze zrozumienie różnic w biologii, zdrowiu i chorobie między mężczyznami i kobietami. Ponieważ geny na chromosomach X i Y mają historię selekcji niezależną od siebie, mogą istnieć subtelne różnice funkcjonalne, które są bezpośrednią konsekwencją różnic genetycznych na tych dwóch chromosomach. Chociaż różnice te nie zostały jeszcze szczegółowo zbadane, więcej badań nad zachowanymi genami chromosomu Y może pomóc nam zrozumieć różnice w podstawowej biologii i podatności na choroby u mężczyzn i kobiet oraz lepiej pokierować postępowaniem zdrowotnym.

Przeczytaj artykuły:

Posted: 30 maja 2014 r.