Cromozomul Y: dincolo de determinarea genului

Cromozomul Y: dincolo de determinarea genului

De Roseanne F. Zhao, Ph.D.
NIH M.D./Ph.D. Bursier al Programului de formare în parteneriat

Genomul uman este organizat în 23 de perechi de cromozomi (22 de perechi de autosomi și o pereche de cromozomi sexuali), fiecare părinte contribuind cu câte un cromozom pentru fiecare pereche. Cromozomii X și Y, cunoscuți și sub numele de cromozomi sexuali, determină sexul biologic al unui individ: femeile moștenesc un cromozom X de la tată pentru un genotip XX, în timp ce bărbații moștenesc un cromozom Y de la tată pentru un genotip XY (mamele transmit doar cromozomii X). Prezența sau absența cromozomului Y este critică, deoarece conține genele necesare pentru a anula valoarea biologică implicită – dezvoltarea feminină – și a determina dezvoltarea sistemului reproducător masculin.
Deși rolul cromozomului Y în determinarea sexului este clar, cercetările au arătat că acesta suferă o deteriorare evolutivă rapidă. Cu multe generații în urmă, cromozomul Y era mare și conținea la fel de multe gene ca și cromozomul X. În prezent, este o fracțiune din dimensiunea sa din trecut și conține mai puțin de 80 de gene funcționale. Acest lucru a dus la dezbateri și preocupări de-a lungul anilor cu privire la eventualul destin al cromozomului Y. Mulți speculează că cromozomul Y a devenit superfluu și ar putea dispărea complet în următorii 10 milioane de ani. În timp ce studiile asupra cromozomului Y au fost dificile din cauza naturii palindromice și bogate în repetări a secvenței sale de ADN, recentele progrese genomice au oferit unele informații neașteptate.
Acest episod al avansului lunii în domeniul genomului evidențiază două studii publicate în ediția din 24 aprilie 2014 a revistei Nature care explorează calea evolutivă a cromozomului Y la diferite mamifere. Împreună, aceste studii demonstrează stabilitatea cromozomului Y în ultimii 25 de milioane de ani. De asemenea, ele dezvăluie unele funcții critice ale cromozomului Y care sugerează că acesta ar putea fi aici pentru a rămâne.
Pentru a începe, să ne adâncim mai întâi în originea evolutivă a cromozomilor sexuali, cu aproximativ 200-300 de milioane de ani în urmă. Cromozomii X și Y, ambii derivați din autosomi, au avut inițial aproximativ aceeași dimensiune. La un anumit moment dat, cromozomul Y și-a pierdut treptat capacitatea de a se recombina – sau de a face schimb de informații genetice – cu cromozomul X și a început să evolueze independent. Acest lucru a dus rapid la o deteriorare catastrofală a cromozomului Y, care acum conține doar 3 % din genele pe care le împărțea cândva cu cromozomul X.

Lucrări recente ale grupurilor de cercetare ale lui David C. Page, M.D., de la Whitehead Institute, Massachusetts Institute of Technology, și Henrik Kaessmann, Ph.D., la Institutul Elvețian de Bioinformatică și la Universitatea din Lausanne din Elveția, sugerează că declinul inițial rapid al cromozomului Y s-ar putea să se fi nivelat și stabilizat.
Utilizând tehnologii genomice diferite, aceste două echipe de cercetare au analizat evoluția cromozomului Y în mod independent în două seturi separate de mamifere care au acoperit mai mult de 15 specii diferite, inclusiv oameni, cimpanzei, maimuțe rhesus, tauri, maimuțe, șoareci, șobolani, șobolani, câini și oposumi. În mod izbitor, ei au descoperit un grup mic, dar stabil de gene de reglementare esențiale pe cromozomul Y, care au rezistat de-a lungul unei lungi perioade de timp evolutive, chiar și în timp ce genele din jur se descompuneau. În mod semnificativ, aceste gene joacă un rol extrem de important în guvernarea expresiei altor gene din întregul genom și pot afecta țesuturile din întregul corp uman. Unul dintre motivele pentru rezistența continuă a acestor gene reglatoare ale cromozomului Y este faptul că ele sunt „dependente de doză”, ceea ce înseamnă că sunt necesare două copii pentru o funcționare normală.
Pentru majoritatea genelor de pe cromozomul X, este necesară doar o singură copie. Femelele au doi cromozomi X și, prin urmare, două copii ale fiecărei gene legate de X, astfel încât o copie este inactivată la întâmplare, sau dezactivată. Bărbații au un singur cromozom X și, prin urmare, o singură copie este exprimată.
Cu toate acestea, genele reglatoare sunt adesea dependente de doză și haplo-insuficiente, adică sunt necesare două copii ale genei, iar prezența unei singure copii poate duce la anomalii sau boli. La femele, aceste gene reglatoare scapă de inactivarea X, astfel încât copia de pe al doilea cromozom X este, de asemenea, exprimată; la masculi, care au doar un singur cromozom X, păstrarea acestui grup de gene reglatoare pe cromozomul Y este crucială pentru asigurarea celei de-a doua copii.
În ansamblu, ceea ce înseamnă că, dincolo de rolul său în determinarea sexului și a fertilității, cromozomul Y conține, de asemenea, gene importante care sunt critice pentru sănătatea și supraviețuirea bărbaților.
Aceste descoperiri au implicații considerabile pentru înțelegerea noastră în ceea ce privește diferențele de biologie, sănătate și boală dintre bărbați și femei. Deoarece genele de pe cromozomii X și Y au un istoric de selecție independent unul de celălalt, este posibil să existe diferențe funcționale subtile care să fie o consecință directă a diferențelor genetice de pe cei doi cromozomi. Deși aceste diferențe nu au fost încă explorate în detaliu, mai multe studii privind genele conservate ale cromozomului Y ne pot ajuta să înțelegem diferențele în ceea ce privește biologia de bază și susceptibilitatea la boli la bărbați și femei și să orientăm mai bine gestionarea sănătății.

Citește articolele:

Postat: 30 mai 2014