Генетика - А. В. Сиволоб 2008

Генетика багатоклітинних еукаріотів
Генетика статі
Компенсація дози генів і походження статевих хромосом

Оскільки в гомогаметної статі наявні дві однакові статеві Хромосоми, кількість генів, які містяться в цих хромосомах, а отже, і їхніх білкових продуктів (доза генів), є вдвічі більшою, ніж у гетерогаметної статі. Збільшення чи нестача певних білків може негативно впливати на розвиток організму, тому в процесі еволюції виникли механізми, які на відповідних стадіях розвитку "вирівнюють" кількість продуктів генів статевих хромосом у осіб жіночої та чоловічої статей - механізми компенсації дози генів.

Існує два шляхи такої компенсації. У самців дрозофіли спостерігається гіперактивація єдиної Х-хромосоми за рахунок підтримання декомпактизованого стану хроматинової фібрили. У цьому процесі беруть участь продукти п'яти генів (білки MSL), які утворюють мультибілковий комплекс, що зв'язується з Х-хромосомою: MSL-комплекси підтримують дифузність фібрили й рекрутують до хроматину комплекси ремоделювання та гістон-ацетилтрансферази (див. розділ 2), що забезпечує значне зростання ефективності ініціації транскрипції. Компенсація дози генів контролюється ключовим Геном Sxl, про який уже йшлося: у самок функціональний білок Sxl не дозволяє MSL-білкам розташовуватися на Х-хромосомах і тим самим запобігає гіперактивації.

У ссавців спостерігається протилежний механізм компенсації дози генів за рахунок інактивації однієї з Х-хромосом у самок. Інактивація відбувається на ранніх етапах дроблення зиготи (16-32 бластомери), а вибір хромосоми, яка буде інактивована, є випадковим. Таким чином, і в самок, і в самців у соматичних клітинах працює тільки одна Х-хромосома. Самки, гетерозиготні за Х-зчепленими генами, є мозаїками (у деяких клітинах експресується домінантний алель, в інших - рецесивний).

Детальний механізм інактивації однієї з Х-хромосом самок ссавців до кінця не з'ясований. Відомо, що розпочинається інактивація зі специфічної ділянки Х-хромосоми, яка позначається як Xic (X inactivation center). Xic містить декілька генів, один із яких - ген Xist - експресується лише в Х-хромосомі, що буде інактивована. Продуктом цього гена є досить довга молекула РНК, яка не піддається трансляції. Молекули Xist-РНК зв'язуються з Х-хромосомою майже по всій довжині й рекрутують певні білки, які забезпечують гетерохроматинізацію. Інактивована Х-хромосома виявляється в інтерфазних ядрах у вигляді гетерохроматинового компактного утворення поблизу мембрани - тільця Барра (Murray Barr). У разі наявності кількох Х-хромосом (ХХУ, ХХХУ і т. д.) активною залишається лише одна з них - кількість тілець Барра дорівнює кількості Х-хромосом мінус одиниця.

Оскільки організми, які мають гетероморфні статеві хромосоми, належать до різних царств, статеві хромосоми, напевно, виникали в процесі еволюції неодноразово. На користь такого висновку свідчить і той факт, що навіть у межах однієї систематичної групи, наприклад рептилії, є види і з хромосомним типом визначення статі, і такі, що не мають статевих хромосом (стать визначається температурним режимом).

Зрозуміло, що статеві хромосоми відокремились як одна з аутосомних пар, про що свідчить наявність у них псевдоаутосомних регіонів. Найімовірніше, спочатку виникли гомоморфні (однакові за морфологією) статеві хромосоми, а пізніше - гетероморфні. Так, у змій більш архаїчні види мають гомоморфні статеві хромосоми, єдиною різницею між якими є час реплікації: Z-хромосома реплікується на початку, а W-хромосома - наприкінці S-фази клітинного циклу. Молодші види змій мають уже гетероморфні статеві хромосоми. Очевидно, одна зі статевих хромосом змінюється шляхом хромосомних перебудов, принаймні для ссавців вважається, що Y-хромосома за походженням є Х-хромосомою, яка піддалася численним делеціям.