Y-хромосома – найкоротша із хромосом. 22 з 23 пар людських хромосом приблизно однакові за обсягом своєї генетичної інформації, і тільки остання, 23 пара, яка визначає стать, порушує цю розмірність. Y-хромосома, що містить гени, які кодують розвиток чоловічих статевих ознак, набагато менша за обсягом, ніж Х-хромосома, яка йде з нею в парі (за чоловічу стать відповідає комбінація хромосом ХY, а за жіночу – ХХ). Сьогодні чоловіча Y-хромосома має лише 19 з приблизно 600 генів, які 200-300 млн. років тому вона мала спільно з Х. Невеликий обсяг Y-хромосоми і поступова втрата нею генів спонукали окремих вчених заявити, що в майбутньому вона взагалі зникне, зокрема у людини (вже сьогодні в окремих ссавців як за жіночу, так і за чоловічу стать відповідає комбінація ХХ). Однак дослідження біологів з МТІ, опубліковане цього тижня в Nature, показало, що чоловіча хромосома має імунітет від зникнення, і природа, схоже, збереже її на віки вічні.
Y-хромосома (зліва) менша, ніж Х-хромосома, однак закодовані в ній гени надзвичайно важливі для виживання ссавців. І не лише з погляду визначення відмінності між статями.
Впродовж останніх 25 млн. років генетичний вміст Y-хромосоми залишався незмінним. Це пов’язано з тим, що чимало з її генів відіграють ключову роль у виживанні, а її роль не обмежується суто визначенням статі. Ця хромосома, зокрема, містить гени, які беруть участь у синтезі білків, регулюють активність інших генів та відіграють важливу роль у зрощенні докупи молекул РНК. Її роль виявляється у клітинах серця, крові, легень й інших тканин і органів тіла. Як образно висловився Девід Пейдж, біолог з Інституту біомедичних досліджень ім. Вайтхеда при Массачусетському технологічному інститут, «гени Y-хромосоми – це сильні гравці у центральній командній кімнаті організму». Пейдж очолив команду дослідників, які у статті в Nature довели, що з концепцією деградуючої Y-хромосоми потрібно розпрощатися.
Висновки Пейджа та його команди, однак, переконали не всіх. Зокрема, генетика з Австралійського національного університету у Канберрі Дженіффер Грейвз, яка каже, що 25 млн. років – не такий вже й великий період в довготривалому тренді деграції Y-хромосоми. Крім того, існують ссавці, які вже обходяться без неї.
У 2002 Грейвз у своїй статті, яка, до речі, також побачила світ у Nature, показала, що Y-хромосома поступово зменшувалася в розмірах, починаючи з ранніх ссавців й передбачила, що через 10 млн. років вона зникне взагалі. Це, своєю чергою, ставить закономірне питання: а що ж тоді станеться з чоловічою статтю й статевими відмінностями, необхідними для продовження життя? Грейвз та інші біологи, які підтримують гіпотезу подальшої деградації Y-хромосоми, твердять, що її функції переберуть на себе інші хромосоми, і механізми статевої диференціації будуть продовжені.
Девід Пейдж та його колеги поставили собі за мету детальніше вивчити еволюційну історію чоловічої хромосоми. Вчені порівняли та проаналізували повні послідовності її ДНК у восьми видів ссавців, починаючи від найдревніших, таких як опосуми, щурі та миші, й закінчуючи приматами, які появилися відносно недавно, зокрема наймолодшими з них – макаками-резус, шимпанзе та людьми.
Дослідження показало, що вже кілька сотень мільйонів років триває пагубна втрата Y-хромосомою своїх генів, однак 25 млн. років тому, коли від решти мавп відділилися шимпанзе, й особливо 7 млн. років тому, коли з’явилися перші представники роду Homo (люди), процес «зношення» чоловічої хромосоми зупинився. Як висловився Пейдж, «нас дуже здивувало, наскільки стабільною була ця хромосома протягом останніх 25 млн. років».
Ця стабільність походить із життєвоважливого ядра чоловічої хросомоми, до складу якого входить 12 генів , які не мають нічого спільного з визначенням статі чи розвитком чоловічої статевої системи. Натомість, експресія цих генів відбувається у інших тканинах, таких як клітини серця та крові. Вони відповідають за ключові клітинні функції, такі як ситез білків та регулювання транскрипції інших генів. Це означає, що Y-хромосома важлива для виживання усього організму, тож її виживання в майбутньому гарантоване еволюцією.
Грейвз на цей висновок команди Пейджа відповіла, що деградація Y-хромосоми не є лінійним процесом, і останні його стадії з високою ймовірністю мають схильність до флуктуацій, тож і стабільність може бути тимчасовою. Грейвз стверджує, що два види японських голчастих щурів (Echimyidae) цілковито втратили Y-хромосому самців й передали її гени іншим хромосомам, а два види хом'яків (Cricetidae) цілковито втратили деякі гени Y-хромосоми, а їхні функції, очевидно, перебрали на себе гени в інших хромосомах. «Хоча складається враження, що природа з новими формами генетичних систем вирішила поекспериментувати спершу над гризунами, не слід думати, що і нам, людям, в майбутньому це не загрожує», - резюмує Грейвз.
Окрім дискусії стосовно подальшої еволюції чоловічої хромосоми, дослідження Пейджа заставило медиків та біологів серйозно задуматися: чоловічі і жіночі клітини можуть бути біохімічно різними. Оскільки команда Пейджа доказала, що функції Y-хромосоми йдуть далеко за межі визначення статі, тож і Y-споріднені гени чоловіків ведуть до появи дещо інших клітин, ніж у жінок. Коли ж біологи експериментують з лініями клітин, вони зазвичай не беруть до уваги їх чоловіче чи жіноче походження. Тому й значимість багатьох попередніх досліджень може бути поставлена під сумнів, адже експерименти з XY клітинною лінією можуть вести до інших результатів, ніж експерименти з XX.
Найперш це стосується генетичного походження окремих хвороб. Відомо, наприклад, що автоімунні захворювання вражають більше жінок, тоді як розлади, споріднені з аутизмом, більше характерні для чоловіків. Намагаючись дошукатися до причини цього, біологи, як правило, не брали до уваги тонкі біохімічні і генетичні віднінності на клітинному рівні. Настав час позбутися цих ілюзій, - каже Девід Пейдж.
25.04.2014