Москва
5 ноября ‘24
Вторник

Человеческий эмбрион выбирает родителя немышиными генами

Человеческий эмбрион выбирает себе гены одного из родителей уникальным способом. До сих пор ученые думали, что человек использует те же механизмы, что и мыши. Оказалось, что мышиные механизмы в человеческих клетках не срабатывают.

В соматических (неполовых) клетках самок млекопитающих содержится две X-хромосомы; в клетках самцов – одна X-хромосома и одна Y-хромосома. Именно в Х- и Y-хромосомах проявляются основные генетические и фенотипические различия между особями мужского и женского пола.

По сравнению с X-хромосомой, Y-хромосома – просто огарочек свечи, оставшийся после миллионов лет эволюции. Мужская хромосома утратила большую часть генов, оставив несколько десятков тех, которые жизненно необходимы самцам. Женская же хромосома – большая и красивая дородная барышня: и по размерам, и по количеству генетической информации она многократно превышает своего хлипкого спутника.

Хромосома замолкает

<a href=http://infox.ru/03/drugstore/2011/02/07/Ryetrovirusyy_sohran.phtml target=_blank> <img title="" alt="" hspace="0" src="/photos/59/95959/300x168_AtW7Io1l2GQ0oOaf5rFxsKHYyuoJN731.jpg" border="0" width=175></a>
В женском организме заложено больше и генетического смысла, и генетического мусора (возможных мутаций). Если учесть, что у самок еще и две Х-хромосомы, то получается, что организм просто переполнен генетической информацией. Чтобы компенсировать лишнюю дозу гена, еще на начальных стадиях эмбриогенеза у самок инактивируется одна из Х-хромосом. В принципе, таким способом женский организм защищается и от генетических болезней, сцепленных с половой хромосомой.

Впервые феномен инактивации Х-хромосомы описала Мэри Лайон (Mary F. Lyon) в 1961 году. Затем в экспериментах с мышами ученые выяснили, что этот многоступенчатый процесс происходит постепенно, но на стадиях, когда эмбрион состоит всего лишь из нескольких клеток: активизируется локус Xict, синтезируется большое количество кислоты, под воздействием которой реорганизуется структура хроматина (хроматин – это хромосома в «распущенном» состоянии). Наконец, «замолкают» (метилируются) многие или даже все гены одной из женских хромосом -- Х-хромосома превращается в тельце Барра.

У сумчатых процесс инактивации Х-хромосомы специфичный. Например, у кенгуру инактивируются все отцовские хромосомы. То есть кенгурята-дочки половыми хромосомами будут походить на мать. А вот у плацентарных млекопитающих инактивация Х-хромосом происходит в каждой клетке спонтанно, независимо друг от друга. Получается, что женские особи частично состоят из двух линий клеток – в одних работает материнская Х-хромосома, в других – отцовская. В принципе, в нормальном организме мозаицизм женского организма незаметен. Зато если в одну из Х- хромосом закралась мутация, то она дает о себе знать в тех клетках, где активирована патологическая хромосома. Например, у людей с ангидротической эктодермальной дисплазией потовые железы не развиваются только на тех участках тела, где скоплены клетки с мутантной хромосомой. То есть человек в этом случае потеет частями.

Немышиная инактивация

<a href=http://infox.ru/science/human/2011/03/17/Antikalciy_dlya_kont.phtml target=_blank> <img title="" alt="" hspace="0" src="/photos/2011/39/98039/300x168_HPcckLeHSEDK0mvgbk46WO6QN7flgUHR.jpg" border="0" width=175></a>
Тонкости Х-инактивации изучены, в основном, на примере мышей. Тем не менее, особенности этого процесса имеют важное значение для медицинских и фундаментальных исследований. От того, какая Х-хромосома будет работать в организме ребенка, зависит не только равномерность потоотделения, но и проявление синдрома Ретта – заболевания, о котором Infox.ru писал в статье «Гиперактивный генетический мусор разрушает мозг».

Исследователи из научных центров Франции под руководством Икухиро Окамото из Института Кюри (Institut Curie) проследили за тем, как зародыши кроликов, мышей и человека выбирают, на кого они будут похожи. Для эксперимента ученые проводили оплодотворение in vivo и in vitro. Человеческие зародыши ученые получали методами IVF (оплодотворение в пробирке) и ICSI (интрацитоплазматическое оплодотворение). Для эксперимента также были использованы замороженные и только что полученные абортивные материалы.

О работе замолкающего механизма ученые судили по наличию транскрипта Xict (специфичной РНК, которая и превращает нормальную Х-хромосому в тельце Барра) и по функционированию Х-хромосомных генов.

Генетики выяснили, что мышиные эмбрионы гораздо раньше определяются с тем, чьи гены они будут носить. Так, на стадии 4-8 клеток будущий мышонок уже включает локус Xict, который распределяет мужские и женские роли между разными клетками одного организма. Человеческие и кроличьи эмбрионы включают Xict несколько позже, но до имплантации эмбриона. Причем, этот регулятор дает о себе знать и в мужских, и в женских Х-хромосомах одновременно. Однако инактивации Х-хромосом при это не происходит. Несколько позже в некоторых кроличьих клетках отключается сразу две Х-хромосомы, в других же клетках «выключатель» действует более разборчиво.

В человеческом эмбрионе все Х-хромосомы остаются работоспособными даже когда клетки размножились до размера вполне различимого шарика – бластоцисты. Однако активированный Xict никак не сказывается на работоспособности Х-хромосом.

Основываясь на полученных результатах, ученые сделали выводы, что мышиные законы не работают ни в кроличьих, ни в человеческих клетках. «Животные добиваются одного и того же результата разными генетическими механизмами, -- поясняют авторы исследования. – Мы предполагаем, что у человека срабатывает ген, расположенный несколько ниже всем известного Xict».

Подробнее о результатах эксперимента можно прочитать в статье Eutherian mammals use diverse strategies to initiate X-chromosome inactivation during development.

Полная версия