Y-хромосома: все ли мы о ней знаем

 

Y-хромосома

В 1905 году мир узнал о существовании Y-хромосомы, которую признали определяющей пол. То есть, помимо 22 пар обычных соматических хромосом, у женщин есть две половые Х-хромосомы, а у мужчин — одна Х- и одна Y-хромосома. В 1920 году это предположение подтвердилось тем фактом, что именно наличие Y-хромосомы у плода еще во внутриутробном периоде приводит к образованию у него яичек, которые начинают активно вырабатывать андрогены. Как следствие, обладатель Y-хромосомы становится мальчиком  

Сегодня о хромосомах известно очень и очень многое. Ученые могут сказать, на какой из них расположен тот или иной ген, как происходит активация и «выключение» отдельных генов, какие бывают хромосомные мутации и др. Уолтер Саттон — автор хромосомной теории наследственности.  

            Особое внимание приковано к половым хромосомам, благодаря которым человечество представлено двумя полами: мужчинами и женщинами. И особенно неоднозначное отношение у ученых сложилось в отношении Y-хромосомы, которая в норме имеется только у представителей сильного пола. Как это часто бывает с чем-то, что есть у одной половины человечества и нет у другой, об Y-хромосоме существует множество слухов и домыслов.

   Главная функция Y хромосомы – детерминация пола и фертильности у мужчин. 

      Самый примечательный ген, расположенный на Y - хромосоме ген определения пола SRY , он не имеет интронов и кодирует белковый фактор развития семенников (англ. testis-determining factor), также называемый белком SRY или TDF, который инициирует развитие мужского организма. Из-за небольшого количества генов на Y-хромосоме число Y-сцепленных болезней невелико, однако микроделеции в гене фактора азооспермии выявляют у 18% мужчин с тяжелой формой олигоспермии или азооспермии. Последняя болезнь характеризуется полным отсутствием сперматозоидов, а вследствие бесплодием у мужчины.

       Считается, что Х и Y хромосомы произошли от обычной пары аутосом, время их эволюции составляет приблизительно 300 млн. лет [Jegalian and Page, 1998; Lahn and Page, 1999].

      Раньше считалось, что в Y хромосоме содержится мало генов, что она функционально обеднена и что большая ее часть состоит из некодирующей ДНК. Первые исследования по филогении Y хромосомы начались с середины 80-х годов[Casanova et al., 1985].

          Размер Y хромосомы около 60 млн. п.н. Нерекомбинирующая часть Y хромосомы (NRY- non-recombining region of the Y или MSY – male-specific region of the Y), не подвергающаяся обмену участками в процессе мейоза с Х хромосомой, составляет 95% от общей длины. С обеих сторон NRY фланкирована небольшими областями, для которых рекомбинация является обычным и достаточно частым явлением в мейозе [Freije et al., 1992].

       Детальная физическая карта Y хромосомы человека была предложена Тилфордом и соавторами [Tilford et al., 2001].

 Особые свойства Y хромосомы: специфична только для мужчин, имеет гаплоидный геном, содержание больших нерекомбинирующих областей и передача от отца к сыновьям делают ее уникальным инструментом для использования в медицинской, популяционной и эволюционной генетике.      Мутации, возникшие в Y хромосоме, сохраняются и передаются единым блоком от поколения к поколению. Нерекомбинирующая часть (NRY) наследуется как единый локус, благодаря чему можно определить происхождение и эволюцию по отцовской линии.

Y - хромосома человека потеряла 1393 из 1438 изначально имеющихся в ней генов в процессе своего существования. При скорости потери генов 4,6 на миллион лет, Y - хромосома человека потенциально может полностью потерять свою функцию в течение следующих 10 миллионов лет. Сравнительный геномный анализ, показывает, что многие виды млекопитающих испытывают подобную потерю функций в их гетерозиготных половых хромосомах. Дегенерация, возможно, является судьбой всех нерекомбинантных половых хромосом из-за трёх общих эволюционных сил: высокой скорости мутирования, неэффективного отбора и генетического дрейфа. С другой стороны, недавние сравнения Y - хромосом человека и шимпанзе показали, что человеческая Y - хромосома не потеряла ни одного гена с момента дивергенции человека и шимпанзе около 6—7 миллионов лет назад, и потеряла только один ген с момента дивергенции человека и макаки - резус около 25 миллионов лет назад, что доказывает возможную ошибочность модели линейной экстраполяции.

У животных есть примеры, когда Y- хромосома полностью исчезает, и возникает новая система определения пола. Несколько видов грызунов достигли этих стадий:

● Научные исследования свидетельствуют, что, что закавказская морская полевка и некоторые другие виды грызунов полностью потеряли Y- хромосому и SRY. Некоторые из них перенесли гены, присутствующие на Y- хромосоме, на Х-хромосому. Рюкийская мышь имеет XO-генотип (Синдром Шерешевского — Тёрнера), тогда как все слепушонки обладают генотипом XX.

● Древесный и арктический лемминги и несколько видов в роде травных мышей характеризуются наличием фертильных самок, которые обладают генотипом, обычно кодирующим самцов XY, в дополнение к XX, с помощью различных модификаций К хромосомам X и Y.

● Самки полевки ползучей с одной Х-хромосомой каждый производят только гаметы X, а самцы XY производят Y - гаметы или гаметы, лишенные какой-либо половой хромосомы, через неразделение.

        

        Можно ли говорить, что именно Y-хромосома делает мужчину — мужчиной? Казалось бы, какие могут быть сомнения в этом? Но нет. В 2014 году ученые из Университета Эмори (штат Джорджия, США) доказали, что наличие Y-хромосомы не всегда показатель наличия мужественности.

Речь идет о людях, страдающих от синдрома нечувствительности к андрогенам (он же синдром тестикулярной феминизации или синдром Морриса). При этом генетическом заболевании человек внешне и по поведению обладает всеми женскими характеристиками, за исключением маленького нюанса: у него есть Y-хромосома.

Как следствие, есть и яички, скрытые в теле и имеющие дефицит рецепторов к андрогенам. Поэтому тело такого человека не реагирует на мужские половые, но зато реагирует на женские — эстрогены, которые вырабатывают все те же яички. В результате такие люди развиваются как женщины и демонстрируют феминизирующее половое созревание. Матки и яичников у них нет, поэтому яйцеклетки не развиваются и детей они иметь не могут.

Что важно: такие женщины, которые генетически являются «мужчинами», в то же время женщины во всем: не только физически, но и в психическом плане. Реакции их мозга на визуальную и сексуальную стимуляцию — абсолютно женская. В их мозге тоже нет рецепторов к андрогенам, плавающим в их крови. Как говорят ученые, у таких людей есть «женский шаблон» по умолчанию, но нет возможности реагировать на андрогены.

Одиночество Y-хромосомы

Y-хромосома интересна еще и тем, что в большинстве случаев она не подвергается стандартной процедуре рекомбинации. Гены отца и матери в Х-хромосомах «перемешиваются», создавая уникальную для живого существа комбинацию. А Y-хромосома этой процедуре не подвергается, то есть со временем в ней начинают накапливаться повторяющиеся последовательности ДНК, роль которых в полной мере пока не раскрыта, но есть мнение, что это в значительной части своей «мусор».

Правда, не так давно было показано, что у Y-хромосомы существует своя версия кроссинговера — так называется процесс обмена хромосом аналогичными по расположению участками. Y-хромосома за неимением пары меняется участками сама с собой. Это дает ей возможность исправить возникающие мутации и тем самым предотвратить вырождение.

Вообще тема вырождающейся Y-хромосомы давно обсуждается в научном сообществе. И именно из этой концепции вырождения чистой мужской хромосомы вытекает несколько фантастически звучащий прогноз о грядущем исчезновении мужчин, как пола. Ведь если обмена генами не происходит, то мутация/утрата какого-либо чисто мужского гена не восстановима. И рано или поздно повреждения станут слишком обширны.

Однако, с одной стороны, с тех пор, как пути Х-хромосом и Y-хромосомы разошлись, последняя действительно утратила значительную часть своих генов и сегодня по объёму составляет около трети Х-хромосомы. С другой стороны, в 2009 году ученые сообщили о возможности обмена генами между Х- и Y-хромосомой. По мнению исследователей, мутации на вырождающейся Y-хромосоме могут попасть на X-хромосому, и наоборот, восстанавливая ее разнообразие.

Утрата Y-хромосомы и болезни

А может и не нужна особо эта Y-хромосома? Ну, по крайней мере, в соматических клетках, то есть, в клетках тела? Удивительно, но нужна и даже очень

В 2016 году ученые обнаружили связь между утратой Y-хромосомы в клетках крови и повышенным риском развития болезни Альцгеймера. Речь идет о мозаицизме — утрате Y-хромосомы некоторыми клетками (LOY), в частности, клетками крови. Это не редкое событие — 20% мужчин старше 70 лет являются обладателями таких клеток, причем курение дополнительно повышает риски. Оказалось, что люди с LOY чаще страдают от болезни Альцгеймера, целого ряда злокачественных опухолей, а также чаще умирают раньше времени.

Сам факт того, что наличие Y-хросомосомы снижает для мужчины риски нейродегенеративных болезней и рака, подтверждается и другими наблюдениями. В 2018 году на «мужской» хромосоме был найден ген, защищающий своего обладателя от рака и, в частности, от острого миелоидного лейкоза.

А годом ранее, в 2017 году, выяснилось, что мыши с Y-хромосомой намного реже страдают от легочной гипертензии, чем мыши без нее. Это, кстати объясняет, почему женщины, у которых тоже нет Y-хромосомы более восприимчивые к заболеванию.

Выводы

• Итак, даже наличие Y-хромосомы не всегда делает мужчину — мужчиной.
• Y-хромосома в эволюционном плане продолжает меняться. Ее возможности крайне ограничены, но тем не менее, механизмы обмена генами и ликвидации мутаций худо-бедно работают. Так что пока вымирание мужчин нам не грозит.
• Равно как не стоит рассчитывать и на полную утрату Y-хромосомы. Это не просто набор генов для выработки сперматозоидов и взлома яйцеклетки. Это еще и защита мужчин от целого ряда неизлечимых на сегодняшний день болезней.
• Использованы некоторые данные источника: https://medaboutme-ru.turbopages.org/medaboutme.ru/s/

Вопрос: В каких клетках содержится У-половая хромосома и на какие признаки организма(половые и неполовые) она влияет? 

.