3. Понятие о половом хроматине. Теория «компенсации дозы генов»
Половой хроматин, плотное окрашивающееся тельце, обнаруживаемое в интерфазных ядрах клеток у гетерогаметных (имеющих Х и Y половые хромосомы) животных и человека.
П. х. подразделяют на Х-хроматин, или тельце Барра (открыт в 1949 английскими исследователями М. Барром и Л. Бертрамом), и Y-хроматин (открыт в 1970 шведскими учёными Т. Касперсоном и Л. Цех).
Х-хроматин — интенсивно окрашивающееся основными красителями тельце (0,7—1,2 мкм), чаще прилегающее к ядерной оболочке и имеющее треугольную полулунную или округлую форму.
Y-хроматин значительно меньше по размерам, выявляется при окраске ядра флюорохромами (акрихин, акрихиниприт) и исследовании в ультрафиолетовом свете. У особей женского пола (тип XX) одна из Х-хромосом неактивна, что проявляется в её более сильной спирализации и уплотнении. В интерфазном ядре эта спирализованная Х-хромосома и видна в виде Х-хроматина. Y-хроматин у человека и некоторых приматов имеет большой гетерохроматиновый участок (см. Гетерохроматин), который даёт интенсивную флюоресценцию. Т. о., технически простое исследование интерфазного ядра позволяет судить о состоянии системы половых хромосом. Х-хроматин более или менее часто встречается у женщин в ядрах клеток всех тканей (например, в клетках эпителия слизистой оболочки рта в 15—60% ядер). Число ядер с Х-хроматином зависит от интенсивности размножения клеток в данной ткани и от гормонального состояния организма. Изменение количества П. х. свидетельствует об изменении количества половых хромосом, что детальнее выявляется анализом кариотипа. Определением П. х. широко пользуются для установления пола ребёнка (что ныне возможно и до его рождения и необходимо в случае наследования болезней, сцепленных с полом).
Поскольку в гомогаметным пола имеются две одинаковые половые хромосомы, количество генов, содержащихся в этих хромосомах , а следовательно, и их белковых продуктов (доза генов), вдвое большей, чем гетерогаметного пола. Увеличение или недостаток определенных белков может негативно влиять на развитие организма, поэтому в процессе эволюции возникли механизмы, которые на соответствующих стадиях развития "выравнивают" количество продуктов генов половых хромосом у лиц женского и мужского полов. Механизмы компенсации дозы генов. Существует два пути такой компенсации. У самцов дрозофилы наблюдается гиперактивация единой Х-хромосомы за счет поддержания декомпактизованого состояния хроматинового фибриллы.
В этом процессе участвуют продукты пяти генов (белки MSL), которые образуют мультибелковый комплекс, который связывается с Х-хромосомой: MSL-комплексы поддерживают диффузность фибриллы и рекрутируют в хроматина комплексы ремоделирования и гистона-ацетилтрансферазы , что обеспечивает значительное повышение эффективности инициации транскрипции. Компенсация дозы генов контролируется ключевым геном Sxl, о котором уже говорилось: у самок функциональный белок Sxl не позволяет MSL-белкам располагаться на Х-хромосомах и тем самым предотвращает гиперактивацию.
У млекопитающих наблюдается противоположный механизм компенсации дозы генов за счет инактивации одной из Х-хромосом у самок. Инактивация происходит на ранних этапах дробления зиготы (16-32 бластомеры), а выбор хромосомы, которая будет инактивированная, является случайным. Таким образом, и у самок, и у самцов в соматических клетках работает только одна Х-хромосома. Самки, гетерозиготные по Х-сцепленным генам, является мозаиками (в некоторых клетках экспрессируется доминантный аллель, в других рецессивный).
Детальный механизм инактивации одной из Х-хромосом самок млекопитающих до конца не выяснен. Известно, что начинается инактивация со специфической области Х-хромосомы, которая обозначается как Xic (X inactivation center). Xic содержит несколько генов, один из которых ген Xist экспрессируется только в Х-хромосоме, который будет инактивирован. Продуктом этого гена является достаточно длинная молекула РНК, которая не поддается трансляции. Молекулы Xist-РНК связываются с Х-хромосомой почти по всей длине и рекрутируют определенные белки, которые обеспечивают гетерохроматинизацию.
Инактивированная Х-хромосома проявляется в интерфазных ядрах в виде гетерохроматинового компактного образования вблизи мембраны? тельца Барра (Murray Barr). В случае наличия нескольких Х-хромосом (XXV, ХХХУ и т. д.) активной остается только одна из них? количество телец Барра равно количеству Х-хромосом минус единица.
Поскольку организмы, имеющие гетероморфный половые хромосомы, принадлежащих к разным царствам, половые хромосомы, наверное, возникали в процессе эволюции неоднократно. В пользу такого вывода свидетельствует и тот факт, что даже в пределах одной систематической группы, например рептилии, есть виды и с хромосомным типом определения пола, и такие, которые не имеют половых хромосом (пол определяется температурным режимом).
Тоже покороче
У гомогаметного и гетерогаметного пола в клетке наблюдается различное содержание Х-хромосом, различное количество генов, локализованных в Х-хромосоме.
Такое различие доз генов компенсируется у млекопитающих тем, что на определенной стадии развития гомогаметных особей в их соматических клетках одна из Х-хромосом гетерохроматизируется и ее гены перестают транскрибироваться. Следовательно, у гомогаметного пола проявляется только один набор сцепленных с полом признаков и в этом отношении оба пола оказываются водинаковом положении. У дрозофилы уравнение активности локализованных в Х-хромосомах самцов и самок генов достигается иначе. Активность генов Х-хромосомы у самцов вдвое выше, чем у самок. Это явление получило название компенсации доз генов. При дозовой компенсации у дрозофилы активность Х-хромосомных генов контролируется генами, лежащими в аутосомах, причем активирующий фактор влияет на работу всех генов Х-хромосомы. Если в результате транслокации Х-хромосомный ген перемещен в аутосому, он, как и прежде, остается под контролем этого активирующего фактора у самцов, но аутосомные гены, перенесенные в Х-хромосому, не приобретают способности к такой активации.