Новые данные о регуляции активности Х-хромосом

Исследовательская группа из Университета Северной Каролины (University of North Carolina, США) под руководством Джейсона Либа (Jason Lieb) подтвердила выдвинутую много лет назад теорию, объясняющую, каким образом особи мужского пола компенсируют отсутствие одной Х-хромосомы. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Genetics, вносят ясность в актуальную научную проблему и предоставляют новую информацию об интерпретации результатов генетических исследований у организмов разного пола.

«Эта тема важна, поскольку многие заболевания являются следствием дефекта регуляторных механизмов в клетке», - говорит Либ.

Мужчины и женщины отличаются друг от друга набором половых хромосом. Для женского организма характерно наличие двух Х-хромосом, для мужского организма – одна X- и одна Y-хромосома. Отсутствие у мужчин второй Х-хромосомы с резервными копиями генов приводит к тому, что у них чаще, чем у женщин, возникают такие заболевания, как гемофилия, мышечная дистрофия Дюшена и некоторые виды дальтонизма. Отсутствие или удвоение числа любых других хромосом может оказаться летальным для организма вследствие нарушения экспрессии генов. Какие же механизмы обеспечивают жизнеспособность особей мужского пола с лишь одной Х-хромосомой?

Долгие годы биологи дискутировали о молекулярных механизмах, компенсирующих отсутствие второй Х-хромосомы в организме мужчин. Широкую распространенность получила концепция повышения активности экспрессии генов человека, расположенных на Х-хромосоме. Предполагается, что у людей активность генов Х-хромосомы в два раза повышена, по сравнению с таковой других хромосом. Это означает, что экспрессия генов Х-хромосомы в организме мужчин увеличена в два раза, а в организме женщин – в четыре раза. В тоже время в организме женщин существует механизм подавления работы Х-хромосомы, позволяющий «выровнять» экспрессию генов в организмах разного пола.

Появление новых технологий, основанных на секвенировании РНК и протеомном анализе, расширило возможности ученых в плане измерения экспрессии генов, и результаты некоторых исследований, проведенных в течение нескольких последних лет, не подтвердили концепцию регуляции активности генов Х-хромосом.

Повторно проанализировав данные предыдущих и новых исследований, посвященных регуляции активности половых хромосом у человека, мышей, круглых червей и плодовых мушек, Либ с коллегами обнаружили больше доказательств в пользу теории активации Х-хромосом, однако выяснили, что у организмов разных видов имеются свои особенности механизма регуляции активности половых хромосом. В организме млекопитающих (людей и мышей) вне зависимости от пола происходит активация экспрессии генов Х-хромосом, а затем в организме особей женского пола экспрессия генов уравновешивается путем «выключения» одной из Х-хромосом. У круглых червей (C. Elegans) «выключения» Х-хромосомы не происходит, а регуляция осуществляется путем подавления активности генов обеих Х-хромосом у особей женского пола. В организме плодовых мушек (Drosophila melanogaster) мужского пола экспрессия генов Х-хромосом значительно повышена, по сравнению с таковой особей женского пола.

«У разных видов мы наблюдаем разные дозозависимые механизмы регуляции активности генов Х-хромосом, - говорит Либ. – Мы также обнаружили, что не все гены Х-хромосом мужских особей активируются в равной степени для компенсации отсутствия второй Х-хромосомы. Это создает дополнительные трудности в работе ученых, исследующих регуляцию работы генов».

По материалам University of North Carolina School of Medicine

Оригинальная статья:
Xinxian Deng, Joseph B Hiatt, Di Kim Nguyen, Sevinc Ercan, David Sturgill, LaDeana W Hillier, Felix Schlesinger, Carrie A Davis, Valerie J Reinke, Thomas R Gingeras, Jay Shendure, Robert H Waterston, Brian Oliver, Jason D Lieb, Christine M Disteche. Evidence for compensatory upregulation of expressed X-linked genes in mammals, Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster. Nature Genetics, 2011; DOI: 10.1038/ng.948