Как поддерживается гендерное равенство через половые хромосомы
Асимметричные половые хромосомы независимо формировались в ходе эволюции у многих видов, и параллельно развивались разные стратегии для преодоления возникающего дисбаланса генетической информации. Молекулярный биолог Мари-Лин Фосильон исследовала этот вопрос в своей диссертации, защищённой в Университете Умео, Швеция. Её выводы могут быть полезны для лучшего понимания регуляции половых хромосом, а также для более целостного подхода к изучению регуляции генов.
Исторический дисбаланс
Когда-то хромосомы самцов и самок были почти идентичны. Однако под эволюционным давлением появились специфичные для пола хромосомы. Гены, полезные для самцов, накапливались на одной обычной хромосоме, которая перестала рекомбинировать и превратилась в прото-Y-хромосому, передаваемую только от отцов к сыновьям. Эта хромосома начала дегенерировать и терять информацию. В итоге у самок млекопитающих и мух две X-хромосомы, а у самцов — одна X и одна дегенерировавшая, бедная информацией Y-хромосома, а также несколько пар неполовых хромосом (аутосом).
Две проблемы генетического дисбаланса
С молекулярной точки зрения возникли две крупные проблемы:
- Разное количество информации: Две X-хромосомы самок могут служить матрицей для создания вдвое большего количества молекул mRNA по сравнению с единственной X-хромосомой самцов.
- Дисбаланс в сборке белковых комплексов: Поскольку белки, кодируемые разными хромосомами, могут объединяться в сложные молекулярные машины, у самцов будет дефицит белков X-хромосомы по сравнению с аутосомными белками. Это мешает сборке правильных комплексов в нужном количестве и является летальным для самцов.
Эволюционные стратегии выравнивания
У млекопитающих для восстановления баланса между полами известна инактивация одной X-хромосомы у самок. Мари-Лин Фосильон показала, что у млекопитающих продолжительность жизни mRNA, происходящей от X-хромосомы, значительно выше, чем у mRNA от аутосом. Это один из способов балансировки экспрессии генов.
У мух стратегия иная: они просто удваивают количество производимой mRNA со своей единственной X-хромосомы. Этот процесс контролируется молекулярной машиной из пяти белков и двух специфичных РНК. Интересно, что эти РНК не несут информации для построения белков и избыточны: удаление каждой по отдельности не имеет последствий, но удаление обеих убивает самцов.
Исследование индивидуальных ролей этих РНК выявило их различия, объяснив, почему эволюция не отбросила ни одну из них, хотя для выживания самцов необходима только одна.