Размытые границы: обмен между половыми хромосомами человека происходит чаще, чем считалось

Граница, которая, как полагали, строго разделяет человеческие половые хромосомы X и Y для предотвращения рекомбинации (кроссинговера), оказалась более размытой. Исследование под руководством доцента Университета штата Аризона Мелиссы Уилсон Сэйрес показало, что обмен ДНК между X и Y может происходить гораздо чаще. Это открытие может углубить понимание человеческой истории, генетического разнообразия, здоровья и болезней, а также размыть жёсткие хромосомные интерпретации половой принадлежности.

"Изучение наших половых хромосом важно для здоровья человека и понимания нашей истории", — говорит Мелисса Уилсон Сэйрес.

Вся генетическая информация человека содержится в 23 парах хромосом. При образовании половых клеток ДНК "перетасовывается" между хромосомами матери и отца в процессе рекомбинации, делая каждого человека уникальным. Считалось, что рекомбинация между половыми хромосомами X и Y подавлена, за исключением двух небольших областей на их кончиках — псевдоаутосомных областей (PAR1 и PAR2).

"Псевдоаутосомная область, эта крошечная область, которая всё ещё рекомбинирует, крайне мало изучена и обычно исключается из всех анализов", — отмечает Уилсон Сэйрес.

Кроме того, существует область XTR (X-транспонированная область), которая была дублирована с X на Y хромосому около 6 миллионов лет назад, после разделения линий человека и шимпанзе.

Исследование, опубликованное в журнале Genetics, оспаривает устоявшееся мнение о существовании строгой границы, подавляющей обмен между X и Y. Проанализировав полные последовательности ДНК X-хромосом 26 неродственных женщин, команда обнаружила, что генетическое разнообразие в области PAR1 значительно выше, чем в других частях X-хромосомы. Вместо резкого обрыва ("обрыва скалы") на границе PAR1 наблюдается плавный спад ("пологий холм").

Эволюционный контекст

Около 200 миллионов лет назад X и Y хромосомы были неразличимы. Их разделение началось, когда в будущей Y-хромосоме стали происходить инверсии (генетические "сальто"), затруднившие рекомбинацию. В итоге Y-хромосома потеряла почти 90% генов предковых половых хромосом и способность обмениваться информацией с X.

Новые данные показывают, что подавление рекомбинации между X и Y у человека — всё ещё активный эволюционный процесс. Чтобы избежать систематических ошибок, будущие демографические и генетические исследования должны учитывать особенности PAR и XTR.

Последствия для здоровья и понимания пола

Понимание различий между половыми хромосомами важно для изучения заболеваний с половой специфичностью (например, дальтонизма и гемофилии). Нарушение рекомбинации в PAR1 связано с синдромом Клайнфельтера (XXY).

Особый интерес представляет расположение ключевого гена SRY, запускающего развитие семенников. У человека он находится прямо рядом с размытой границей PAR1.

"Из-за размытости границы SRY может "перепрыгнуть" на X-хромосому", — объясняет Уилсон Сэйрес. Это может приводить к нарушениям формирования пола, таким как синдром де ла Шапеля (SRY-позитивные XX-мужчины).

"Наше представление о генетическом поле тоже может немного определяться общественным консенсусом. Половое размножение связано с производством яйцеклеток или сперматозоидов, но это может быть отделено от ваших половых хромосом. Эта размытая граница делает всё ещё более запутанным".

К другим состояниям, размывающим жёсткую связь "хромосомы = пол", относятся:

• Синдром Тёрнера (одна X-хромосома) — встречается у 1 из 2500 человек.
• Синдром Клайнфельтера (XXY) — встречается у 1 из 1000 человек.
• Синдром Свайера — у человека с Y-хромосомой и геном SRY, который "включён, но недостаточно" для запуска развития семенников; такие люди (XY) развивают яичники.

"Если взять население ASU (~70 000 студентов), мы ожидаем как минимум 14 человек с одной X-хромосомой и от 35 до 70 — с двумя X и одной Y. Многие могут не знать своего хромосомного набора. Нам следует быть очень осторожными, пытаясь определить человека по его половым хромосомам", — заключает Уилсон Сэйрес.

В области PAR1 расположены 24 гена, связанных с ростом костей, выработкой мелатонина и психическими расстройствами, включая биполярное аффективное расстройство, что открывает перспективы для будущих исследований.