Утконос и курица раскрывают, как хромосомы балансируют между полами
Исследователи из UNSW Sydney обнаружили фундаментальные различия в биологических процессах между самцами и самками, изучив уникальные и разнообразные системы половых хромосом утконоса и курицы.
Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), стали неожиданностью для генетики. Они помогут лучше понять эволюцию половых хромосом, работу нашего организма и могут привести к новым открытиям в биологии.
У млекопитающих, таких как люди, у самок две X-хромосомы, а у самцов — одна X и одна Y-хромосома, что создает дисбаланс между полами. Этот дисбаланс корректируется процессом компенсации дозы половых хромосом.
У самок млекопитающих, чтобы уравновесить разницу, одна из X-хромосом обычно инактивируется (замолкает). Это предотвращает выработку самками вдвое большего количества белков с X-хромосомы по сравнению с самцами.
Балансировка весов
Каждая клетка использует белки, которые синтезируются на основе инструкций, переносимых mRNA. Пол влияет на уровень mRNA генов X-хромосомы, что, как ожидается, должно влиять и на производство белков.
Однако это исследование впервые демонстрирует, что баланс белков между полами достигается, даже когда уровни mRNA несбалансированы. Результаты показывают, что компенсация дозы — критически важный процесс для всех видов с дифференцированными половыми хромосомами, а не только для плацентарных и сумчатых млекопитающих.
Почему утконос и курица?
Исследование сфокусировалось на утконосе и курице — видах с кардинально разными системами половых хромосом, которые дают ценное представление об эволюции и механизмах компенсации дозы.
- Утконос — яйцекладущее млекопитающее (монотрем). У самок пять пар X-хромосом, а у самцов — пять X и пять Y.
- Курица (птицы) имеет ZW-систему: у самцов две Z-хромосомы, у самок — одна Z и одна W.
Ученые уже наблюдали почти идеальную компенсацию дозы половых хромосом на уровне RNA у плацентарных и сумчатых млекопитающих. Однако у птиц и монотрем наблюдался дисбаланс mRNA между полами.
Впервые показано, что этот дисбаланс корректируется на уровне белка. Это означает, что утконос и курица имеют новый механизм компенсации дозы, отличный от человеческого.
Контролируют ли наши гены всё?
Ранее считалось, что контроль компенсации дозы происходит только на уровне RNA, а не на уровне синтеза белков. Поскольку уровни mRNA для генов половых хромосом у утконоса и курицы не были сбалансированы, ученые начали сомневаться, обязательна ли компенсация дозы для жизни.
Измерение уровней белка было сложной технической задачей. С появлением более чувствительных технологий стало видно, что компенсация дозы половых хромосом между самцами и самками наблюдается на уровне белка у утконоса и курицы. Несмотря на различия в количестве mRNA, самцы и самки этих видов производят схожие количества белков.
Применение новых знаний
Исследование подчеркивает сложность генетической регуляции и важность учета множественных уровней контроля в экспрессии генов.
Изучение уникальных видов, таких как утконос, дает новое понимание клеточных и молекулярных механизмов, которые могут регулировать различные аспекты физиологии человека или быть вовлечены в заболевания.
Хотя эти процессы могут не применяться напрямую к человеческой компенсации дозы, они проливают свет на то, как наши тела управляют экспрессией генов и производством белков. Эти результаты могут продвинуть знания в эволюционной биологии и привести к инновационным терапиям в медицинской генетике, помогая выявить новые мишени для заболеваний, где ключевую роль играет дисфункция белка.
Будущие исследования будут изучать механизмы, способствующие компенсации дозы, чтобы обнаружить другие подобные системы в природе и понять, как они эволюционировали и работают у разных видов.