Y-хромосома

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Идиограмма Y-хромосомы человека

Y-хромосо́ма — половая хромосома большинства млекопитающих, в том числе человека. Содержит ген SRY, определяющий мужской пол организма, а также гены, необходимые для нормального формирования сперматозоидов. Мутации в гене SRY могут привести к формированию женского организма с генотипом XY (Синдром Суайра). Y-хромосома человека состоит из более чем 59 миллионов пар нуклеотидов.

Общие сведения[править | править исходный текст]

Клетки большинства млекопитающих содержат две половых хромосомы: Y-хромосома и X-хромосома — у самцов, две X-хромосомы — у самок. У некоторых млекопитающих, например, утконоса, пол определяется не одной, а пятью парами половых хромосом[1]. При этом, половые хромосомы утконоса имеют больше сходства с Z-хромосомой птиц[2], а ген SRY, вероятно, не участвует в его половой дифференциации[3].

В человеческой популяции клетки некоторых мужчин содержат две (реже несколько) X-хромосомы и одну Y-хромосому (см. синдром Клайнфельтера); или одну X-хромосому и две Y-хромосомы (дисомия Y); клетки некоторых женщин содержат несколько, чаще три (см. Трисомия по Х-хромосоме) или одну X-хромосомы (см. синдром Шерешевского — Тернера). В некоторых случаях наблюдается повреждение гена SRY (с формированием женского XY организма) или его копирование на X-хромосому (с формированием мужского XX-организма) (см. также Интерсексуальность).

Происхождение и эволюция[править | править исходный текст]

До появления Y хромосомы[править | править исходный текст]

У многих эктотермных («холоднокровных») позвоночных отсутствуют половые хромосомы. Если у них имеются два пола, то пол определяется в большей степени условиями среды, чем генетически. У некоторых из них, в частности рептилий, пол зависит от температуры инкубации; другие являются гермафродитами (то есть каждая особь содержит как мужские, так и женские гаметы).

Происхождение[править | править исходный текст]

Считается что, X- и Y-хромосомы произошли от пары идентичных хромосом[4], когда у древних млекопитающих возник ген, один из аллелей (одна из разновидностей) которого приводил к развитию мужского организма[5]. Хромосомы, несущие этот аллель, стали Y-хромосомами, а вторая хромосома в этой паре стала X-хромосомой. Таким образом, X- и Y-хромосомы изначально отличались лишь одним геном. C течением времени, гены, полезные для самцов и вредные (либо не имеющие никакого эффекта) для самок либо развивались в Y-хромосоме, либо перемещались в Y-хромосому в процессе транслокации[6].

Ингибирование рекомбинации[править | править исходный текст]

Доказано, что рекомбинация между X- и Y-хромосомами вредна — она приводит к появлению самцов без необходимых генов в Y-хромосоме и самок с ненужными или даже вредными генами, до этого находящимися только в Y-хромосоме. В результате, во-первых, полезные самцам гены накапливались возле генов, определяющих пол, и, во-вторых, рекомбинация в этой части хромосомы подавлялась для сохранения этого, присущего только самцам района[5]. С течением времени гены в Y-хромосоме повреждались (см. следующий раздел), после чего она теряла участки, не содержащие полезных генов, и процесс начинался в соседних участках. В результате многократного повторения этого процесса 95 % человеческой Y-хромосомы не способно к рекомбинации.

Сжатие[править | править исходный текст]

Y-хромосома человека потеряла 1393 из 1438 изначально имеющихся в ней генов в процессе своего существования. При скорости потери генов 4,6 на миллион лет, Y-хромосома человека потенциально может полностью потерять свою функцию в течение следующих 10 миллионов лет[7]. Сравнительный геномный анализ, однако, показывает, что многие виды млекопитающих испытывают подобную потерю функций в их гетерозиготных половых хромосомах. Дегенерация, возможно, является судьбой всех нерекомбинантных половых хромосом из-за трёх общих эволюционных сил: высокой скорости мутирования, неэффективного отбора и генетического дрейфа[8]. С другой стороны, недавние сравнения Y-хромосом человека и шимпанзе показали, что человеческая Y-хромосома не потеряла ни одного гена с момента дивергенции человека и шимпанзе около 6—7 миллионов лет назад[9], и потеряла только один ген с момента дивергенции человека и макаки-резус около 25 миллионов лет назад,[10][11] что доказывает возможную ошибочность модели линейной экстраполяции.

Высокая скорость мутирования[править | править исходный текст]

Человеческая Y-хромосома частично подвержена высокой скорости мутирования в связи со средой, в которой она находится. Y-хромосома передается исключительно через сперматозоиды, которые подвергаются множественным клеточным делениям в процессе гаметогенеза. Каждое клеточное деление предоставляет дополнительную возможность для накопления мутаций пар оснований. К тому же сперматозоиды находятся в высокоокислительной среде яичек, которая стимулирует усиление мутирования. Эти два условия вместе повышают риск мутирования Y-хромосомы в 4,8 раза по сравнению с остальным геномом[8].

Неэффективный отбор[править | править исходный текст]

При возможности генетической рекомбинации геном потомства будет отличаться от родительского. В частности, геном с меньшим числом вредных мутаций может быть получен из родительских геномов с большим числом вредных мутаций.

Если рекомбинация невозможна, то при появлении некой мутации можно ожидать, что она проявится и в будущих поколениях, так как процесс обратной мутации маловероятен. По этой причине при отсутствии рекомбинации количество вредных мутаций со временем увеличивается. Этот механизм называется храповик Мёллера.

Часть Y-хромосомы (у человека — 95 %) неспособна к рекомбинации. Считается, что это — одна из причин, по которой она подвергается порче генов.

Возраст Y-хромосомы[править | править исходный текст]

До недавних пор считалось, что X- и Y-хромосомы появились около 300 миллионов лет назад. Однако недавние исследования[12], в частности секвенирование генома утконоса[2], показывают, что хромосомное определение пола отсутствовало еще 166 миллионов лет назад, при отделении однопроходных от других млекопитающих[3]. Эта переоценка возраста хромосомной системы определения пола базируется на исследованиях, показавших, что последовательности в X-хромосоме сумчатых и плацентарных млекопитающих присутствуют в аутосомах утконоса и птиц[3]. Более старая оценка базировалась на ошибочных сообщениях о наличии этих последовательностей в X-хромосоме утконоса[13][14].

Y-хромосома человека[править | править исходный текст]

У человека Y-хромосома состоит из более чем 59 миллионов пар нуклеотидов, что составляет почти 2 % от человеческой ДНК-в клеточном ядре[15]. Хромосома содержит немногим более 86 генов[16], которые кодируют 23 белка. Наиболее значимым геном на Y-хромосоме является ген SRY, служащий генетическим "включателем" для развития организма по мужскому типу. Признаки, наследуемые через Y-хромосому, носят название голандрических.

Человеческая Y-хромосома не способна рекомбинироваться с X-хромосомой, за исключением небольших псевдоаутосомных участков на теломерах (которые составляют около 5 % длины хромосомы). Это реликтовые участки древней гомологии между X- и Y-хромосомами. Основная часть Y-хромосомы, которая не подвержена рекомбинации, называется NRY (англ. non-recombining region of the Y chromosome)[17]. Эта часть Y-хромосомы позволяет посредством оценки однонуклеотидного полиморфизма определить прямых предков по отцовской линии.

См. также[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]

Источники[править | править исходный текст]

  1. Grützner F, Rens W, Tsend-Ayush E, et al. (2004). «In the platypus a meiotic chain of ten sex chromosomes shares genes with the bird Z and mammal X chromosomes». Nature 432: 913–917. DOI:10.1038/nature03021.
  2. 1 2 Warren WC, Hillier LDW, Graves JAM, et al. (2008). «Genome analysis of the platypus reveals unique signatures of evolution». Nature 453: 175–183. DOI:10.1038/nature06936.
  3. 1 2 3 Veyrunes F, Waters PD, Miethke P, et al. (2008). «Bird-like sex chromosomes of platypus imply recent origin of mammal sex chromosomes». Genome Research 18: 965–973. DOI:10.1101/gr.7101908.
  4. Lahn B, Page D (1999). «Four evolutionary strata on the human X chromosome». Science 286 (5441): 964–7. DOI:10.1126/science.286.5441.964. PMID 10542153.
  5. 1 2 Graves J.A.M. (2006). «Sex chromosome specialization and degeneration in mammals». Cell 124 (5): 901–14. DOI:10.1016/j.cell.2006.02.024. PMID 16530039.
  6. Graves J.A.M., Koina E., Sankovic N. (2006). «How the gene content of human sex chromosomes evolved». Curr Opin Genet Dev 16 (3): 219–24. DOI:10.1016/j.gde.2006.04.007. PMID 16650758.
  7. Graves, J.A.M. 2004. The degenerate Y chromosome- can conversion save it? Reproduction Fertility and Development 16:527-534.
  8. 1 2 Graves, J.A.M. 2006. Sex chromosome specialization and degeneration in mammals. Cell 124:901-914
  9. Conservation of Y-linked genes during human evolut… [Nature. 2005] — PubMed result
  10. Мужская хромосома останется стабильной в ближайшие миллионы лет — МедНовости — MedPortal.ru
  11. Вымирание мужчин оказалось мифом — НАУКА И ТЕХНИКА
  12. Human Male Still A Work in Progress
  13. Nature 432, 913—917 (16 December 2004) | doi:10.1038/nature03021
  14. DOI 10.1007/BF00360536
  15. National Library of Medicine’s Genetic Home Reference
  16. Ensembl Human MapView release 43 (February 2007). Проверено 14 апреля 2007. Архивировано из первоисточника 13 марта 2012.
  17. ScienceDaily.com Apr. 3, 2008