Знание-сила, 2005 № 11 (941)

Не прошло и полугода, как биологам удалось сделать следующий важный шаг — в марте 2005 года в журнале «Nature» были опубликованы результаты расшифровки Х-хромосомы. Это выдающееся достижение молекулярной биологии пролило новый свет на ряд фундаментальных вопросов генетики и эволюции вообще.

Сначала о том, что мы уже знали

Как известно, хромосомы X и Y определяют пол человека и других млекопитающих, а также насекомых и птиц. В частности, у млекопитающих мужские особи имеют пару половых хромосом X-Y, а женские — пару Х-Х. Половые хромосомы отличаются от неполовых, обычных хромосом — аутосом — рядом особенностей.

Начнем с неравного размера. X- хромосома — одна из самых больших во всем наборе 23-х хромосом человека, Y — самая маленькая. Иными словами, хотя все хромосомы человека имеют в клетке свою пару, но в 22 парах аутосом оба партнера одинаковы по размеру, а в паре половых хромосом мужской партнер в 6 раз меньше женского. Далее: во всех парах аутосом набор генов у обоих партнеров одинаков (хотя каждый ген может быть представлен у партнеров в разных вариантах — например, «отцовский» и «материнский», или нормальный и чуть измененный вследствие мутации и т.п.), а у половых хромосом лишь часть набора генов сходна, а все прочие резко различны. И наконец, такая, тоже весьма существенная особенность: во всех парах аутосом оба партнера при делении клетки переплетаются по всей длине и обмениваются кусками ДНК, а половые хромосомы способны переплетаться только самыми кончиками.

Неравенство половых хромосом определяет их особые отношения. Во всех прочих парах оба партнера «сотрудничают» друг с другом, а подовые хромосомы друг с другом воюют. Эта «война» приводит к очень серьезным генетическим и эволюционным последствиям, и потому является предметом давнего научного изучения. Вот ее простейшая иллюстрация. На Y-xpoмосоме есть участок SRY, делающий человека мужчиной, а на Х-хромосоме есть ген DAX, который у некоторых людей может оказаться и на Y- хромосоме — и тогда этот ген «побеждает» мужской участок SRY, и ребенок рождается женщиной (хотя набор хромосом у него мужской: X-Y). С этой же «войной» половых хромосом связана и другая их поразительная особенность - ревнивая борьба партнеров за восстановление «равенства». У самок есть двойной набор Х-генов, а у самцов — одинарный (остальные гены у них — Y). Это «несправедливо»: если у самок будут работать обе хромосомы X, то соответствующих белков у них будет вырабатываться вдвое больше, чем у самцов. Природа уравняла партнеров, но сделала это в разных организмах по-разному. У млекопитающих она выбрала путь инактивации одной из двух Х-хросомом самки: эта хромосома окутывается особой длинной молекулой, свертывается в комочек и перестает работать — такую неработающую хромосому можно видеть на препарате как глыбку окрашенного вещества; а у насекомых та же природа пошла по пути удвоения интенсивности работы единственной Х-хромосомы у самцов.

Поскольку человек — млекопитающее, у него выравнивание производства белков тоже достигается с помощью инактивации. Этот процесс происходит уже в эмбриональном периоде. Каждая клетка женского эмбриона «выбирает», какую Х-хромосому ей инактивировать — пришедшую от отца или пришедшую от матери. Выбор этот случаен, но необратим, так что в результате одни клетки женского эмбриона навсегда остаются с генами материнской Х-хромосомы, а другие — навсегда с генами отцовской. У кошек породы калико это приводит к яркому чередованию окраски шерсти, поскольку (грубо говоря) клетки, в которых инактивирована отцовская X- хромосома, дают один цвет волос, а клетки, в которых инактивирована материнская Х-хромосома — другой. У людей результаты этого выбора куда серьезней: тяжесть человеческих заболеваний, связанных с мутациями в X- генах, определяется процентом клеток, в которых мутантный ген работает или инактивирован.

Что же нового об Х-хромосоме рассказала ее расшифровка?

Первая группа новых фактов касается важнейших характеристик Х-хромосомы