Y-хромосома

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 приблизительно из 58 миллионов пар азотистых оснований.

Общие сведения

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 X-хромосомы и одну Y-хромосому или одну X-хромосому и две Y-хромосомы (см. синдром Клайнфельтера); клетки некоторых женщин содержат три 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

До появления Y хромосомы

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

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

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

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

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

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 в и 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

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

У человека Y-хромосома состоит из 58 миллионов пар азотистых оснований и несёт приблизительно 2 % ДНК-материала клетки человека^[15]. Хромосома содержит 86 генов^[16], которые кодируют 23 белка. 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

• Гаплогруппы
• Стивенс, Нетти

Ссылки

Источники

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). Архивировано из первоисточника 13 марта 2012. Проверено 14 апреля 2007.
17. ↑ ScienceDaily.com Apr. 3, 2008