Человеческий эмбрион выбирает родителя немышиными генами

Человеческий эмбрион выбирает себе гены одного из родителей уникальным способом. До сих пор ученые думали, что человек использует те же механизмы, что и мыши. Оказалось, что мышиные механизмы в человеческих клетках не срабатывают.

В соматических (неполовых) клетках самок млекопитающих содержится две X-хромосомы; в клетках самцов – одна X-хромосома и одна Y-хромосома. Именно в Х- и Y-хромосомах проявляются основные генетические и фенотипические различия между особями мужского и женского пола.

По сравнению с X-хромосомой, Y-хромосома – просто огарочек свечи, оставшийся после миллионов лет эволюции. Мужская хромосома утратила большую часть генов, оставив несколько десятков тех, которые жизненно необходимы самцам. Женская же хромосома – большая и красивая дородная барышня: и по размерам, и по количеству генетической информации она многократно превышает своего хлипкого спутника.

Хромосома замолкает

В женском организме заложено больше и генетического смысла, и генетического мусора (возможных мутаций). Если учесть, что у самок еще и две Х-хромосомы, то получается, что организм просто переполнен генетической информацией. Чтобы компенсировать лишнюю дозу гена, еще на начальных стадиях эмбриогенеза у самок инактивируется одна из Х-хромосом. В принципе, таким способом женский организм защищается и от генетических болезней, сцепленных с половой хромосомой.

Впервые феномен инактивации Х-хромосомы описала Мэри Лайон (Mary F. Lyon) в 1961 году. Затем в экспериментах с мышами ученые выяснили, что этот многоступенчатый процесс происходит постепенно, но на стадиях, когда эмбрион состоит всего лишь из нескольких клеток: активизируется локус Xict, синтезируется большое количество кислоты, под воздействием которой реорганизуется структура хроматина (хроматин – это хромосома в «распущенном» состоянии). Наконец, «замолкают» (метилируются) многие или даже все гены одной из женских хромосом -- Х-хромосома превращается в тельце Барра.

У сумчатых процесс инактивации Х-хромосомы специфичный. Например, у кенгуру инактивируются все отцовские хромосомы. То есть кенгурята-дочки половыми хромосомами будут походить на мать. А вот у плацентарных млекопитающих инактивация Х-хромосом происходит в каждой клетке спонтанно, независимо друг от друга. Получается, что женские особи частично состоят из двух линий клеток – в одних работает материнская Х-хромосома, в других – отцовская. В принципе, в нормальном организме мозаицизм женского организма незаметен. Зато если в одну из Х- хромосом закралась мутация, то она дает о себе знать в тех клетках, где активирована патологическая хромосома. Например, у людей с ангидротической эктодермальной дисплазией потовые железы не развиваются только на тех участках тела, где скоплены клетки с мутантной хромосомой. То есть человек в этом случае потеет частями.

Немышиная инактивация

Тонкости Х-инактивации изучены, в основном, на примере мышей. Тем не менее, особенности этого процесса имеют важное значение для медицинских и фундаментальных исследований. От того, какая Х-хромосома будет работать в организме ребенка, зависит не только равномерность потоотделения, но и проявление синдрома Ретта – заболевания, о котором Infox.ru писал в статье «Гиперактивный генетический мусор разрушает мозг».

Исследователи из научных центров Франции под руководством Икухиро Окамото из Института Кюри (Institut Curie) проследили за тем, как зародыши кроликов, мышей и человека выбирают, на кого они будут похожи. Для эксперимента ученые проводили оплодотворение in vivo и in vitro. Человеческие зародыши ученые получали методами IVF (оплодотворение в пробирке) и ICSI (интрацитоплазматическое оплодотворение). Для эксперимента также были использованы замороженные и только что полученные абортивные материалы.

О работе замолкающего механизма ученые судили по наличию транскрипта Xict (специфичной РНК, которая и превращает нормальную Х-хромосому в тельце Барра) и по функционированию Х-хромосомных генов.

Генетики выяснили, что мышиные эмбрионы гораздо раньше определяются с тем, чьи гены они будут носить. Так, на стадии 4-8 клеток будущий мышонок уже включает локус Xict, который распределяет мужские и женские роли между разными клетками одного организма. Человеческие и кроличьи эмбрионы включают Xict несколько позже, но до имплантации эмбриона. Причем, этот регулятор дает о себе знать и в мужских, и в женских Х-хромосомах одновременно. Однако инактивации Х-хромосом при это не происходит. Несколько позже в некоторых кроличьих клетках отключается сразу две Х-хромосомы, в других же клетках «выключатель» действует более разборчиво.

В человеческом эмбрионе все Х-хромосомы остаются работоспособными даже когда клетки размножились до размера вполне различимого шарика – бластоцисты. Однако активированный Xict никак не сказывается на работоспособности Х-хромосом.

Основываясь на полученных результатах, ученые сделали выводы, что мышиные законы не работают ни в кроличьих, ни в человеческих клетках. «Животные добиваются одного и того же результата разными генетическими механизмами, -- поясняют авторы исследования. – Мы предполагаем, что у человека срабатывает ген, расположенный несколько ниже всем известного Xict».

Подробнее о результатах эксперимента можно прочитать в статье Eutherian mammals use diverse strategies to initiate X-chromosome inactivation during development.