Lajike on elämän mauste - etenkin kun kyse on genetiikasta. Lajimme tarvitsevat DNA: ta sekoittuakseen luodakseen geneettisen monimuotoisuuden, joka on avain koko väestön terveydelle ja kovuudelle. Kun solut jakautuvat ja kasvavat, ihmisen kaikki 22 kromosomiparia voivat suorittaa geenivaihtoja koko pituudeltaan, sukupuolikromosomeja lukuun ottamatta. Koska X ja Y eroavat kooltaan ja kantamissaan geeneissä, nämä kaksi geneettistä kimppua pysyvät syrjässä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Vesikarhut ovat eläinmaailman pää-DNA-varkaita
- Kalat voivat säätää sukupuolitasapainoa nousevien lämpötilojen vuoksi
- Tutkijat tunnistavat ”DNA-kellon”, joka voi auttaa ennustamaan kuolleisuutta
Mutta tutkimus on osoittanut, kuinka sukupuolikromosomit toisinaan vaihtavat geneettistä tietoa tietyissä kohdissa - ja näyttää siltä, että niiden vaihtaminen on sloppisempaa kuin alun perin ajateltiin.
Melissa Wilson Sayresin johtama ryhmä Arizonan osavaltion yliopistossa tarjoaa uusia yksityiskohtia siitä, mitä tapahtuu, kun X- ja Y-kromosomit vaihtavat DNA: ta solunjaon aikana, jolloin syntyy munia ja siittiöitä. Mielenkiintoisella tavalla heidän työnsä vahvistaa, että sukupuolikromosomien kääntyessä toisiinsa, tietty miespuolisen kehityksen kannalta kriittinen geeni siirtyy joskus vahingossa. Tulokset voivat auttaa selittämään, miksi joillakin ihmisillä on naisten DNA: ta - pari X-kromosomeja -, mutta ne kehittyvät fyysisesti uroksina.
Miljoonia vuosia sitten X- ja Y-kromosomimme olivat suunnilleen vastaavia ja pystyivät vaihtamaan vapaasti geneettistä materiaalia. Useimmissa tapauksissa evoluutio suosii tätä DNA: n vaihtoa kromosomien välillä, koska se lisää monimuotoisuutta. Mutta nykyään X-kromosomi on paljon pidempi kuin Y-kromosomi, ja kärkien kohdalla on vain kaksi pientä vastaavaa aluetta. "Puhumme usein siitä, kuinka erilaisia X ja Y ovat", sanoo Wilson Sayres. "Mutta on olemassa kaksi aluetta, joilla ne ovat identtisiä", nimeltään pseudoautosomaalisia alueita. Tässä X- ja Y-kromosomit voivat kumppaniksi ja vaihtaa DNA: ta.
MIT: n geneetikkojen David Pagein ja Chicagon yliopiston Bruce Lahnin aiempi työ osoitti, että miljoonia vuosia sitten X-kromosomin segmentit leikattiin, käännettiin ja asetettiin uudelleen. Tämän mutaation tuloksena, jota kutsutaan käänteiseksi, on, että X- ja Y-kromosomit eivät enää voineet olla vuorovaikutuksessa käänteisellä alueella. Wilson Sayresin laboratoriosta tehdyt analyysit osoittivat myös aiemmin, että X-kromosomin käännöksiä on tapahtunut jopa yhdeksän kertaa evoluutiohistoriassamme.
Nämä inversiot "suosivat luonnollista valintaa, koska ne estävät miestä määräävää geeniä rekombinoitumaan X: ään ja antoivat X: lle ja Y: lle kehittyä itsenäisesti", kertoo Berkeleyn Kalifornian yliopiston tutkijatohtori Qi Zhou, joka tutkii sukupuolikromosomien kehitys hedelmäkärpäseissä ja linnuissa.
Koska inversioprosessi katkaisee geenit puoleen, tutkijat näkevät pseudoautosomisten rajojen kromosomeissa yksinkertaisesti tarkastelemalla DNA-sekvenssiä ja tunnistamalla katkaistujen geenien palat. Joten Wilson Sayres pohti, voisiko pseudoautosomaalisten alueiden sisällä tapahtuva geenivaihto jättää selkeän monimuotoisuuden allekirjoituksen terävillä rajoilla. "Koska rekombinaatiota tapahtuu pseudoautosomaalisilla alueilla, siellä pitäisi olla lisääntynyt monimuotoisuus suhteessa X-kromosomin muihin osiin", sanoo Wilson Sayres.
Idean testaamiseksi hän ja hänen Arizonan osavaltion perustutkinto-opiskelijoidensa kanssa analysoivat geneettisen monimuotoisuuden malleja X-kromosomeissa 26 etuyhteydettömältä naiselta. Yllätyksekseen joukkue ei noudattanut selkeää rajaa. "Monimuotoisuus vähenee melkein lineaarisella nopeudella pseudoautosomaalisen rajan yli, mikä viittaa siihen, että yhdistelmärajat eivät ole kovin tiukkoja", sanoo Wilson Sayres. Sen sijaan näyttää siltä, että kun pseudoautosomiset alueet vaihtavat DNA-katkelmia, käännetyn alueen läheiset palat saadaan joskus mukaan matkalle. Ryhmä esittelee tuloksensa tällä viikolla molekyylibiologian ja evoluution seuran 2015 kokouksessa Wienissä.
Löytö ”on todella tärkeä, koska Y-kromosomin yksi geeneistä, joka on hyvin lähellä tätä rajaa, on SRY, Y: n sukupuolet määrittävä alue”, sanoo Wilson Sayres. SRY on geeni, joka on avain kivesten kehityksen käynnistämisessä miehillä. "Jos rajaa ei ole asetettu, voit vetää SRY-geenin X-kromosomiin", hän sanoo. Tällöin yksilö, jolla on XX-genotyyppi, joka on tyypillisesti naispuolinen, voi sen sijaan kehittyä urosksi. XX-urosoireyhtymä, jota kutsutaan myös de la Chapelle -oireyhtymäksi, esiintyy yhdellä 20 000 ihmisestä, jotka näyttävät olevan ulkoisesti miehiä. Henkilöt, joilla on tämä harvinainen sairaus, ovat yleensä steriilejä.
"Monilla nisäkäslajeilla on SRY, ja se on hyvin eri paikoissa Y-kromosomissa, koska inversiot tapahtuivat monta kertaa itsenäisesti eri suvulinjoilla", lisää Wilson Sayres. "On vain huonoa onnea, että ihmisillä SRY-geeni sattuu olemaan lähellä käänteisrajaa."
Terje Raudseppin vuonna 2012 suorittamassa tutkimuksessa Texas A&M -yliopistosta ja hänen kollegoistaan oli jo ehdotettu, että XY-rekombinaation virheet voivat siirtää SRY: n ihmisten ja simpanssien X-kromosomiin. Uusi työ lisää tulosta ja näyttää todennäköisen mekanismin. Koska vaihdettavien alueiden rajat ovat niin epäselviä, on todennäköistä, että XX-urosoireyhtymä ei ole viimeaikainen "fluke" -ilmiö nykyajan ihmisissä, mutta on esiintynyt ainakin tuhansia vuosia. "XX urosta esiintyi todennäköisesti tällä taajuudella koko ihmisen evoluutiossa", sanoo Wilson Sayres.
Uusi analyysi osoittaa myös geneettisen monimuotoisuuden odottamattoman piikin X-kromosomin käänteisessä osassa, joka ihmisissä kopioitiin ja lisättiin Y-kromosomiin. Yksi tuon piikin geeneistä on nimeltään protokadheriini 11, geeni, jonka uskotaan osallistuvan aivojen kehitykseen. "Ihmiset yleensä olettavat, että tämä alue on X-spesifinen, mutta itse asiassa osoitamme, että X: n ja Y: n välillä vaihdetaan tällä alueella", sanoo Wilson Sayres. Tämä on tärkeää, koska ”X-siirretty alue näyttää uudelta kolmannelta pseudoautosomaaliselta alueelta. Tämä voi johtaa uuteen prosessiin, jonka avulla Y-miehillä on ennakkoluulottomia geenejä hypätä X: ään, missä ne eivät kuulu, mikä johtaa lisää sukupuolikromosomien geneettisiin häiriöihin. "
"Tohtori Wilson Sayres -ryhmän työ lisää varmasti ihmisen sukukromosomien uteliaiden piirteiden analysoinnin syvyyttä", Raudsepp sanoo.
