Рис. 2. Изображение хромосомы X и Y человека. Мужчины обладают набором X/Y, а женщины — Х/Х, но в этой паре одна из Х-хромосом эпигенетически неактивна. Обратите внимание на малый размер Y-хромосомы по сравнению с Х-хромосомой: считается, что Y-хромосома эволюционно происходит от Х-хромосомы
В любом случае у нас уже новая теоретическая проблема: то ли у женщин лишняя Х-хромосома, то ли мужчинам еще одной не хватает.
И чтобы справиться с этой проблемой, мудрая, но жестокая природа уже давно решила эту задачу, достав джокер из рукава. Да, вы угадали: эпигенетика!
Оказывается, что в паре Х-хромосом у женщин одна из них совершенно неактивна, поэтому она и не нужна мужчинам.
Некодирующая РНК
Эта дезактивация одной из Х-хромосом у женщин происходит на раннем этапе развития из-за двойного эпигенетического механизма: женская Х-хромосома, которая будет выключена, производит молекулы под названием некодирующие РНК (молекулы РНК, которые не содержат информацию для формирования белков) — они как магнит притягивают метилирование ДНК к этой хромосоме, замотанной как клубок ниток.
Аллели — два варианта, в которых представлен ген диплоидного организма. Человек имеет на каждый ген два аллеля, которые могут быть одинаковыми или различными.
Диплоид — организм, клетка или ядро, которые содержат 2 набора хромосом. Мы, люди, обладаем 46 хромосомами, 23 передались нам от отца и 23 — от матери.
Что касается секса, здесь кроется еще одно эпигенетическое различие между мужчинами и женщинами. И речь не о том, как именно они им занимаются на практике, а об отношении к физиологическим затратам беременности. Происходит то, что называется «битвой полов», но на уровне наших генов, поскольку мы говорим о битве, которая, как вы вскоре убедитесь, разгорается на уровне эпигенетики.
Получается, что человеческой самке, как и большинству других самок млекопитающих, с точки зрения организма энергетически выгоднее иметь мало детей и хорошо о них заботиться, а вот самцам лучше иметь больше детей и надеяться, что как-нибудь кто-нибудь из них выживет. Особенно сильно эта разница заметна в плаценте: в нашем организме каждый ген представлен в двух копиях (так называемых аллелях), одной от отца и другой от матери, и в большинстве тканей активированы обе копии, но в плаценте есть гены, которые демонстрируют активность только одной копии, материнской или отцовской. Этот феномен известен под названием геномного импринтинга, то есть процесса, во время которого мужские и женские половые клетки оставляют метку, или специальный след, на некоторых хромосомных участках. Другими словами, путем геномного импринтинга ген оказывается биохимически помечен специальным способом, который зависит от пола родителя. Материнские гены задерживают рост, а отцовские его стимулируют. Метилирование ДНК — судья, который решает, какой ген победит.
Геномный импринтинг — биологический процесс, при котором один из аллелей экспрессируется в зависимости от его происхождения — от матери или от отца.
Речь идет об одном очень интересном процессе, в котором участвуют некодирующие РНК (как те, о которых мы говорили в связи с Х-хромосомами), а изменения в этом процессе могут повлечь за собой серьезные проблемы со здоровьем, например синдром Ангельмана (обусловленное генетическими аномалиями заболевание, характеризующееся постоянным состоянием ложной радости, иногда со смехом, задержкой умственного развития, нарушением речи и координации движений) или синдром Прадера — Вилли (причиной которого является нарушение в хромосоме 15, что влечет за собой задержку роста и отклонения в интеллектуальном развитии, проблемы с поведением и медленное развитие психомоторики).
В обоих случаях эти синдромы вызваны в основном отсутствием фрагмента хромосомы. Эта потеря обычно происходит в течение мейоза из-за ошибок в кроссинговере. А что такое мейоз?
Сейчас объясним. Наши клетки имеют набор из «2п» хромосом (то есть набор из «п» хромосом от отца и другие «п» хромосом от матери). В процессе формирования гамет — яйцеклеток и сперматозоидов — количество хромосом 2п должно уменьшиться вдвое, чтобы, когда произойдет оплодотворение, то есть слияние двух клеток с количеством хромосом, равным п, у нас снова был набор из 2п хромосом. Это достигается благодаря мейозу, процессу деления собственно половых клеток, который сокращает количество хромосом в два раза, при этом происходит обмен последовательностями ДНК внутри каждой пары хромосом в процессе кроссинговера (рисунок 3). Благодаря этому увеличивается разнообразие вариаций генетической информации, которая передастся потомству, поскольку дети будут наследовать не те же самые хромосомы, а смесь хромосом родителей.
Любопытно, что в случае с синдромами Ангельмана и Прадера — Вилли наблюдается, что одно и то же отклонение в хромосомах (отсутствие фрагмента ql 1-q 13 15 хромосомы) приводит к различным патологиям в зависимости от того, отсутствует фрагмент материнской или отцовской хромосомы.
На этом участке хромосомы находятся важные гены, которые были импринтированы, то есть из двух аллелей каждого гена один был метилирован, а следовательно-выключен, а другой — активирован. Если быть точнее, ген, названный UBE3A, экспрессируется в материнской хромосоме, вто время как ген SNRPN экспрессируется только в отцовской хромосоме. Поэтому отсутствие гена UBE3A в хромосоме, унаследованной от матери, не может быть компенсировано отцовским аллелем, так как он будет метилирован (с последующим появлением синдрома Ангельмана), в то время как отсутствие гена SNRPN в хромосоме, унаследованной от отца, не может быть компенсировано материнским аллелем, поскольку он тоже будет метилирован и выключен (в этом случае разовьется синдром Прадера — Вилли).
Рис. 3. Процесс мейоза, начиная с которого формируются половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки): на основе одного генома в двух копиях возникают геномы в одной копии.
Когда они снова объединяются во время оплодотворения, мы получаем две обычные копии в потомстве
А сейчас повторим
Какие функции выполняют некодирующие РНК?
Некодирующие РНК содержат информацию, которая не используется для создания белков. Существует великое множество некодирующих РНК, и их функции различны. Например, они регулируют экспрессию генов (этим занимаются микроРНК и длинные некодирующие РНК), выключают участки хромосом (Xist или piPHK), участвуют в синтезе белка (транспортные РНК) и в так называемом сплайсинге, то есть вырезают из матричной (информационной) РНК не кодирующие белок участки и склеивают то, что осталось.
Может ли разница в хромосомах объяснить предрасположенность к различным болезням, которые чаще встречаются у женщин или у мужчин, или, наоборот, их отсутствие?
У человеческих существ пол определяется набором хромосом и обусловливается половыми различиями (половой диморфизм) между мужчинами и женщинами, с соответствующими изменениями на гормональном уровне, которые могут, например, повлиять на функционирование различных частей нашего организма. Один из таких случаев — заболевание под названием системная красная волчанка, которая в десять раз чаще встречается у женщин, чем у мужчин; это происходит, среди прочих причин, из-за влияния эстрогенов (женских гормонов).
Глава 8
Что заставляет молчать наших внутренних паразитов?
Мы не одиноки.
