Чтобы произвести потомство, мышам не нужна Y-хромосома

Так выглядит напечатанный на бумаге геном человека в лондонском музее Wellcome Collection; последний том — это Y-хромосома

Так выглядит напечатанный на бумаге геном человека в лондонском музее Wellcome Collection: шкаф примерно в два человеческих роста; на полках тома, каждый в несколько тысяч страниц тончайшей папиросной бумаги; на каждой странице — строчки последовательности нуклеотидов АТГЦ, напечатанных кеглем 3–4; последний том — это Y-хромосома. Там на всех тысячах страниц кроме нескольких последних напечатаны буковки «n» (на врезке видны), что означает «бессмысленные повторы». Глядя на бесконечные строчки «nnnnnn....» неизбежно задаешься вопросом: зачем вообще сохранилась эта странная хромосома?

Группа ученых из Гавайского университета, работая с трансгенными мышами, получила потомство от линии, не имеющей Y-хромосомы. Более того, у самцов этой линии не осталось ни одного гена, которые содержит Y-хромосома, а потомство от таких самцов получилось вполне жизнеспособное и плодовитое. Вместо генов Y-хромосомы сперматогенез контролировался некоторыми встроенными аутосомными и X-хромосомными вариантами. Однако, судя по уровню экспрессии Y- и X-хромосомных аллелей, Y-хромосомный ген работает несравненно эффективнее. Ученые подчеркивают ключевую роль количества, дозы регуляторных факторов, необходимой для нормального сперматогенеза.

Вернемся на несколько лет назад. Группа под руководством Моники Уорд (Monika A. Ward) из Института исследований биогенеза Медицинской школы имени Джона Бёрнса при Гавайском университете в Маноа публикует результаты искусственного оплодотворения мышей с дефектной Y-хромосомой. Результаты впечатлили: если убрать большое плечо Y-хромосомы, оставив всего 7 генов, то самцы всё равно способны производить нормальные половые клетки, которые способны к оплодотворению и производству жизнеспособного потомства (Y. Yamauchi et al., 2009. Live Offspring from Mice Lacking the Y Chromosome Long Arm Gene Complement).

Два года назад та же группа выдает новое исследование: число генов, необходимых для нормального сперматогенеза, можно сократить всего до двух (см. новость Для успешного размножения мышам достаточно из Y-хромосомы всего двух генов, «Элементы», 12.01.2014). Это гены Sry и Eif2s3y. Первый из них экспрессируется у эмбрионов и обеспечивает развитие семенников из гонад, а второй контролирует начало сперматогенеза, запуская мейоз в половых клетках семенников. При искусственном оплодотворении яйцеклеток спермиями, произведенными в таких генетически урезанных семенниках, из них тем не менее развиваются вполне нормальные мыши.

То есть ученые как бы подводили нас к заключению, что Y-хромосома — вообще лишняя. И вот новые результаты всё той же группы: даже эти два гена в Y-хромосоме, оказывается, не обязательны!

Ученые работали с трансгенными мышами, у которых вообще отсутствовала Y-хромосома. Мыши в этой линии несли либо две X-хромосомы (это нормальные самки), либо одну X-хромосому. А необходимые для сперматогенеза гены Y-хромосомы — Sry и Eif2s3y — были перенесены на аутосомы (не половые хромосомы). Самцы X0 могли генерировать недоразвитые спермии, круглые по форме и без хвостов, но которые тем не менее вполне годились для нормального оплодотворения. Такие линии оказались весьма удобными для исследования: можно, манипулируя двумя встроенными в аутосомы генами, проверить их функции и потенциальные возможности. Взять, например, ген Sry. Его функция — запустить каскад реакций, приводящих к образованию семенников. Но роль переключателя, в принципе, может выполнить и другой ген — и вот, по решению ученых, эту роль передали гену Sox9, который является непосредственной мишенью Sry. У трансгенных мышей убрали вообще Sry, активировав вместо него Sox9.

У мышей с генотипом X0 и Sox9 в результате сформировались семенники с круглыми бесхвостыми спермиями. Второй ген тоже, если подумать, не столь уж незаменимый игрок — у него на Х-хромосоме имеется аналог Eif2s3x. Добавив в трансгенной линии в аутосомы еще пять копий этого гена, получили самцов X0. Большинство из них — 35 из 48 — имели дефектные семенники, в которых никаких половых клеток не оказалось. Зато у 13 самцов в семенниках, хоть и маленьких по размеру, продуцировались уже известные круглые бесхвостые половые клетки. Эти половые клетки оказались вполне пригодны для искусственного оплодотворения (см. видео с заснятым процессом искусственного оплодотворения яйцеклеток круглыми спермиями. В результате соответствующих манипуляций появились на свет жизнеспособные мышата. И они оказались сами способными давать потомство: ученые получили сыновей, внуков и правнуков в линии X0 и без генов Sry и Eif2s3y.

Результат искусственного оплодотворения яйцеклеток круглыми недозрелыми спермиями

Результат искусственного оплодотворения яйцеклеток круглыми недозрелыми спермиями (Round spermatid injection, ROSI), полученными от самцов X0-Sox9,Eif2s3x: A — пипетка, которой будут отбирать спермии; B — 6 часов после инъекции, видны два ядра в яйцеклетке (короткие стрелки) и второе полярное тельце (стрелка); C — оплодотворенные яйцеклетки начали деление, через 24 часа видны двухклеточные эмбрионы (длина масштабного отрезка 50 мкм); D — три поколения самцов X0-Sox9,Eif2s3x, полученных в результате искусственного оплодотворения инъекцией спермиев ROSI яйцеклеток X0; первый самец X0-Sox9,Eif2s3x альбинос, остальные поколения — с темной шерсткой, указывающей на материнский генотип X-хромосомы. У всех самцов нет Y-хромосомы, зато работают аутосомальные X0-Sox9 и Eif2s3x. Рис. из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Это означает, что дефицит функций даже и эти двух генов, признанных минимальной необходимой базой сперматогенеза, не является стопроцентной гарантией бесплодия. Казалось бы, избыточность Y-хромосомы и в самом деле подтверждается. Но ученые обращают внимание на одну важную сторону своего исследования, которая выяснилась при измерении экспрессии генов Eif2s3y и Eif2s3x в линиях X0. Обнаружилось, что у линий X0-Eif2s3x спермии получаются только при очень высокой экспрессии Eif2s3x, если включены сразу 4 копии этого гена. А вариант Eif2s3y справляется со сперматогенезом даже в единственном экземпляре. Он работает в 5–7 раз эффективнее, чем его X-хромосомный аналог.

Так что, имея в принципе запасной X-хромосомный вариант, не стоит в горячке избавляться от Y-хромосомного. Ведь именно на него работал миллионы лет естественный отбор. Ученые подчеркивают, что X- и Y-варианты аллелей вместе дают тонко сбалансированную дозировку необходимых регуляторных факторов. И утверждать, что Y-хромосома так уж бессодержательна, по-видимому, не стоит.

Источник: Yasuhiro Yamauchi, Jonathan M. Riel, Victor A. Ruthig, Egle A. Ortega, Michael J. Mitchell, Monika A. Ward. Two genes substitute for the mouse Y chromosome for spermatogenesis and reproduction // Science. 2016. V. 351. P. 514–516.

Елена Наймарк


21
Показать комментарии (21)
Свернуть комментарии (21)

  • Олег Чечулин  | 04.02.2016 | 09:09 Ответить
    Сыновья, внуки и правнуки получались тоже искусственным оплодотворением?
    Ответить
    • naimark > Олег Чечулин | 04.02.2016 | 10:32 Ответить
      Да. Их назвали линией ROSI (Round Spermatid Injection, см подпись к картинке).
      Ответить
  • napa3um  | 04.02.2016 | 11:50 Ответить
    В Y-хромосоме скопились адаптации для "спермовых войн"? Для вида с более выраженным половым диморфизмом (но с аналогичным механизмом определения пола) Y-хромосома, видимо, окажется более критичной и неустранимой.
    Ответить
    • naimark > napa3um | 04.02.2016 | 12:33 Ответить
      Вероятно. Но нужно проверять. В таких вопросах логика зачастую не срабатывает.
      Ответить
    • Андрей Быстрицкий > napa3um | 04.02.2016 | 21:49 Ответить
      Это вряд ли. Насколько я представляю нынешние знания об Y/W, у млеков наблюдается ступенчатый процесс - возникновение половых хромосом, гетерохроматинизация игрека вплоть до полной потери функции, утеря игрека - на колу мочало, начинай сначала.
      У людей ведь тоже не так уж редки транслокации игрекового фрагмента, при котором кариотип сугубо женский - а при этом вполне нормальный мужик. Эдакий "нео-Y".
      А уж диморфизм тут точно ни при чём.
      Ответить
      • napa3um > Андрей Быстрицкий | 05.02.2016 | 14:26 Ответить
        Не понял, чему именно вы пытались возразить.
        Ответить
        • Андрей Быстрицкий > napa3um | 05.02.2016 | 16:48 Ответить
          Механизм действия Y-хромосомы никак не связан с деталями проявления полового диморфизма.
          Ответить
          • napa3um > Андрей Быстрицкий | 05.02.2016 | 16:53 Ответить
            Почему вы в этом так уверены? Ввиду отсутствия доказательств обратного (argumentum ad ignorantiam)? Я не пытаюсь съязвить, на своей версии не настаиваю, интересны все.
            Ответить
            • Андрей Быстрицкий > napa3um | 05.02.2016 | 17:03 Ответить
              Хотя бы потому, что хромосомное определение пола универсально для млекопитающих, а половой диморфизм и "войны" - нет.
              Ответить
  • dims  | 04.02.2016 | 15:31 Ответить
    Копают под непорочное зачатие :)

    Если Христа сделали инопланетяне, могли ли они как-то подобным образом подействовать на Марию?
    Ответить
    • protopop > dims | 04.02.2016 | 17:54 Ответить
      Воистину :))
      Ответить
    • Aab > dims | 04.02.2016 | 23:08 Ответить
      :) Инопланетяне способны на всё!
      Ответить
      • dims > Aab | 04.02.2016 | 23:21 Ответить
        Да, но как? Инопланетянин, в отличие от волшебника, должен достигать целей при помощи технологии...
        Ответить
        • Олег Чечулин > dims | 05.02.2016 | 09:15 Ответить
          Как, как... С помощью Святого Духа, конечно же: попрыскали аэрозолью из баллончика куда надо, и всего делов-то.
          Ответить
        • Aab > dims | 05.02.2016 | 12:33 Ответить
          Дык, с помощью торсионных полей жеж! Два узких пучка с небольшой разницей в частотах бегут по ДНК - неправильные буквы выбивают. Так же захватывается нужная буква (волновым пинцетом), подтягивается к выбоине и встраивается. Буковка за буковкой - вуаля!

          Делов-то! :)
          Ответить
          • dims > Aab | 05.02.2016 | 15:16 Ответить
            Да, о торсионных полях-то я и не подумал...
            Ответить
  • n0isy  | 04.02.2016 | 18:00 Ответить
    получается что в X зашита особь, а в Y зашиты лишь отличия мужчины от особи ))
    Ответить
    • napa3um > n0isy | 04.02.2016 | 18:42 Ответить
      Да, в этом вообще суть хромосомного определения пола. "Лишняя" половая хромосома кодирует признаки отличия "дополнительного" пола от "основного" (признаки модификации "дополнительного" относительно "основного"). У млекопитающих "основным" в этом смысле является женский пол.
      Ответить
  • Aab  | 04.02.2016 | 23:18 Ответить
    Бедные аврамические религии с их убогим патриархатом: о сколько им открытий чудных готовит просвещенья дух - не даром он там считается падким до цепких объятий зла (angel) (smirk)
    Ответить
    • niou > Aab | 08.02.2016 | 11:04 Ответить
      В арамейском языке "святой дух" - женского рода...
      Ответить
  • glioma  | 06.02.2016 | 20:50 Ответить
    Готовят к тому, что мужской пол будет признан не нужным и женщины начнут беременеть от женщин. Конец цивилизации близок.
    Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»