Страница 143 из 316
3. Перестроенно-повторенный район состоит из различных многократно перестроенных и повторенных генов. Он содержит как белок-кодирующие, так и некодирующие гены, которые работают почти исключительно в семенниках и играют важную роль в сперматогенезе. В этом же районе находятся функциональные и перестроенные копии
SRY
. Некоторые гены этого района происходят от уникальных генов вырожденной гомологии между X и Y. Остальные были внесены сюда из аутосом. В этом районе часто обнаруживаются палиндромные последовательности. Как они возникают, мы обсудим на следующей странице.
Что замечательно, все виды семейства кошачьих очень сходны друг с другом по генетическому составу этого района. Это значит, что по крайней мере последние 20 миллионов лет их Y-хромосома не очень-то и меняется. Она давно прекратила деградировать и научилась поддерживать свои гены в целости и сохранности, не сверяясь с Х-хромосомой, а полагаясь только на себя.
Деградация Y и проблемы котов
Следы общего происхождения половых хромосом, последующего накопления различий в их генетическом составе и частичной деградации Y-хромосомы хорошо видны в мейозе у котов. Хромосома Y в 4 раза короче хромосомы Х. Их район высокой гомологии составляет примерно 6% от длины Х-хромосомы и 30% от длины Y.
Вот тут-то у котов и проблема. Чтобы прийти к сезону размножения в боевой готовности, они должны произвести несколько десятков миллионов гамет. Для этого они должны провести все свои хромосомы через мейоз. То есть им придется в каждую гамету положить по одной хромосоме из каждой пары. Для этого хромосоме нужно сначала найти своего гомолога, с ним спариться и рекомбинировать, а потом уже разойтись к разным полюсам клетки в момент первого деления мейоза (см. главу 5). У самок проблем нет. Их половые хромосомы – две хромосомы Х – гомологичны по всей длине, легко спариваются и могут рекомбинировать в любом месте.
Иное дело у котов. Район гомологии очень маленький. Спаривание и рекомбинация происходят только в нем. Иногда в перестроенно-повторенном районе Y-хромосомы образуются шпильки самоспаривания и саморекомбинации внутри них. Благодаря этим событиям в Y-хромосоме возникают прямые повторы и обращенные повторы
[61]
[Такие обращенные последовательности называются палиндромами: “Учуя молоко, я около мяучу”.]
. За счет них Y-хромосома компенсирует отсутствие нормальной рекомбинации и поддерживает свои гены в рабочем состоянии.
Но проблема котов не только в отсутствии рекомбинации между бóльшими частями Х и Y, а в том, что эти части остаются неспаренными. И это очень опасно. В половых клетках на этой стадии действует суровый закон: клетки, содержащие неспаренные участки хромосом, на следующую стадию не пропускаются и подлежат немедленному уничтожению.
В половых клетках есть специальные системы контроля, которые строго отслеживают завершенность спаривания хромосом и репарации всех разрывов ДНК. Как только они обнаруживают неспаренный участок по наличию на нем нерепарированных разрывов, включается программа самоуничтожения клетки (апоптоз). Понятно, почему такой закон возник. Отсутствие спаривания указывает на серьезные генетические нарушения: крупную хромосомную перестройку, внедрение ретровируса, тяжелые неизлечимые повреждения ДНК.
Как тогда быть котам (и всем остальным самцам с системой ХY)? Что делать с неспаренными частями Х– и Y-хромосом, чтобы обмануть контролеров и обойти закон? Правильно, надо их спрятать, упаковать так, чтобы их не нашли клеточные контролеры. Достигается это за счет программируемой модификации упаковочных белков хромосом на неспаренных участках половых хромосом. Эта модификация приводит к прекращению транскрипции генов, которые в этих участках находятся. Этот процесс называется мейотической инактивацией половых хромосом
142
. В ходе него пара половых хромосом превращается в компактную структуру, так называемый половой узелок, который от греха подальше отодвигается на периферию клеточного ядра и становится недоступным для систем мониторинга. Внутри этого узелка работают свои системы репарации, которые не нуждаются в гомологичной матрице, чтобы залечить разрывы ДНК в неспаренных участках.
Как это сплошь и рядом происходит в ходе эволюции, все проблемы решаются в порядке их поступления. Решаются они подручными средствами, не лучшими из возможных, а теми, что уже созданы для решения совсем других проблем. Механизмы инактивации неспаренных участков были созданы для подавления транскрипции ДНК ретровирусов, которые по умолчанию считались вредоносными и подлежащими безусловному отключению. И вот этот механизм пригодился для спасения деградирующей, теряющей гены Y-хромосомы.
Деградация Y и проблемы кошек
Х-хромосома кошки содержит 1537 генов
[62]
[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/?term=Felis+catus.]
. Это составляет около 7,5% от общего числа генов кошки. В котовой Y-хромосоме генов кот наплакал. Такие вопиющие различия между Х и Y характерны для всех плацентарных млекопитающих, включая и нас с вами. У сумчатых перекос в пользу Х еще сильнее. Тогда получается, что у любой самой захудалой кошки на 7,5% больше генов, чем у любого сколь угодно красивого и орденоносного кота. Обидно и несправедливо.
Разные виды по-разному преодолевают этот дисбаланс, компенсируя избыточную дозу генов у самок
143, 144
. У самцов мух единственная X-хромосома работает вдвое активнее (производит вдвое больше РНК), чем каждая Х-хромосома самки (у которой их две). Млекопитающие выбрали иной путь. В каждой клетке взрослой самки работает только одна Х-хромосома, а вторая молчит: она практически полностью инактивирована и очень плотно упакована. Она легко заметна на цитологических препаратах – так называемое тельце Барра. Цитологи видели это тельце в образцах эпителия, соскобленного с внутренней поверхности щеки, еще в середине прошлого века и использовали для определения пола. Если есть тельце Барра – значит, самка, нет тельца Барра – значит, самец. А если два, но у самки? А если есть одно, но все равно самец? Объясните сами.
Инактивация одной из Х-хромосом в клетках самок была открыта в 1960-е годы английской исследовательницей Мэри Лайон. В честь первооткрывательницы это явление назвали лайонизацией.