Страница 144 из 316
Инактивация происходит довольно рано в ходе эмбрионального развития. На самых ранних стадиях работают обе Х-хромосомы. Затем часть клеток эмбриона специализируется на выполнении питающей функции. Позднее эти клетки войдут в состав плаценты. В этих клетках необратимо “выходит из игры” – инактивируется – одна из Х-хромосом
145
. Остальные клетки некоторое время остаются неспециализированными и при этом пользуются услугами обеих Х-хромосом, которые, однако, уже работают вполсилы. Они называются клетками внутренней массы эмбриона, и далее, в результате процесса дифференцировки, из них формируется собственно эмбрион. В этих клетках у всех исследованных плацентарных происходит инактивация одной из Х-хромосом.
Выбор хромосомы, подлежащей инактивации, происходит случайно: в одной клетке инактивируется отцовская Х-хромосома, в другой – материнская. Так этот процесс идет у всех плацентарных млекопитающих, включая кошку и человека. При этом единожды сделанный выбор не пересматривается. Если в некой клетке-прародительнице отключилась материнская Х-хромосома, то во всех дочерних, внучатых и т. д. клетках она же останется выключенной.
Рассмотрим этот процесс на кошках. Ген рыжей окраски
O (Orange)
находится у них в Х-хромосоме. Если мы скрестим рыжую кошку с нерыжим (черным, агути, голубым, каким угодно, только не рыжим) котом, то все их сыновья будут рыжими (X от матери, Y от отца), а все дочери – двухцветными, или разномастными (в терминологии Рулье). На их шкурке мы увидим смесь рыжих и нерыжих (черных, агути, голубых, каких угодно, только не рыжих) пятен.
Рис. 8–1.
Инактивация Х-хромосомы у гетерозиготных кошек приводит к формированию черепаховой окраски.
Почему? Потому что у самок-эмбрионов часть пигментных клеток возникла из клеток внутренней массы, в которых инактивировалась отцовская Х-хромосома с нормальным (не рыжим) аллелем, а другая часть – из клеток, инактивировавших материнскую с рыжим аллелем. И те, и другие производят клоны клеток, в которых сохраняется и воспроизводится неактивное состояние соответствующих Х-хромосом (рис. 8–1). Поскольку дочерние клетки обычно располагаются рядом, то мы видим на шкурке у черепаховых кошек рыжие и нерыжие пятна. В первых инактивирована X-хромосома с нерыжим аллелем, во-вторых – с рыжим.
Трехцветные кошки
Интересно, что наличие белого пятна изменяет размеры рыжих и нерыжих пятен. У двухцветных кошек рыжие и нерыжие участки очень мелкие и сильно перемешаны друг с другом. У трехцветных (рыжий, нерыжий, белый цвет) кошек размеры пятен гораздо больше и границы между ними гораздо более четко очерчены (вкл., илл. 6, 14, 18, 21).
Как ген белой пятнистости
W
S
,
который находится не на Х, а на В1-хромосоме, может влиять на размеры и распределение рыжих пятен? Чтобы это понять, давайте вернемся к моменту инактивации одной из Х-хромосом. Представьте себе, что среди множества клеток эмбриона есть только две клетки, которые потом станут меланобластами. Для каждой из них вероятность инактивации той (рыжей) или иной (нормальной, нерыжей) Х-хромосомы равна ½. Если клеток две, то у ¼ эмбрионов инактивируются обе рыжие Х-хромосомы, и кошечки, развившиеся из таких эмбрионов, будут абсолютно нормальными. У ¼ эмбрионов инактивируются обе нормальные хромосомы и кошечки, развившиеся из таких эмбрионов, будут абсолютно рыжими. У ½ эмбрионов в одной из двух исходных клеток инактивируется рыжая Х, а в другой нормальная Х, и кошечки, развившиеся из таких эмбрионов, будут наполовину нормальными, наполовину рыжими.
Если же среди множества клеток эмбриона есть 1000 клеток, которые потом станут меланобластами, то вероятность того, что во всех меланобластах инактивирована рыжая Х-хромосома, равна (½)
1000
. Из этого, между прочим, следует, что рождение чисто рыжей или абсолютно нормальной кошечки от брака рыжего кота и нормальной кошки в принципе возможно и не нарушает законов природы. В общем виде эта вероятность равна (½)
N
,
где N – число будущих меланобластов. Как правильно заметил Николай Васильевич Гоголь: “Кто что ни говори, а подобные происшествия бывают на свете, – редко, но бывают”.
Чем меньше число клеток, специализирующихся на пигментогенезе, тем меньше число клонов клеток их потомков, которые затем последовательно воспроизведут инактивацию, и тем больше будет численность клеток в каждом из них. Теперь вспомним, что делает аллель
W
S
. Она тормозит пролиферацию и миграцию пропигментных клеток – меланобластов. Тем самым она уменьшает число клонов и увеличивает размеры рыжих и нерыжих пятен у трехцветных кошек. Когда его нет в геноме конкретного эмбриона, то число пропигментных клеток и клонов очень велико, а численность каждого из них мала, и рыжие и нерыжие пятна перемешаны на шкурке двухцветной кошки хаотически и без четких границ между собой.
Что делает
XIST
Ключевую роль в случайной инактивации одной из Х-хромосом играет ген
XIST
(
X-inactive specific transcript,
или X-специфический транскрипт неактивной Х-хромосомы)
143
. Это очень странный ген. Он производит не инструкцию для сборки белка-рабочего, а самого “рабочего” – длинную РНК, которая обволакивает Х-хромосому, как кокон, и “усыпляет” ее. С
XIST
транскрибируются гигантские РНК, состоящие из 17 тысяч нуклеотидов. Эти РНК не используются в качестве матриц для синтеза белков, а работают сами по себе. Они, несомненно, принимают участие в установлении неактивного состояния, так как Х-хромосома, у которой отсутствует район гена
XIST,
никогда не инактивируется. Если же ген
XIST
искусственно перенести на аутосому, то она инактивируется.
РНК
XIST
действует только на ту хромосому, которая его произвела, а не инактивирует все подряд. Создается впечатление, что эта молекула работает строго локально, расползаясь вдоль по хромосоме от места транскрипции. Она окутывает Х-хромосому, словно кокон. На этот кокон немедленно собираются различные белковые комплексы инактивации генов и блокируют транскрипцию почти всех генов хромосомы. Запомните это “почти”. Чуть позже мы поговорим о генах, которые избегают инактивации.
До начала инактивации обе Х-хромосомы производят немного РНК из гена
XIST
. Во время инактивации та Х-хромосома, которая останется активной, выключает
XIST,