Х і у хромосоми людини. Х і у хромосоми. Статеві хромосоми XY

- Скажіть, професоре! Ви розповіли, що через 5 мільйонів років Сонце досягне таких розмірів, що поглине Землю. Це правда?
- Ні. Це станеться тільки через 5 мільярдів років.
- А! Ну слава Богу!

Сьогодні в пресі поширені відомості про те, що скоро « світ залишиться без чоловіків», Що« чоловіча Y-хромосома - а разом з нею і весь чоловічий рід - знаходяться під загрозою вимирання», Що« чоловіки зникнуть як динозаври», « зникнуть з лиця Землі», « зникнуть як біологічний вид». Чи можна вірити цим сенсацій? Що таке Y-хромосома і для чого вона потрібна? Що відбувається з нею насправді? Чи правда існує загроза для чоловічого населення? Про це - ця стаття.

Спадковий матеріал людини організований в 22 пари нестатевих хромосом (аутосом) і в дві статеві хромосоми. Половина хромосом дістається нам від батька, половина - від матері. У жінок є дві X-хромосоми, а у чоловіків одна Х-і одна Y-хромосома. Насправді, картина дещо складніша. Приблизно кожен п'ятисотий чоловік має дві X- і одну Y-хромосому (XXY), а кожен тисячний має одну X і дві Y (XYY). Кожна тисячна жінка має три Х (ХХХ).

Наявність більше двох статевих хромосом не смертельно, але може призводити до порушень розвитку. У XYY-чоловіків порушення виражені незначно: спостерігаються невеликі погіршення розумового розвитку, збільшений зростання, але при цьому зберігається фертильність (здатність залишати потомство). XXY-чоловіки, як правило, безплідні, у них менше чоловічого статевого гормону - тестостерону, менш розвинені геніталії. ХХХ-жінки, як правило, фертильності, в деяких випадках з відставанням у розвитку. Зміна числа копій аутосом значно небезпечніше: три копії 21-ї хромосоми є причиною розвитку синдрому Дауна, потроєння будь-який з інших хромосом несумісне з життям.

Виходить, що стать людей визначається наявністю або відсутністю Y-хромосоми: якщо Y-хромосома є, виходить чоловік, якщо її немає - жінка. Така система визначення статі не єдина можлива в світі тварин. Наприклад, у плодової мушки дрозофіли пів визначається числом Х-хромосом і не залежить від наявності Y-хромосоми. У птахів, на відміну від людей, дві однакові статеві хромосоми спостерігаються у самців, а у самок статеві хромосоми різні. У качкодзьоба (унікального яйцекладущи ссавця з дзьобом) є цілих 10 статевих хромосом, які зчеплені в ланцюжки по п'ять: бувають ХХХХХХХХХХ-самки і XYXYXYXYXY-самці. Більш того, одна частина ланцюжка статевих хромосом качкодзьоба має схожість зі статевими хромосомами птахів, а інша - зі статевими хромосомами інших ссавців.

У дуже рідкісних випадках серед людей, гризунів та деяких інших видів ссавців можна зустріти самця без Y-хромосоми, а так же самку з Y-хромосомою. Було показано, що для визначення статі необхідна не вся Y-хромосома, а тільки мала її частина, всього лише один ген. Ген SRY, розташований на Y-хромосомі, відповідає за розвиток насінників. Якщо цей ген «перескочить» на іншу хромосому, то може вийти XX-самець. Якщо в результаті мутації ген SRY буде виведений з ладу на Y-хромосомі, може бути отримана XY-самка.

1991 році в науковому журналі Nature була опублікована робота молекулярного біолога Пітера Купман, якому вдалося вбудувати ген SRY c Y-хромосоми мишей в мишачі ембріони з двома Х-хромосомами. Такі трансгенні миші зовні виявилися самцями. Так було підтверджено, що ключове генетичну відмінність між чоловіком і жінкою криється в одному-єдиному гені.

Але як один ген може так сильно вплинути на розвиток людини? Виявилося, що ген SRY може активувати інші гени, що відповідають за розвиток чоловічих статевих ознак. У самки ці гени вимкнені, але поява гена SRY може привести до їх включення. Іншими словами, в геномі кожної жінки є майже всі необхідні інструкції для розвитку чоловіки, але ці інструкції зберігаються під замком. Ген SRY - ключ до цього замку.

Хоча роботи Купман показали, що одного гена досить, щоб отримати ХХ-мишей з усіма зовнішніми ознаками самців, отримані самці виявилися марними. Це означає, що для повноцінного розвитку самця одного гена все-таки недостатньо. Проте багато вчених схиляються до думки, що кількість генів, важливих для розвитку повноцінних чоловіків, на Y-хромосомі невелика.

Останні дані свідчать про те, що Y-хромосома стала статевою хромосомою приблизно 150 мільйонів років тому. Тоді Х- і Y-хромосоми були дуже схожі, так само як сучасні нестатеві хромосоми. З тих пір Y-хромосома неухильно зменшувалася в розмірах і втратила близько 97% своїх генів. Ставши статевою хромосомою, вона почала накопичувати гени, корисні для чоловіків, але шкідливі для жінок, і поступово позбавлятися від всього іншого.

Крім того, Y-хромосома мутує майже в 5 разів швидше, ніж інші хромосоми. Вважається, що це пов'язано з тим, що появі чоловічих статевих клітин передує велика кількість поділів. Справа в тому, що при кожному діленні клітин необхідно копіювати хромосоми, щоб кожної нової клітці дістався повноцінний набір генетичного матеріалу. Але система копіювання ДНК не ідеальна: при кожному копіюванні виникають помилки, своєрідні помилки, мутації. Y-хромосома в кожному поколінні проходить через велику кількість копіювань, тому що успадковується тільки через чоловічі статеві клітини, а значить, накопичує більше помилок, пов'язаних з копіюванням. Аутосоми успадковуються як від чоловіків, так і від жінок, а значить, в половині поколінь успадковуються через жіночі статеві клітини. Внаслідок цього вони в середньому проходять через менше число поділок на одне покоління і накопичують менше мутацій.

Якщо грубо порахувати швидкість зникнення генів з Y-хромосоми і кількість що залишилися на ній генів, можна уявити, що Y-хромосома втратить всі свої гени приблизно через десять мільйонів років. Сьогодні ведеться дискусія про те, чи загрожує Y-хромосомі повне зникнення в майбутньому. По-перше, досліди Купман показують, що Y-хромосома не так вже потрібна: якщо пара-трійка важливих для визначення статі генів перескочать з Y-хромосоми на аутосому, ми отримаємо нову систему визначення статі. У такій системі від Y-хромосоми можна буде позбутися без особливих наслідків. Дійсно, у деяких видів гризунів в ході еволюції Y-хромосома була повністю втрачена, що вказує на те, що описаний вище сценарій, дійсно, можливий. Інша точка зору говорить, що нічого з Y-хромосомою не трапиться. Сьогодні показано, що існує ряд еволюційних механізмів, активно зберігають залишилися на Y-хромосомі гени. Вчинено не обов'язково, що Y-хромосома продовжить втрачати залишилися на ній гени з тією ж швидкістю, з якою вона втрачала їх раніше. Незважаючи на наявність різних точок зору, вчені сходяться на думці, що зменшення Y не призведе до катастрофічних наслідків для людства. Чоловіки залишаться.

Хромосома - це структурна складова ядра клітини, яка містить дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) - носій спадкової інформації, а також білок і трохи РНК. Набір хромосом в ядрі соматичної клітини, як патологічний, так і нормальний називається каріотипом. У статевій клітині людини хромосом в два рази менше - їх 23, тобто клітини є гаплоїдними, але при заплідненні диплоїдні клітини відновлюється. Статеві хромосоми можуть бути двох типів: X і Y. Жіноча статева клітина має дві Х хромосоми, а чоловіча - одну X і одну Y. У всіх парах хромосом, як статевих, так і аутосомних одна з хромосом отримана від матері, а інша - від батька. Отже, статева приналежність дитини залежить від того який тип статевої клітини чоловіка (Y або Х) з'єднається з жіночої (Х).

Будова хромосоми чітко видно під час клітинного поділу, коли вона сильно утворює спіраль. Зовнішній вигляд хромосом істотно змінюється на різних етапах клітинного циклу. У хромосомі виділяють довге кінці яких називаються теломерами. В результаті аномалії числа або структури хромосом людини виникають патологічні стани, які називають хромосомними синдромами, які не лікуються. Описано і вивчено понад трьохсот хромосомних аномалій. Клінічні прояви при аномаліях хромосом спостерігаються з народження.

Статеві хромосоми каріотипу людини

Каріотип людини - диплоїдний хромосомний набір людини, що представляє собою сукупність морфологічно відокремлених хромосом, внесених батьками при заплідненні.

Хромосоми набору генетично нерівноцінні: кожна хромосома містить групу різних генів. Всі хромосоми в каріотипі людини діляться на аутосоми і статеві хромосоми. У каріотипі людини 44 аутосоми - 22 пари гомологічних хромосом і одна пара статевих хромосом - XX у жінок і ХУ у чоловіків. За формою і розмірами всі аутосоми-гомологи діляться на 7 груп, які охоплюють латинськими буквами від А до G.Кроме того, всі гомологи в порядку зменшення загальної довжини нумеруються від 1 до 22, а по положенню центромери все хромосоми в каріотипі людини діляться на метацентріческая, субметацентріческіе, акроцентріческіе.

Основні показання для дослідження каріотипу людини

Сучасні методи кариотипирования забезпечують детальне виявлення внутріхромосомних і міжхромосомні перебудов, порушення порядку розташування фрагментів хромосом - делеции, дуплікації, інверсії, транслокації. Таке дослідження каріотипу дозволяє діагностувати ряд хромосомних захворювань, викликаних як грубими порушеннями кариотипов (порушення числа хромосом), так і порушенням хромосомної структури або множинністю клітинних кариотипов в організмі. Показання та контингенту осіб для проведення хромосомного аналізу і кариотипирования:

Множинні вади розвитку,

Особи з виявленою патологією статевогохроматину,

Виражена затримка фізичного розвитку в поєднанні з мікроаномалій розвитку - у плода при вагітності з високим ризиком народження дитини з хромосомною патологією,

Порушення репродуктивної функції неясного генезу (безплідний шлюб, первинна аменорея і ін.),

Особи, які мають професійні шкідливості, для оцінки мутагенних впливів (хімічних, радіаційних, фізичних),

Олена Шведкіна про одне з найпоширеніших генетичних захворювань - хворі скаржаться на безпліддя, еректильну дисфункцію, гинекомастию і остеопороз

синдром Клайнфельтера- генетичне захворювання, що характеризується додаткової жіночої статевої хромосомою Х (Однієї або навіть кількома) в чоловічому каріотипі ХY. При цьому в чоловічих статевих залозах - яєчках - утворюється недостатньо статевих гормонів.

Як відомо, генетичний набір людини налічує 46 хромосом, з яких 22 пари називаються соматичними, а 23-а пара - статева. Жінки мають пару статевих хромосом ХХ, А чоловіки - ХY. Для синдрому Клайнфельтера обов'язкова наявність чоловічої Y-хромосоми, тому, незважаючи на додаткові Ххромосомою, пацієнти завжди є чоловіками.

Класифікація: види кариотипов при синдромі Клайнфельтера

За кількістю додаткових Х-хромосом розрізняють наступні варіанти синдрому Клайнфельтера:

• 47, ХХY- найбільш часто зустрічається
• 48, ХХХY
• 49, ХХХХY

Крім того, до синдрому Клайнфельтера також відносять чоловічі каріотипи, що включають, крім додаткових Х-хромосом, додаткову Y-хромосому - 48, ХХYY. І, нарешті, серед пацієнтів з цим синдромом зустрічаються особи з мозаїчним каріотипом 46, ХY/47, ХХY (Тобто частина клітин має нормальний хромосомний набір).

Історія відкриття синдрому

Синдром отримав свою назву на честь Гаррі Клайнфельтера - лікаря, в 1942 році вперше описав клінічну картину хвороби. Клайнфельтера з колегами опублікували звіт про обстеження 9 чоловіків, об'єднаних спільними симптомами, такими як слабка оволосіння тіла, евнухоідний тип статури, високий зріст і зменшені в розмірах яєчка. Пізніше, в 1956 р, генетики Планкетт і Барр (Е. R. Plankett, М. L. Barr) виявили у чоловіків з синдромом Клайнфельтера тільця статевого хроматину в ядрах клітин слизової оболонки порожнини рота, а в 1959 році Полани і Форд (P . E. Polanyi, S. E. Ford) з співробітниками показали, що у хворих в хромосомному наборі є зайва Ххромосомою.

Активні дослідження даної патології велися в 70-х роках в США. Тоді всіх новонароджених хлопчиків піддавали каріотипуванням, в результаті чого вдалося достовірно виявити поширеність і генетичні особливості синдрому Клайнфельтера.

Цікаво, що миші також можуть мати синдром трисомії за статевими хромосомами XXY, що дозволяє ефективно використовувати їх в якості моделей для дослідження синдрому Клайнфельтера.

поширеність захворювання

Синдром Клайнфельтера є одним з найбільш поширених генетичних захворювань: на кожні 500 новонароджених хлопчиків припадає 1 дитина з даною патологією.

Крім того, синдром Клайнфельтера - третя за поширеністю ендокринна патологія у чоловіків (після цукрового діабету та патології щитовидної залози) і найбільш часта причина вродженого порушення репродуктивної функції у чоловіків.

На сьогоднішній день близько половини випадків синдрому Клайнфельтера залишаються нерозпізнаними. Часто такі пацієнти звертаються за допомогою з приводу безпліддя, еректильної дисфункції, гінекомастії, остеопорозу, анемії та ін. Без встановленого раніше діагнозу.

Етіологія і причини порушення

Синдром Клайнфельтера відноситься до генетичних захворювань, що не передається у спадок, оскільки хворі, за рідкісним винятком, безплідні. Патологія, як правило, виникає в результаті порушення розходження хромосом на ранніх стадіях формування яйцеклітин і сперматозоїдів. При цьому синдром Клайнфельтера, що виникає за рахунок порушення в жіночих статевих клітинах, зустрічається в три рази частіше. Мозаїчні форми обумовлені патологією ділення клітин на ранніх стадіях ембріогенезу, тому частина клітин у таких пацієнтів має нормальний каріотип. Причини нерасхожденія статевих хромосом і порушення поділу клітин на ранніх стадіях ембріогенезу до сих пір маловивчені. На відміну від інших хромосомних захворювань, вплив віку батьків відсутній або виражено незначно.

ранні ознаки

На відміну від більшості захворювань, пов'язаних з порушенням кількості хромосом, внутрішньоутробний розвиток дітей з синдромом Клайнфельтера проходить нормально, схильності до передчасного переривання вагітності не спостерігається. Так що в дитячому і ранньому дитячому віці запідозрити патологію практично неможливо. Більш того, клінічні ознаки класичного синдрому Клайнфельтера проявляються, як правило, тільки в підлітковому періоді. Однак є симптоми, які дозволяють запідозрити наявність синдрому Клайнфельтера в препубертатном періоді:

• високий зріст (пік надбавки зростання припадає на період між 5-8 роками);
• довгі ноги (непропорційна статура);
• висока талія.

У частини пацієнтів спостерігається деяка затримка в розвитку мови.

У підлітковому віці синдром часто проявляється гинекомастией, яка при даній патології має вигляд двосторонньої симетричного безболісного збільшення грудних залоз. Так як такого роду гінекомастія часто спостерігається у абсолютно здорових підлітків, цей симптом часто залишається поза увагою. У нормі підліткова гінекомастія безслідно зникає протягом декількох років, у пацієнтів же з синдромом Клайнфельтера зворотного інволюції грудних залоз не відбувається. У деяких випадках гінекомастія може не розвиватися зовсім, і тоді патологія проявляється ознаками андрогенної недостатності вже в постпубертатний період.

Симптоми андрогенної недостатності при синдромі Клайнфельтера

Андрогенна недостатність при синдромі Клайнфельтера пов'язана з поступовою атрофією яєчок, що призводить до зниження синтезу тестостерону. Ступінь недостатності андрогенів різко варіює.

В першу чергу звертають на себе увагу зовнішні ознаки гіпогонадизму:

• убога рослинність на обличчі або ж повна її відсутність;
• ріст волосся на лобку за жіночим типом;
• волосся на грудях і інших частинах тіла відсутні;
• маленький обсяг яєчок (2-4 мл) і їх щільна консистенція (патогномонічний ознака).

Оскільки дегенерація статевих залоз, як правило, розвивається в постпубертатний період, у більшості пацієнтів розміри чоловічих статевих органів, за винятком яєчок, відповідають віковим нормам.

Пацієнти можуть скаржитися на ослаблення лібідо і зниження потенції. У багатьох чоловіків з синдромом Клайнфельтера статевий потяг зовсім не виникає, а деякі - навпаки, заводять сім'ю і живе нормальним статевим життям. Найбільш постійний ознака патології - безпліддя, саме воно найчастіше стає причиною звернення таких пацієнтів до лікаря. У 10% чоловіків з азооспеміей виявляють синдром Клайнфельтера.

Всім пацієнтам з порушеннями сперматогенезу необхідно визначати каріотип для виключення або підтвердження діагнозу синдрому Клайнфельтера.

Недолік андрогенів призводить до розвитку остеопорозу, анемії і слабкості скелетної мускулатури. У третини хворих можна спостерігати варикозне розширення вен гомілок.

Андрогени впливають на обмін речовин, тому хворі з синдромом Клайнфельтера схильні до ожиріння, порушення толерантності до глюкози і цукрового діабету другого типу.

Доведено схильність таких пацієнтів до аутоімунних захворювань (ревматоїдний артрит, системний червоний вовчак, аутоімунні захворювання щитовидної залози і інші).

психологічні особливості

Коефіцієнт інтелекту у хворих з класичним синдромом Клайнфельтера варіює від значень нижче середнього до показників, які значно перевищують середній рівень. Однак у всіх випадках відзначається диспропорція між загальним рівнем інтелекту і вербальними здібностями, так що нерідко пацієнти з досить високим IQ зазнають труднощів при сприйнятті великих обсягів матеріалу на слух, а також при побудові фраз, що містять складні граматичні конструкції. Такі особливості завдають пацієнтам багато неприємностей в період навчання і нерідко продовжують позначатися на професійній діяльності.

Дані про психологічні особливості хворих з синдромом Клайнфельтера досить суперечливі, проте більшість фахівців оцінюють пацієнтів як скромних, боязких людей з дещо заниженою самооцінкою і підвищеною чутливістю. Є дані, що свідчать про схильність пацієнтів з синдромом Клайнфельтера до гомосексуалізму, алкоголізму та наркоманії. Складно сказати, чи спричинені особливості психіки у таких хворих безпосереднім впливом хромосомної аномалії, або ж це реакція на проблеми в сексуальній сфері.

Відносно різних цитогенетичних варіантів синдрому Клайнфельтера справедливо правило, що зі збільшенням кількості додаткових Х-хромосом збільшується кількість і вираженість патологічних симптомів.

Діагностика синдрому Клайнфельтера

У багатьох країнах синдром Клайнфельтера часто діагностується ще до народження дитини, так як багато жінок пізнього репродуктивного віку, у зв'язку з високим ризиком генетичних дефектів у майбутнього потомства, використовують пренатальну генетичну діагностику плоду. Нерідко пренатальне виявлення синдрому Клайнфельтера є приводом для переривання вагітності, в тому числі і за рекомендацією лікарів. У Росії аналіз каріотипу майбутньої дитини проводиться вкрай рідко.

При підозрі на синдром Клайнфельтера проводять лабораторний аналіз крові для визначення рівня чоловічих статевих гормонів. Необхідна диференціальна діагностика з іншими захворюваннями, що протікають з проявами андрогенної недостатності. Точний діагноз синдрому Клайнфельтера ставлять на підставі вивчення каріотипу (набору хромосом) хворого.

Дослідження, необхідні для підтвердження діагнозу

У всіх чоловіків з різко підвищеними концентраціями гонадотропінів необхідно виключити синдром Клайнфельтера, так як нерідко перший лабораторний ознака цієї генетичної патології - підвищення в крові концентрації гонадотропінів при нормальному вмісті загального тестостерону.

Синдром Клайнфельтера необхідно диференціювати від інших форм первинного гіпогонадизму. У будь-якому випадку при підвищенні рівня ФСГ в крові необхідно визначення каріотипу для виключення в першу чергу синдрому Клайнфельтера.

лікування

Цілі лікування синдрому Клайнфельтера:

• Відновлення нормального вмісту тестостерону
• Відновлення сексуальної функції
• Ліквідація метаболічних порушень

При клінічно вираженою патології необхідна довічна замісна терапія препаратами тестостерону. Адекватна терапія дозволяє не тільки поліпшити зовнішній вигляд і загальне самопочуття хворого, але і повернути здатність до нормального статевого життя. Крім того, замісна терапія попереджає розвиток остеопорозу, усуває м'язову слабкість. В юному віці лікування необхідно починати відразу ж після постановки діагнозу. При синдромі Клайнфельтера краще використовувати препарати тестостерону тривалої дії:

• суміш ефірів тестостерону у вигляді масляного розчину, ін'єкції якого необхідно робити 2-3 рази в місяць;
• тестостерону ундеканоат у вигляді масляного розчину - препарат-депо з уповільненим вивільненням діючої речовини - ін'єкції 1 раз в 3 місяці.

Гормонолеченіе при наявності Х хромосоми у чоловіків повинно носити постійний характер. Дозу препарату підбирають індивідуально під контролем рівня тестостерону і ЛГ в сироватці крові.

Уже розвинулася гінекомастія при синдромі Клайнфельтера не береться інволюції навіть в разі адекватного лікування, тому часто доводиться вдаватися до хірургічної корекції (мастектомії).

Для профілактики таких супутніх захворювань, як ожиріння і цукровий діабет другого типу, хворим рекомендують дотримуватися дієти і стежити за власною вагою.

Моніторинг пацієнтів з синдромом Клайнфельтера слід здійснювати не рідше 1 разу в 6-12 місяців. Він повинен включати наступні дослідження:

• загальний аналіз крові для оцінки рівня гемоглобіну і гематокриту;
• гормональний аналіз крові, що включає визначення тестостерону і ЛГ (проводиться на тлі лікарської терапії за 1-2 дня до чергової ін'єкції тестостерону);

Чоловіча хромосома, горезвісний Y, відрізняється від інших 45, включених в генний набір нормальної людини. Вона не має собі пару. Саме їй в більшій мірі властиві різноманітні мутації. Як кажуть деякі дослідники, в найближчому майбутньому цивілізація зіткнеться з повним зникненням цього елемента. З іншого боку, новітні дослідження показали, що репродуктивний процес запросто може протікати без участі цієї хромосоми.

Що кажуть учені?

На думку дослідників, чоловічі хромосоми пропадуть в найближчі десять мільйонів років. Звичайно, впевненості в цьому бути не може, але прогнози підтверджені досить достовірними розрахунками. Відбудеться це через втрати елементом структури ДНК функціональності.

Уже сьогодні достовірно відомо, що чоловічі хромосоми істотно відрізняються від інших, включаючи Х, так як не можуть вступати в обмін генетичною інформацією під час репродуктивного процесу. Це призвело до втрати спадкового матеріалу і накопичення різноманітних мутацій, що передаються між поколіннями. Втім, вчені звертають увагу: наявність саме цієї хромосоми, а точніше, її відсутність, не стане перешкодою для закладу потомства.

новітні дослідження

Найчастіше після цього йде досить неправдоподібна інформація про космічних прибульців, але не в нашому випадку. Вчені і справді з'ясували, коли саме сформувалися хромосоми як інструмент визначення статевої приналежності плоду. Раніше існувала думка, що таке сталося вперше три мільйони століть тому. Проведені в недавньому минулому дослідні роботи показали: за 166 мільйонів років до нашого часу і чоловічі хромосоми, і жіночі в генофонді нашого роду були відсутні.

Багато дотримуються теорії, яка говорить, що статеві (чоловічі, жіночі) хромосоми в якості джерела мають один і той же генний набір. У давнину еволюція ссавців призвела до появи гена, аллель якого стала підставою для чоловічого типу організму. Аллель в сучасній науці називається Y, другу ж стали позначати Х. Тобто фактично на початку були практично ідентичні хромосоми, відмінність - в одному гені. Згодом Y став носієм генної інформації, більш корисною для чоловічої половини роду, але не має важливості або шкідливою для жіночого.

Деякі особливості людського організму

Дослідники, з'ясовуючи специфічні характеристики чоловічих і жіночих хромосом, виявили, що Y не здатний рекомбінувати з Х в період гаметогенезу, тобто в той момент, коли статеві клітини визрівають. Отже, можливі зміни провокуються виключно мутаціями. Генетична інформація, яка формується в ході такого процесу, не може оцінюватися природними механізмами як шлюб, не відбувається і розведення генними варіаціями. Отже, батько передає синові повний набір - і так раз за разом, покоління за поколінням. Поступово кількість видозмін накопичується.

Процес визрівання статевих клітин пов'язаний з розподілом, характерним сперматозоїдам. Кожне таке розподіл - ще одна можливість додаткових мутацій, які накопичуються в чоловічій статевій хромосомі. Свою роль відіграє і кислотність середовища, в якій відбувається цей процес - цей фактор додатково провокує незаплановані мутації. Вчені з'ясували, що статистично саме Y - найбільш часто пошкоджується хромосома з усього генного набору.

Було, стало, буде

В даний час кількість генів в Y-хромосомі, як кажуть вчені, не менше 45, але і не більше 90. Конкретні оцінки дещо відрізняються, це залежить від використовуваних дослідниками методів. А ось в жіночій статевій хромосомі міститься чи не півтори тисячі генів. Така різниця обумовлена \u200b\u200bеволюційними процесами, що призвели до втрати генних відомостей.

У колишні часи вчені, вивчаючи динаміку Y-хромосоми, оцінили, що в середньому за один мільйон років втрачається близько 4,6 гена. Якщо така прогресія збережеться в майбутньому, повністю генетична інформація через цей об'єкт перестане переноситися вже в найближчі десять мільйонів років.

альтернативний підхід

Звичайно, X і Y - хромосоми, дослідження яких в принципі стало доступно людству зовсім недавно, тому переважно вчені мають у своєму розпорядженні тільки теоретичними викладками, не маючи підтверджених практичними спостереженнями даних, що завжди пов'язано з невеликою ймовірністю помилки і різночитань. Вже зараз деякі переконані, що озвучене вище думку некоректне.

Спеціалізовані дослідження проводилися в інституті Уайтхеда. Вчені, досліджуючи чоловічий набір хромосом, прийшли до висновку, що генетичний розпад повністю припинився. Це був лише еволюційний етап, пов'язаний з особливостями людського організму, і в даний час досягнуто стабільного стану, яке таким і збережеться не менше ніж на десять мільйонів років.

Як це відбувалося

Згадане альтернативне дослідження, присвячене X і Y хромосомами, передбачало секвенування 11000000 пар основ чоловічої хромосоми. В якості експериментальних зразків брали генетичні дані макак-резусів. Послідовність, яку отримали в ході роботи, порівняли з відповідною ділянкою чоловічої хромосоми шимпанзе, а в якості контрольного взяли зразок людської генетичної інформації. На підставі отриманих даних вдалося підтвердити припущення про сталість генетичного наповнення хромосом чоловіків ось уже 25 мільйонів років.

Один з авторів цього дослідження - Дженніфер Хьюз, який пояснив, що Y (позначення чоловічої хромосоми) втратив всього лише один ген, що разюче відрізняється від піддослідних зразків, отриманих від макак. Це свідчить, що найближчим (втім, називати так тимчасові проміжки, вимірювані мільйонами років, можна лише умовно) час ніякої втрати хромосоми людству не загрожує.

Страшно чи це?

В даний час вчені знають точно, яка хромосома відповідає за стать майбутньої дитини: це залежить саме від цієї самої 23-ї пари, яка в чоловічому організмі представлена \u200b\u200bзовсім навіть і не однаковою парою, адже для жінок характерні ХХ, а для чоловіків - XY . Тому теорії про можливе зникнення Y у багатьох викликають побоювання: чи не вимре тоді людство? Чи не станемо ми одностатевими?

Вчені запевняють: жодних приводів для занепокоєння немає. Не так давно дослідження, організовані в науковому інституті на Гаваях, наочно показали, що здорове потомство цілком можливо при наявності двох генів чоловічої хромосоми - і це стосовно до мишей. Значить, в майбутньому вдасться і зовсім обійти цю хромосому, успішно розмножуючись без неї. Стосується це в тому числі і людини. Вчені звертають увагу: такі результати дослідження важливі не тільки для тих, хто побоюється за долю людства в далекому майбутньому. Цілком можливо, вони допоможуть знайти відповідь на питання про усунення чоловічого безпліддя.

Як проводився експеримент

Робочий процес дослідників припускав взаємодія з репродуктивними клітинами мишей чоловічої статі. Над ними провели роботу, залишили від чоловічої хромосоми тільки два гена. Один з них відповідає за формування чоловічого будови організму, в тому числі гормональний розвиток, сперматогенез, а другий - за фактор проліферації.

В ході досліджень стало ясно, що зумовлює проліферацію спермогонії ген - єдиний, в якому репродуктивна система мишей по-справжньому потребує для формування потомства.

Що відбувалося далі?

Щоб перевірити результати своїх теоретичних висновків, в лабораторних умовах учені запліднили мишачі яйцеклітини з використанням вдосконалених чоловічих хромосом. Для цього використовували високоточний метод інтрацитоплазматичної ін'єкції. Ембріони, які розвинулися, були імплантовані в організм жіночих особин - в матку.

Статистика показала: 9% всіх випадків вагітності виявилися успішними, а потомство народилося повністю здоровим. А ось якщо репродуктивний процес відбувається за участю такого самця миші, чия хромосома не зазнала зміни, відсоток успішних вагітностей без відхилень у розвитку потомства - всього лише 26%. Це наочно свідчить, що чоловіча статева хромосома в майбутньому, можливо, стане лише пережитком минулих тисячоліть. Ймовірно, вдасться знайти на інших хромосомах такі відповідальні за генну інформацію елементи, які мають відповідність з чоловічою хромосомою. Якщо активувати їх функціональність, даний об'єкт і зовсім стане зайвим.

Онкологія і генетика

Деякий час назад були опубліковані дослідження, з яких випливає залежність ймовірності розвитку злоякісних новоутворень і втрата чоловічої хромосоми. Таке іноді спостерігається в літньому віці. Страждають в першу чергу лейкоцити. Вчені також з'ясували, що це є однією з причин ранньої смертності: чоловіки з генними змінами зазвичай вмирають раніше, а ось жінки живуть довше.

Вперше вказане явище описали ще близько півстоліття тому, але наслідки, так само як і причини, і до цього дня залишаються для громадськості таємницею за сімома печатками. В рамках дослідження в Швеції були взяті зразки крові 1153 чоловік у віці 70-84 років. Досліджувалися тільки зразки крові чоловіків, причому вибірка була по людям, регулярно спостерігався в клініках держави як мінімум з сорокарічного віку. Зібрані відомості наочно показали, що втрата чоловічої хромосоми характерна тим, чия тривалість життя приблизно на 5,5 років менше в порівнянні з чоловіками, які не зіткнулися з такою зміною. Якщо кількість лейкоцитів зі зміненою генної інформацією збільшувалася, підвищувалася ймовірність летального результату, спровокованого злоякісними процесами.

Стереотипи і достовірна інформація

Прийнято думати, що Y - хромосома, яка визначає статеву приналежність дитини, і цим її функції вичерпані. Насправді генетична інформація, що зберігається нею, важлива для багатьох функцій. Вчені сподіваються, що саме завдяки вивченню особливостей цієї хромосоми можна буде винайти ефективні ліки проти пухлин. Лікарі припускають, що втрата хромосоми з віком призводить до ослаблення імунної системи. Це, в свою чергу, створює умови для зростання злоякісних клітин.

Зображення з сайту unc.edu

Кожна жінка - це не просто загадка, а мозаїка, що складається з клітин з різними наборами активних хромосом. У людини 23 пари хромосом, і хромосоми однієї пари несуть одні й ті ж набори генів. Виняток становить пара статевих хромосом. У чоловіків одна з них називається X, а інша - Y, і вони істотно відрізняються своїми наборами генів. X-хромосома значно більші, ніж Y, і містить більше генів. Обидві статеві хромосоми жінок - Х, і вони відрізняються між собою також, як хромосоми всередині інших 22 пар. У кожної жінки по дві X-хромосоми, а у кожного чоловіка - тільки по одній, і щоб вони були однаково активні у жінок і чоловіків, організм регулює їх роботу. Для цього у всіх клітинах тіла жінки одна з X-хромосом інактивується. Яка саме з двох статевих хромосом буде відключена, для кожної клітини вирішує випадок, так що в частині клітин тіла жінки працює одна X-хромосома, а в решти - інша.

Як наслідок такої мозаїчності у жінок рідко виявляються хвороби, пов'язані з ушкодженнями X-хромосом. Навіть якщо у жінки виявляється X-хромосома з дефектом якої-небудь гена, інша хромосома пари, що працює в половині клітин, рятує становище і не дає хвороби проявитися. Щоб хвороба, пов'язана з пошкодженням X-хромосоми «розігралася» на повну потужність, жінці повинні дістатися цілих дві копії цієї хромосоми з дефектом одного і того ж гена. Це малоймовірна подія. У той же час, якщо чоловік отримує дефектну X-хромосому (вона приходить від матері), у неї не буде пари, щоб компенсувати збитки, і захворювання покаже себе.

X-хромосома, на жаль для чоловіків, несе безліч життєво важливих генів, так що її поломка чревата сумними наслідками. Дальтонізм, гемофілія, міопатія Дюшена, синдром ламкої X-хромосоми, X-зчеплений імунодефіцит - це тільки найвідоміші генетичні захворювання, від яких страждають майже виключно чоловіки.

Колірна сліпота

Поширена помилка, що дальтоніками можуть бути тільки чоловіки. Це невірно, проте, жінки-дальтоніки зустрічаються набагато рідше. Складнощі з розрізненням деяких квітів відчувають лише 0,4 відсотка жінок і близько 5 відсотків чоловіків. Дальтонізм - це втрата або порушення роботи одного з пігментів, пов'язаних з розпізнаванням світла певного кольору. Всього таких пігментів три, і вони чутливі до хвиль червоного, зеленого і синього кольору. Будь-який складний колір можна представити як комбінацію цих трьох. У кожній клітині-колбочці, які знаходяться в сітківці і відповідають за розпізнавання кольору, знаходиться лише один тип пігменту. З невідомих поки причин, неполадки з роботою пігментів, за допомогою яких ми розрізняємо червоний і зелений кольори, зустрічаються частіше, ніж дефекти пігменту, необхідного, щоб правильно впізнавати синій колір.

За синтез пігментів відповідають гени, що знаходяться на X-хромосомі. Якщо чоловікові дісталася хромосома з дефектним геном, визначальним за впізнавання, наприклад, червоного кольору, то у всіх колбах його сітківки буде активна лише ця дефектна X-хромосома - інший у нього просто немає. Тому у такого чоловіка не буде колб, здатних правильно розпізнати червоний колір. Сітківка жінки має мозаїчну будову, і якщо навіть одна з X-хромосом несе пошкоджений ген, ця хромосома буде активна лише в частині колб, що відповідають за розпізнавання відповідного кольору. В інших колбочках буде активна друга хромосома, яка несе нормальний ген. Сприйняття кольору у такої жінки буде трохи зміненим, але все ж вона буде здатна розрізняти всі кольори, які зазвичай розрізняють люди.

гемофілія

Інше відоме захворювання, пов'язане з дефектами генів X-хромосоми - це гемофілія, порушення згортання крові. Після травми в крові здорової людини запускається складна система реакцій, що приводить до утворення ниток білка фібрину. Завдяки накопиченню цих ниток, в місці пошкодження кров стає густішою і закупорює рану. Якщо будь-яка зі стадій процесу порушується, кров не згортається зовсім або робить це дуже повільно, так що хворий може померти від крововтрати навіть після видалення зуба. Крім того, хворі на гемофілію страждають від спонтанних внутрішніх крововиливів через уразливість стінок судин.

Каскад реакцій, що приводить з підсумку до утворення ниток фібрину і загустіння крові, дуже складний, а чим складніше система, тим більше місць, де вона може зламатися. Відомо три типи гемофілії, пов'язаних з дефектами трьох генів, що кодують білки-учасники каскаду. Два з цих генів розташовуються на X-хромосомі, тому на гемофілію страждає один чоловік з 5000, а випадків захворювань жінок за всю історію було зафіксовано лише 60.

міопатія Дюшена

Ще один важливий ген, що розташовується на X-хромосомі - ген білка дистрофина, необхідного для підтримки цілісності мембран м'язових клітин. При міопатії Дюшена робота цього гена порушується, і дистрофин не утворюється. У чоловіків, яким дісталася X-хромосома з таким пошкодженим геном, розвивається прогресуюча м'язова слабкість, в результаті чого хлопчики з такою хворобою вже до 12 років не можуть самостійно ходити. Як правило, хворі гинуть у віці близько 20 років через пов'язаних зі слабкістю м'язів порушень дихання. У дівчаток, які отримали X-хромосому з несправним геном дистрофина, через мозаїчності білок відсутній лише в половині клітин тіла. Тому жінки-носії дефектного гена дистрофина страждають лише легкою м'язовою слабкістю, і то не завжди.

X-зчеплений важкий імунодефіцит

Хворі з тяжкими імунодефіцитами змушені жити в повністю стерильному середовищі, тому що вони вкрай вразливі перед інфекційними захворюваннями. X-зчеплений важкий імунодефіцит виникає через мутації в гені, який кодує загальний компонент кількох рецепторів, необхідних для взаємодії клітин імунної системи. Як очевидно з назви хвороби, цей ген теж розташовується в X-хромосомі. Через непрацюючих рецепторів імунна система з самого початку розвивається неправильно, її клітини нечисленний, погано функціонують і не можуть координувати свої дії. На щастя, це важке захворювання зустрічається рідко: на нього страждає один хлопчик з 100000. У дівчаток поява цієї хвороби можна вважати практично неймовірним.

синдром ламкоїX-хромосоми

Ще один важливий ген, розташований на X-хромосомі - ген FMR1, необхідний для нормального розвитку нервової системи. Робота цього гена може бути порушена через патологічного процесу, при якому в гені збільшується число повторюваних фрагментів ДНК. Справа в тому, що точне копіювання повторюваного числа одиниць завжди є труднощі. Уявімо собі, що нам потрібно акуратно переписати довге число, в якому є багато однакових цифр поспіль - легко помилитися і написати на кілька цифер більше або менше. Точно так і в ДНК. При діленні клітин, коли ДНК подвоюється, число повторів може випадково змінитися. Саме через збільшення числа повторів в короткому фрагменті ДНК на X-хромосомі може з'явитися «ламкий» ділянку, який легко рветься при діленні клітин. Ген FMR1 знаходиться поруч з «ламким» ділянкою, і його робота порушується. В результаті такої патології виникає розумова відсталість, яка проявляється у чоловіків з «ломкою» X-хромосомою більш виразно, ніж у жінок.

Чи завжди краще мати двіX-хромосоми, ніж одну?

Здається, що мати дві X-хромосоми вигідніше, ніж одну: менше ризик захворювань через невдалі генів. Як щодо самців, що мають такий склад статевих хромосом: XXY? Чи можна очікувати, що вони будуть мати перевагу перед самцями зі звичайним складом статевих хромосом XY? Виявляється, склад хромосом XXY - і не раз, а зовсім навпаки. Чоловіки з таким набором хромосом страждають від синдрому Клайнфельтера, при якому спостерігається безліч патології, але немає ніяких переваг.

Більш того, відомі захворювання, для яких характерні ще більші кількості X-хромосом, аж до п'яти на генотип. Такі патології зустрічаються як у жінок, так і у чоловіків. При наявності надлишкових X-хромосом всі вони, крім однієї, инактивируются. Однак, нехай зайві X-хромосоми і не працюють, чим їх більше, тим важче захворювання. Цікаво, що особливо страждає від наявності надлишкових X-хромосом інтелект - кожна зайва хромосома цього типу веде до зниження IQв середньому приблизно на 15 пунктів. Виходить, що мати запасний варіант X-хромосоми добре, але не завжди (чоловікам від додаткової X-хромосоми краще не стає). Мати багато запасних варіантів цієї статевої хромосоми - не вигідно ні для жінок, ні для чоловіків.

Чим же додаткові неактивні X-хромосоми шкідливі, і чому кожна зайва хромосома посилює тяжкість захворювання? По-перше, зайві X-хромосоми вимикаються далеко не відразу, а тільки через перші 16 діб розвитку ембріона. А чим раніше під час розвитку виникає порушення, тим більше різноманітними і численними будуть його прояви. Тому зайві хромосоми можуть встигнути «нашкодити» досить фундаментально, так, що патології будуть проявлятися в зовсім різних сферах.

По-друге, деякі гени на інактивованих X-хромосомах якимось чином уникають відключення. Хоча Xі Y-хромосоми дуже несхожі, все ж вони утворюють пару і мають невелику кількість однакових генів. Якщо статевих хромосом занадто багато, і на всіх них ці гени залишаться активними, в клітинах порушується генний баланс. Тому чим більше зайвих хромосом, тим важчий перебіг хвороби.

X-хромосома несе на собі безліч життєво важливих генів, і не дивно, що її дефекти мають вкрай неприємні прояви. Жінкам від природи дана можливість «підстрахуватися» за рахунок додаткової копії хромосоми, яка може зменшити важкість захворювання. Однак така «запаска» хороша тільки в однині, а всі додаткові X-хромосоми ведуть до розвитку важких патологій. Ну а чоловікам, у яких немає другої X-хромосоми, з самого їх зачаття дістається більше ризику. На жаль.

Юлія Кондратенко