Variasjon er livets krydder - spesielt når det gjelder genetikk. Arten vår trenger DNA for å blande seg for å skape genetisk mangfold, som er nøkkelen til befolkningens helse og hardhet. Når celler deler seg og vokser, kan alle 22 par kromosomer i et menneske utføre genetiske bytter langs hele lengdene, bortsett fra kjønnskromosomene. Fordi X og Y er forskjellige i størrelse og i genene de bærer, forblir disse to genetiske buntene reservert.
Relatert innhold
- Vannbjørner er mester-DNA-tyvene i dyreverdenen
- Fisk kan justere kjønnsbalansen i møte med stigende temperaturer
- Forskere identifiserer en "DNA-klokke" som kan bidra til å forutsi dødeligheten
Men forskning har vist hvordan kjønnskromosomene noen ganger handler med genetiske data på utvalgte steder - og det virker som om byttet deres er slurvete enn opprinnelig trodd.
Et team ledet av Melissa Wilson Sayres ved Arizona State University tilbyr nye detaljer om hva som skjer når X- og Y-kromosomer bytter DNA under celledelingen som gir opphav til egg og sæd. Interessant bekrefter arbeidet deres at når kjønnskromosomene snakker sammen, et bestemt gen som er kritisk for mannlig utvikling noen ganger blir flyttet rundt. Resultatene kan bidra til å forklare hvorfor noen mennesker har kvinnelig DNA - et par X-kromosomer - men utvikler seg fysisk som mannlig.
For millioner av år siden var våre X- og Y-kromosomer omtrent likeverdige og klarte fritt å bytte genetisk materiale. I de fleste tilfeller favoriserer evolusjonen denne utvekslingen av DNA mellom kromosomer fordi det øker mangfoldet. Men i dag er X-kromosomet mye lengre enn Y-kromosomet, og bare to små matchende regioner er igjen på spissene. "Vi snakker ofte om hvor forskjellige X og Y er, " sier Wilson Sayres. "Men det er to regioner der de er identiske, " kalt pseudoautosomale regioner. Det er her X- og Y-kromosomene kan slå seg sammen og bytte DNA.
Tidligere arbeid av genetikere David Page ved MIT og Bruce Lahn ved University of Chicago viste at for millioner av år siden ble deler av X-kromosomet kuttet, snudd og satt inn på nytt. Resultatet av denne mutasjonen, kalt en inversjon, er at X- og Y-kromosomene ikke lenger kunne samvirke i det omvendte området. Analyser fra laboratoriet til Wilson Sayres viste også tidligere at inversjoner på X-kromosomet har skjedd opptil ni ganger i vår evolusjonshistorie.
Disse inversjonene "ble foretrukket av naturlig seleksjon fordi de forhindret det mannlige bestemmende genet til å rekombinere seg på X, og lot X og Y utvikle seg uavhengig, " sier Qi Zhou, en postdoktor ved University of California, Berkeley, som studerer evolusjon av kjønnskromosomer i fruktfluer og fugler.
Fordi inversjonsprosessen kutter gener i to, kan forskere se de pseudoautosomale grensene på kromosomene bare ved å se på DNA-sekvensen og identifisere biter av avkortede gener. Så Wilson Sayres lurte på om genetisk bytte som skjer i de pseudoautosomale regionene kan etterlate en tydelig signatur om mangfold med skarpe grenser. "Fordi rekombinasjon skjer i de pseudoautosomale regionene, bør det være økt mangfoldighet der i forhold til de andre delene av X-kromosomet, " sier Wilson Sayres.
For å teste ideen analyserte hun og hennes studenter i Arizona State mønstre av genetisk mangfold over X-kromosomene fra 26 ikke-relaterte kvinner. Til sin overraskelse observerte ikke teamet en klar grense. "Mangfoldet avtar nesten en lineær hastighet over den pseudoautosomale grensen, noe som antyder at rekombinasjonsgrensene ikke er veldig strenge, " sier Wilson Sayres. I stedet ser det ut til at når pseudoautosomale regioner handler med utdrag av DNA, vil deler av den omvendte regionen noen ganger bli tatt med på turen. Teamet presenterer resultatene denne uken på 2015-møtet i Society of Molecular Biology and Evolution i Wien.
Funnet “er veldig viktig, fordi et av genene på Y-kromosomet som ligger veldig nær den grensen, er SRY, den sexbestemmende regionen i Y, ” sier Wilson Sayres. SRY er et gen som er nøkkelen for å sette i gang testesutvikling hos menn. "Hvis grensen ikke er satt, kan du dra SRY-genet over på X-kromosomet, " sier hun. I så fall kan en person med en XX-genotype, som typisk er kvinnelig, i stedet utvikle seg som mannlig. XX mannlig syndrom, også kalt de la Chapelle-syndrom, forekommer hos 1 av 20 000 mennesker som fremstår som utvendig hannlige. Personer med denne sjeldne tilstanden er vanligvis sterile.
"Mange pattedyrarter har SRY, og det er veldig forskjellige steder på Y-kromosomet, fordi inversjonene skjedde mange ganger uavhengig av forskjellige linjer, " legger Wilson Sayres til. "Det er bare uflaks at SRY-genet hos mennesker er i nærheten av inversjonsgrensen."
En studie fra 2012 av Terje Raudsepp ved Texas A&M University og hennes kolleger hadde allerede antydet at feil i XY-rekombinasjon kan flytte SRY til X-kromosomet hos mennesker og sjimpanser. Det nye arbeidet øker resultatet og viser en sannsynlig mekanisme. Fordi grensene for bytteområde er så uklar, er det sannsynlig at XX mannlige syndrom ikke er et nylig "fluke" -fenomen hos moderne mennesker, men har oppstått i minst tusenvis av år. "XX hanner forekom sannsynligvis med denne frekvensen gjennom hele menneskets evolusjon, " sier Wilson Sayres.
Den nye analysen viser også en uventet topp av genetisk mangfold i en omvendt seksjon av X-kromosomet som hos mennesker ble kopiert og lagt til Y-kromosomet. Et av genene innenfor denne toppen kalles protocadherin 11, et gen som antas å være involvert i hjerneutvikling. "Folk antar vanligvis at denne regionen er X-spesifikk, men vi viser faktisk at det er bytte mellom X og Y i den regionen, " sier Wilson Sayres. Dette er viktig fordi “den X-transponerte regionen ser ut som en ny tredje pseudoautosomal region. Dette kan føre til en ny prosess for mannlige partiske gener fra Y til å hoppe inn på X-en, der de ikke hører hjemme, og føre til ytterligere kjønnskromosom genetiske lidelser. "
"Arbeidet fra Dr. Wilson Sayres 'gruppe bidrar absolutt til dybden i analysen av de nysgjerrige trekkene i kromosomer av menneskelig kjønn, " sier Raudsepp.
