Как Х-хромосома самцов работает за двоих

Х-хромосома самцов работает за двоих — чтобы компенсировать отсутствие второй Х-хромосомы. Для повышения её активности существует особый эпигенетический механизм, и теперь учёным впервые удалось количественно связать его с необходимым увеличением активности Х-хромосомных генов.

Х-хромосома у самцов дрозофилы покрыта ферментными комплексами, модифицирующими гистоны для большей доступности ДНК. Эти комплексы окрашены жёлтым, остальные хромосомы — синим. (Фото авторов работы.)

Наш пол, как известно, зависит от сочетания половых хромосом в оплодотворённом яйце: у эмбриона будет две Х-хромосомы или же Х плюс Y (разные аномалии вроде синдрома Клайнфельтера оставляем за скобками). Но что это значит для молекулярной жизни клетки? В случае женского пола работают гены обеих Х-хромосом. У мужчин же Х-хромосома одна, то есть её гены работают как бы наполовину, а это может быть чревато неприятными последствиями для клетки и организма.

Исследователям эта проблема знакома давно. Считается, что, к примеру, у самцов дрозофилы (а у этих мух пол также зависит от распределения Х- и Y-хромосом) есть специальный эпигенетический механизм, который подстёгивает активность генов на единственной Х-хромосоме. Но такого объяснения явно недостаточно. Представьте, что перед вами стоит, условно, сотня стаканов совершенно разных форм и размеров — и все они наполовину наполнены. Задача — одновременно долить все стаканы доверху. Как тут реализовать индивидуальный подход?

Исследователи из Института иммунологии и эпигенетики при Научно-исследовательском обществе имени Макса Планка (Германия) выяснили, как это происходит — правда, для этого пришлось препарировать около 10 тысяч личинок дрозофилы и проанализировать активность нескольких сотен генов. Главный результат, о котором они пишут в журнале Science, заключается в том, что наконец удалось выяснить, как эпигенетические механизмы повышают активность генов на Х-хромосоме самцов. Обычно в экспериментах такого рода учёные обращают внимание на не менее чем десятикратную разницу в работе генов. Но тут учитывалось всё, даже ничтожная двукратная разница в активности гена у самки и самца.

Гистоны, упаковывающие ДНК Х-хромосомы, у самцов дрозофилы гиперацетилированы, что приводит к повышенной доступности ДНК транскрипционной машине. Транскрипция, то есть синтез РНК на шаблоне ДНК, осуществляется РНК-полимеразами. И учёным впервые удалось количественно связать эпигенетические процессы, имеющие отношение к модификации гистонов, с транскрипционными. Повышенная активность генов Х-хромосомы у самцов дрозофилы связана с тем, что их обслуживает большее количество ферментов РНК-полимераз. Где-то этих ферментов больше вдвое, где-то — в пять раз, где-то — в десять: всё зависит от свойств гена.

Такой способ управления активностью гена, скорее всего, весьма распространён, и его можно обнаружить не только на половых хромосомах. Есть множество процессов, где для клетки было бы очень удобно именно так «отмеривать» активности гена. Но пока авторы работы собираются и впредь исследовать этот механизм на примере компенсирующей активности Х-хромосомы у самцов.

Подготовлено по материалам Общества научных исследований имени Макса Планка.