Особенности генетической организации половых хромосом

Половая принадлежность эукариотического организма является генетически детерминированной. У млекопитающих и человека первичные признаки мужского либо женского пола (эмбриональная закладка и развитие половых желез определенного типа, т. е. семенников либо яичников) обусловлены присутствием в кариотипе одного из двух возможных сочетаний половых хромосом (ХУ либо XX). Хромосомы X и У принято рассматривать в качестве пары гетерологичных хромосом, хотя каждая из них содержит небольшой участок взаимной гомологии, т. е. они представляют собой частично гомологичные хромосомы. Это определяет и принципиальную возможность генетического обмена между ними в профазе первого деления мейоза. В связи с указанным обстоятельством существуют три возможных варианта генных локусов половых хромосом: локусы гомологичных участков хромосом X и У, локусы негомологичных участков Х-хромосом и локусы негомологичных участков У-хромосом.

Роль У-хромосомы в детерминировании мужского пола у млекопитающих и человека обусловлена наличием в ее негомологичном участке гена SRY (от англ, sex determining region У — область хромосомы У, детерминирующая пол), который кодирует ДНК-связываюшийся белок (белок SRY). Полагают, что этот белок, синтезирующийся в период раннего эмбрионального развития, регулирует транскрипционную активность нескольких различных генов, локализованных как в Л'-хромосоме, так и в аутосомах, обеспечивая формирование пола по мужскому типу.

При отсутствии у индивидуума гена SRYлибо при его мутационном изменении, приводящем к инактивации белка SRУ, становится возможным развитие пола по женскому типу, что связано, вероятно, с экспрессией соответствующего гена (либо генов) А'-хромосомы. Вместе с тем имеются данные о том, что мутационные изменения в аутосомном гене человека, обозначенном символом SOX9, расположенном на хромосоме 17 и участвующем в формировании первичных признаков мужского пола, могут негативно влиять на активацию его транскрипции с участием белка SRY. В этом случае возникают различные нарушения в развитии половых желез и соответствующих вторичных половых признаков вплоть до формирования женского пола (реверсии пола) у индивидуума, имеющего в своем кариотипе нормальную У-хромосому.

Помимо генов, детерминирующих пол, в половых хромосомах находятся гены, которые контролируют признаки, не связанные с определением половой принадлежности индивидуума. Гены, локусы которых находятся в гомологичных участках хромосом Хи У, принято называть частично сцепленными с полом. Что касается генов, локусы которых расположены в негомологичных участках этих хромосом, то они и контролируемые ими признаки рассматриваются как полностью сцепленные с полом^{соответственно,} по Х-хромосоме либо по У-хромосоме).

Наиболее значительная информация имеется о генах, полностью сцепленных с^{-хромосомой.} К ним, в частности, относятся гены, контролирующие признаки дальтонизма (неспособности различать красный и зеленый цвета), гемофилии (несвертываемости крови) и некоторых других наследственных заболеваний человека. Поскольку в этих случаях наследование соответствующего гена и контролируемого им признака связано с передачей от родителей к детям лишь А'-хромосомы, то для записи генотипа индивидуума используют символы половых хромосом с индексами содержащихся в них генов.

В качестве примера рассмотрим взаимоотношения в системе «генпризнак, генотип-фенотип» при дальтонизме, обусловленном рецессивным геном (символ с), который находится в негомологичном участке Af-хромосомы человека (табл. 5.12).

Таблица 5.12

Взаимоотношения в системе «генпризнак, генотип-фенотип» при дальтонизме у человека.

Ген.	Признак.	Генотип.	Фенотип.
D	Нормальное восприятие цвета.		D (нормальное восприятие цвета).
		Х°Х*	D
		X°Y	D
d	Дальтонизм.	Х" Х"	d (дальтонизм).
		X’Y	d

Из таблицы видно, что индивидуумы женского пола (.XX) могут быть гомозиготными как по доминантному аллелю Д контролирующему признак нормального восприятия красного и зеленого цветов, так и по рецессивному (мутантному) аллелю d (гену дальтонизма) либо являются гетерозиготными по этим двум аллелям. Что касается лиц мужского пола (XY), то в их генотипе присутствует лишь один аллельный вариант указанного гена (D либо d). Такое состояние генотипа называется гемизиготным.

Как известно, у млекопитающих, в частности у человека, одна из двух А-хромосом индивидуумов женского пола подвергается гетерохроматинизации уже в раннем эмбриональном периоде, что позволяет обнаруживать ее в интерфазном ядре в виде тельца полового хроматина. С другой стороны, у представителей мужского пола единственная^{-хромосома} их соматической клетки в интерфазс митотического цикла остается в эухроматинизированном состоянии.

Биологический смысл этого явления получил объяснение в гипотезе М. Лайон, которая предположила, что образование полового хроматина связано с полной генетической инактивацией соответствующей А-хромосомы, т. е. в этом случае работает механизм «дозовой компенсации», приводящий в соответствие дозы генов А-хромосом у организмов разного пола. Эта гипотеза получила дальнейшее подтверждение при анализе заболеваний человека, связанных с изменением нормального числа А-хромосом в кариотипе.

Таким образом, в каждой отдельно взятой соматической клетке женского организма генетически активной может бьггь лишь одна из двух А-хромосом. Однако в целом организме генетические эффекты каждой из этих хромосом, одну из которых индивидуум получил от отца, а другую — от матери, представлены в относительно равной степени. Это связано с тем, что сам процесс инактивации носит случайный характер, т. е. в разных клетках женского организма могут быть гетерохроматинизированы разные А-хромосомы из одной пары.

Следует отметить, что у женщин, являющихся гетерозиготными по некоторым аллельным генам, сцепленным с А-хромосомой, с помощью различных методов удается выявить мозаичные участки организма, различающиеся по соответствующим альтернативным признакам, контролируемым этими генами. Каждый из таких участков состоит из группы клеток, представляющих собой клон, т. е. потомство одной родительской клетки, в которой была инактивирована определенная А-хромосома (отцовского либо материнского происхождения).

Так, например, в сетчатке глаза женщин, гетерозиготных по гену дальтонизма, можно обнаружить мозаику участков с нормальным и дефектным восприятием цвета при освещении глаза очень узким пучком красного либо зеленого цвета. Следовательно, такие различающиеся участки состоят из клонов клеток, в которых инактивированы разные А-хромосомы. Вместе с тем нужно иметь в виду данные о том, что небольшой участок, находящийся вблизи конца короткого плеча хромосомы А, не вовлекается в инактивацию при гетерохроматинизации всей этой хромосомы.

Рассмотренные особенности генетической организации половых хромосом лежат в основе детерминирования пола индивидуума, а также определяют характер наследования тех или иных признаков, сцепленных с полом.

а.