Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

измы дозовой компенсации и определения пола нельзя назвать полностью независимыми друг от друга: необходимость дозовой компенсации обусловлена определением пола.

У Drosophila пол определяется отношением числа Х-хромосом к числу аутосом: при Х/А = 1,0 развиваются самки; если Х/А = 0,5, развиваются самцы. Как данное отношение определяется на молекулярном уровне, неясно. Клетки особей с хромосомным набором 2Х/ЗА, где Х/А = 0,67, очевидно, получают сигнал с неясным смыслом, поскольку в этом случае получаются мозаики, состоящие из чередующихся небольших участков мужских и женских клеток, т.е. отдельные клетки развиваются либо по мужскому, либо по женскому типу. Этот интерсексуальный фенотип обнаруживает высокую степень изменчивости от особи к особи по степени развития таких признаков, как половые органы, половые гребешки на передних ногах у самцов и абдоминальная пигментация.

Считается, что сигнал, возникший как следствие отношения Х/А, ответствен за дозовую компенсацию и определение пола. Дозовая компенсация достигается в ответ на этот сигнал путем повышения транскрипционной активности генов единственной Х-хромосомы мужских клеток по сравнению с каждой Х-хромосомой женских клеток.

Генетический анализ определения пола и дозовой компенсации у Drosophila в настоящее время является интенсивно исследуемой областью. Идентифицировано большое количество мутантов, влияющих на развитие фенотипа, характерного для определения пола, и (или) на поло-специфическую активность генов Х-хромосомы. Понимания взаимосвязанного действия этих генов пока не достигнуто. Как ни странно, сейчас существует более ясное представление о том, как происходят дозовая компенсация и определение пола в процессе развития млекопитающих.

У млекопитающих дозовая компенсация достигается путем инактивации одной из Х-хромосом в клетках 2Х/2А (в коротком плече Х-хромосомы остаются активными по крайней мере два гена; возможно, что целиком инактивируется только ее левое плечо). Инактивированная

Х-хромосома представлена в интерфазных ядрах соматических клеток самок в виде гетерохроматинового образования, которое в таких же ядрах самцов отсутствует. Эти образования из неактивного гетерохро-матина иногда называют тельцами Барра в честь Мэррея Барра, который впервые наблюдал их в нейронах самок кошек в 1949 г. Инактивация Х-хромосом соматических клеток происходит приблизительно во время имплантации эмбриона раннего возраста в матку. В период гаме-тогенеза и раннего развития инактивация и активация Х-хромосом регулируются.

У плацентарных млекопитающих, таких, как человек, кошка, мышь, материнские и отцовские Х-хромосомы инактивируются в различных клетках эмбриона случайным образом. Если определенная Х-хромосома инактивируется, она остается инактивированной и у других клеток. Отсюда следует, что самки, гетерозиготные по генам Х-хромосомы, являются мозаиками: они состоят из участков клеток, в которых происходит экспрессия разных аллелей гетерозиготы. Именно на основе открытия этого мозаицизма и была высказана гипотеза о том, что дозо-вая компенсация у млекопитающих осуществляется путем инактивации Х-хромосом, а тельца Барра служат цитологическим доказательством этой инактивации. Например, кошки с черепаховой окраской, имеющие чередующиеся участки черной и желтой шерсти, почти всегда бывают самками. Котята-самцы у матерей черепаховой окраски бывают либо желтыми, либо черными, ген yellow coat (Су), определяющий желтую окраску шерсти, является аллелем гена black coat (Св), определяющего черную окраску шерсти. Пятнистая черепаховая окраска самок (генотип CYJCB) обусловлена случайной инактивацией Х-хромосом в раннем периоде развития. Клеточные клоны-потомки клеток, в которых инакти-вирована хромосома с геном Св, дают участки желтой шерсти, а те, в которых инактивирована хромосома с геном Су,-участки черной шерсти. Изредка встречаются самцы черепаховой окраски, они всегда обладают хромосомным набором XXY и имеют одно тельце Барра в каждой из соматических клеток.

Женщины, гетерозиготные по генам, сцепленным с полом, являются мозаиками. Например, сцепленная с полом мутация эктодермальной дисплазии, обусловливающая отсутствие зубов, вызывает мозаицизм у гетерозиготных по ней женщин. У таких женщин на некоторых участках челюстей нет зубов; на теле чередуются участки кожи с присутствием и отсутствием потовых желез (рис. 17.20). Для женщин, гетерозиготных по сцепленному с полом гену гемофилии, характерна высокая степень изменчивости по количеству вырабатываемого организмом фактора свертываемости крови. Его количество варьирует от 20% до 100% нормального и, возможно, определяется случайностью инактивации Х-хромосомы в относительно небольшом числе клеток, предшественников клеток крови.

Механизм инактивации Х-хромосом неясен. Нормальные ауто-сомные гены окраски шерсти у мышей, транслоцированные в Х-хромо-сому, приобретают способность к инактивации. Самцы, несущие такую Х-хромосому с транслокацией и гомозиготные по аутосомному мутант-ному гену окраски, имеют нормальную окраску шерсти благодаря активности транслоцированного гена дикого типа. Однако шерсть самок, гетерозиготных по Х-хромосоме с транслокацией, состоит из участков с нормальной и мутантной окраской. Очевидно, аутосомный ген подРис. 17.20. Три поколения женщин из одной семьи, гетерозиготных по мутации, вызывающей ангидротическую эктодермальную дис-плазию (две последние женщины являются идентичными близнецами). У этих женщин отдельные участки кожи (на рисунке выделены цветом), где аллель дикого типа инак-тивирован, лишены потовых желез; остальная кожа, где инакти-вирован мутантный аллель, является нормальной. (По Е. No-vitski, Human Genetics, Macmillan, New York, 1977.)

вергается инактивации из-за своей локализации в другой хромосоме. Это предполагает, что дозовая компенсация структурных генов у млекопитающих не затрагивает регуляторные сайты, тесно сцепленные со структурными генами Х-хромосомы. Напротив, Х-хромосома млекопитающих должна иметь один (или более) сайтов, где инициируется инактивация. После осуществления выбора хромосомы для инактивации конденсация этой хромосомы предупреждает экспрессию всех присутствующих в ней генов.

Определение пола у млекопитающих

Развитие пола у млекопитающих-процесс, состоящий из двух этапов (рис. 17.21). Прежде, всего хромосомный состав ядра определяет половую дифференциацию гонад, которые развиваются либо в семенники (XY/2A), либо в яичники (2Х/2А). Если образуются семенники, они выделяют гормон тестостерон, циркулирующий по эмбриону и вызывающий развитие соматических клеток по мужскому типу. Напротив, если образуются яичники, отсутствие тестостерона приводит к тому, что клетки развиваются по женскому типу.

Целый ряд данных указывает на то, что образование семенников является прямым результатом действия генов, расположенных в Y-xpo-мосоме. Прежде всего как у мыши, так и у человека нерасхождение хромосом ведет к появлению зигот ХО/2А (см. гл. 3), которые развиваются по женскому типу и образуют яичники (у человека в этом случае яичники недоразвиты, что будет обсуждаться ниже). С другой стороны, в результате нерасхождения образуются также зиготы XXY/2A, которые развиваются по мужскому типу и дают самцов, имеющих семенники

Соматическое (вторичное) определение пол*

Теистическое ^ Сятределввде иола J 't V ©правление пелi

Определвете пола ^ говад ' 4»родмшв»мх клеток

1,111 iiiiiniiiilinnim mlYldl II 'u t in|i%liltf "I'jl'ull Hiijur ? ЦП»»

Первичное определение note

Время

Рис. 17.21. Временная связь событий, связанных с определением пола у млекопитающих. (По Мс Carrey J.R., Abbott U.K., 1979. Adv. in Genet 20, 217.)

(сперматогенез отсутствует). У человека описаны случаи появления ка-риотипа XXXXY, при этом развитие идет полностью по мужскому типу (происхождение подобных кариотипов является предметом обсуждения). Эти данные свидетельствуют о том, что у млекопитающих в отличие от дрозофилы пол не регулируется соотношением Х/А; определяющую роль у них играет Y-хромосома.

Прямое доказательство того, что определяющие пол гены находятся в Y-хромосоме, получено путем изучения наследования доминантного признака sex-reversed (Sxr) у мышей. Наличие гена Sxr приводит к тому, что зиготы с двумя Х-хромосомами развиваются по мужскому типу с образованием семенников (сперматогенез отсутствует). У таких самцов происходит инактивация одной Х-хромосомы, и они являются мозаиками по генам, сцепленным с полом (рис. 17.22). Сначала предполагалось, что Sxr-аутосомный ген, поскольку он не сцеплен с Х-хромосо-мой, а кариотип самцов Sxr включает две Х-хромосомы и не имеет Y-хромосом. Однако целый ряд открытий, которые оказались возможными благодаря применению новых методов работы с ДНК, показали, что наследование мутации Sxr носит иной характер.

В отличие от млекопитающих, где гетерогаметный пол-самцы (XY), у многих видов пресмыкающихся и птиц гетерогаметным полом являются самки (ZW), а гомогаметным-самцы (ZZ). Взаимосвязь между этими двумя типами механизмов определения пола и пути эволюции каждого из них не выяснены.

Лалджи Сингх и Кеннет Джоунс показали, что ДНК самок змеи содержит простую повторяющуюся последовательность, количество которой в ДНК самок гораздо больше, чем в ДНК самцов. Используя центрифугирование в градиенте CsCl, им удалось выделить фрагменты ДНК, содержащие эти повторы (и другие менее часто повторяющиеся последовательности, перемежающиеся с ними), идентифицировав их как минорную сателлитную ДНК по отношению к основной фракции геномной ДНК. Когда эти фрагменты ДНК пометили радиоактивной меткой и гибридизовали с препаратом митотических хромосом самок змеи, положительный результат был получен только с W-хромосомой. Интересно, что эта сателлитная ДНК специфически связывается с ДНК особей гетерогаметного пола других рептилий, птиц и даже мышей

и человека. Еще больший интерес представляет тот факт, что эта ДНК гибридизуется с политенными хромосомами Drosophila, маркируя соответствующий район Х-хромосомы.

Использование методов генетической и

страница 58
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(18.10.2019)