XY және X0 жүйелеріндегі екі жыныстың да хромосомасы X

Кіріспе

Жыныстық хромосома XY және X0 жыныстық анықтау жүйелерінде екі жыныста да болады. Х хромосомасы көптеген организмдерде, соның ішінде сүтқоректілерде кездесетін екі жыныстық хромосоманың бірі және ол еркектер мен әйелдерде де табылады. Ол XY және X0 жыныстық анықтау жүйелерінің құрамына кіреді. Х хромосомасына оның ерекше қасиеттеріне байланысты ертедегі зерттеушілер ат берген, ал кейіннен ашылған оның әріптесі Y хромосомасы алфавит бойынша келесі әріппен аталыпты.

Ашылу

Х-хромосоманың ерекше екендігі алғаш рет 1890 жылы Лейпцигте Герман Хенкингтің зерттеулерінде байқалды. Хенкинг пиррокорис жәндіктерінің ұрықтарын зерттеген кезде, бір хромосоманың мейоз процесіне қатыспайтынын анықтады. Хромосомалар олардың бояуды сіңіру қабілеттеріне байланысты осылай аталады (грек тіліндегі "хрома" сөзі "түс" дегенді білдіреді). Х хромосомасы да басқалары сияқты жақсы боялса да, Хенкинг оның басқа түрге жататынына көз жеткізбеді және оны X элементі деп атады. Х хромосомасының аты "Х" әрпіне ұқсас болғандықтан қойылған деген пікір қате. Барлық хромосомалар микроскоп астында көрінгенде аморфты масса сияқты болады және тек митоз кезінде ғана нақты пішінге ие болады. Бұл пішін барлық хромосомалар үшін шамалы Х пішініне ұқсайды. Y хромосомасының митоз кезіндегі екі өте қысқа тармағы микроскоппен қарағанда біріккендей көрініп, Y пішінінің төменгі бөлігін құрайтын түріне ие болуы – жай ғана сәйкестік. Х-хромосоманың жыныс анықтауға қатысы бар екенін алғаш рет 1901 жылы Кларенс Эрвин МакКлунг болжады. МакКлунг шегірткелердегі өз жұмысын Хенкингтің және басқа ғалымдардың зерттеулерімен салыстырғаннан кейін, сперматозоидтардың жартысына ғана Х хромосомасы берілетінін анықтады. Ол бұл хромосоманы қосымша хромосома деп атады, оның толыққанды хромосома екенін дұрыс айтты, бірақ оның еркек жынысын анықтайтын хромосома екенін (бұл қате болжам) тұжырымдады.

Мұрагерлік үлгі

[[Файл:Х хромосомасының ата-бабалар сызығы Фибоначчи реті.svg|thumb|360px|Х хромосомасы бойынша ата-бабалардың тізбегіндегі ата-бабалардың саны Фибоначчи тізбесін қаперістеп өседі. (Хатчисонның "Отбасы ағашын өсіру: ДНК-ның отбасылық қарым-қатынастарды қайта құрудағы күші" еңбегінен кейін) Ер адамда X хромосомасы анасынан, ал Y хромосомасы әкесінен алынады. Ер адам өзінің X хромосомасының бастауы ретінде есептеледі, ал ата-анасының буынында оның X хромосомасы бір ата-анадан келген. Ер адамның анасы анасынан (ұлының аналық әжесінен) бір X хромосомасын, ал әкесінен (ұлының аналық атасынан) бір X хромосомасын алды, сондықтан екі әкесі еркек ұрпақтың X хромосомасына үлес қосты. Аналық атасы X хромосомасын анасынан алды, ал аналық әжесі X хромосомаларын екі ата-анасынан алды, сондықтан үш ата-бабасы еркек ұрпақтың X хромосомасына үлес қосты. Бес ата-бабасы еркек ұрпақтың X хромосомасына үлес қосты, және т.б. (Бұл белгілі бір ұрпақтың барлық ата-бабалары тәуелсіз деп есептейді, бірақ егер кез келген шежіре уақыт бойынша жеткілікті түрде артқа қарай ізделсе, ата-бабалар шежіренің бірнеше тармақтарында пайда бола бастайды, соңында халықтың негізін қалаушы барлық тармақтарда пайда болады.)

Функция

Адамның Х хромосомасы 153 миллионнан астам негіз жұптарынан тұрады (ДНҚ-ның құрылыс материалы). Ол шамамен 800 белок кодтайтын генді қамтиды, ал Y хромосомасында адам геноміндегі 20 000–25 000 геннің ішінде 70-ке жуық ген бар. Әр адамның әр жасушасында әдетте жыныстық хромосомалардың бір жұбы болады. Әйелдерде көбінесе екі Х хромосомасы, ал ерлерде бір Х және бір Y хромосомасы болады. Еркектер де, әйелдер де анасынан бір Х хромосомасын, ал әйелдер екінші Х хромосомасын әкесінен мұраға алады. Әкесі Х хромосомасын анасынан алғандықтан, әйел адамның бір Х хромосомасы әкесінің анасынан (әке жағынан), ал екінші Х хромосомасы анасынан келеді. Бұл мұрагерлік үлгі белгілі бір ата-тектік тереңдікте Фибоначчи сандарымен сәйкес келеді. Х хромосомасындағы гендердегі мутацияларға байланысты туындайтын генетикалық аурулар Х-байланысты деп аталады. Егер Х хромосомасында генетикалық ауруға шақыратын ген болса, ол еркектерде міндетті түрде ауруға алып келеді, себебі еркектерде тек бір Х хромосомасы болады және әр геннің тек бір ғана көшірмесі бар. Ал әйелдерде аурудың пайда болуы үшін екі Х хромосомасының да ауруға шақыратын генге ие болуы қажет, сондықтан олар тек генетикалық аурудың тасымалдаушысы бола алады, өйткені олардың екінші Х хромосомасы біріншісінің әсерін жояды. Мысалы, гемофилия А және В, сондай-ақ туа біткен қызыл-жасыл түс соқырлығы отбасыларда осылай тарайды. Х хромосомасында жүздеген гендер бар, бірақ олардың көпшілігі тікелей жыныс анықталуымен байланысты емес. Әйелдердегі эмбриональдық дамудың басында екі Х хромосомасының бірі дерлік барлық соматикалық жасушаларда (жұмыртқа және сперма жасушаларынан басқа) тұрақты түрде инактивацияланады. Бұл құбылыс Х-инактивациясы немесе Лионизация деп аталады және Барр денесін құрайды. Егер Х-хромосомасының соматикалық жасушадағы инактивациясы толыққанды жұмыс істемейтін болуын қамтамасыз етсе, онда әйелдер де, еркектер де әрбір соматикалық жасушада Х хромосомасының тек бір функционалды көшірмесіне ие болар еді. Бұрын осылай деп есептелген. Алайда, соңғы зерттеулер Барр денесі бұрын ойлағаннан гөрі биологиялық жағынан белсендірек болуы мүмкін екенін көрсетіп отыр. Х хромосомасының ішінара инактивациясы ДНҚ-ны тығыздайтын және көптеген гендердің экспрессиясын бөгеуге әкелетін репрессивті гетерохроматинге байланысты. Гетерохроматин тығыздалуын Поликомб Репрессивтік Кешені 2 (PRC2) реттейді.

The X chromosome in humans spans more than 153 million base pairs (the building material of DNA). It represents about 800 protein coding genes compared to the Y chromosome containing about 70 genes, out of 20,000–25,000 total genes in the human genome. Each person usually has one pair of sex chromosomes in each cell. Females typically have two X chromosomes, whereas males typically have one X and one Y chromosome. Both males and females retain one of their mother's X chromosomes, and females retain their second X chromosome from their father. Since the father retains his X chromosome from his mother, a human female has one X chromosome from her paternal grandmother (father's side), and one X chromosome from her mother. This inheritance pattern follows the Fibonacci numbers at a given ancestral depth. Genetic disorders that are due to mutations in genes on the X chromosome are described as X linked. If the X chromosome has a genetic disease gene, it always causes illness in male patients, since men have only one X chromosome and therefore only one copy of each gene. Females, instead, require both X chromosomes to have the illness, and as a result could potentially only be a carrier of genetic illness, since their second X chromosome overrides the first. For example, hemophilia A and B and congenital red–green color blindness run in families this way. The X chromosome carries hundreds of genes but few, if any, of these have anything to do directly with sex determination. Early in embryonic development in females, one of the two X chromosomes is permanently inactivated in nearly all somatic cells (cells other than egg and sperm cells). This phenomenon is called X inactivation or Lyonization, and creates a Barr body. If X inactivation in the somatic cell meant a complete de functionalizing of one of the X chromosomes, it would ensure that females, like males, had only one functional copy of the X chromosome in each somatic cell. This was previously assumed to be the case. However, recent research suggests that the Barr body may be more biologically active than was previously supposed. The partial inactivation of the X chromosome is due to repressive heterochromatin that compacts the DNA and prevents the expression of most genes. Heterochromatin compaction is regulated by Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2).

Генетикалық тізім

Келесі тізім адам Х хромосомасындағы гендердің толық емес тізімі. Толық тізімді оң жақтағы ақпараттық блоктағы сілтемеден қараңыз.

Құрылымы

Росс және басқалардың 2005 жылғы және Ононың 1967 жылғы теориялары бойынша, X хромосомасы басқа сүтқоректілердің аутосомалық (жынысқа қатысы жоқ) геномдарынан кем дегенде жартылай шыққан, бұл түрлер арасындағы геномдық тізбектердің сәйкес келуімен дәлелденген. X хромосомасы Y хромосомасына қарағанда айтарлықтай үлкен және оның еухроматин аймағы белсендірек. X және Y хромосомаларын одан әрі салыстырғанда, олардың арасында гомологиялық аймақтар табылды. Дегенмен, Y хромосомасындағы сәйкес аймақ әлдеқайда қысқа болып келеді және приматтар арасында X хромосомасында сақталған аймақтар жоқ, бұл Y хромосомасының осы аймақта генетикалық дегенерацияға ұшырағанын көрсетеді. Ер адамдарда бір ғана X хромосомасы болғандықтан, олар X хромосомасымен байланысты ауруларға шалдығуға бейім. Х хромосомасымен кодталған гендердің шамамен 10% "КТ" гендер отбасына жатады, себебі олар ісік жасушаларында (қатерлі ісікпен ауырғандарда) және адамның аталық безінде (сау адамдарда) табылған маркерлерді кодтайды.

Х- байланысты рецессивті аурулар

Жынысқа байланысты белгілер алғаш рет жәндіктерде, мысалы, Т. Х. Морганның 1910 жылы Drosophila melanogaster-дегі ақ көз мутациясының мұрагерлік заңдылықтарын ашқандығы арқылы анықталды. Осындай жаңалықтар адамдардағы Х-хромосомаға байланысты ауруларды, мысалы, гемофилия А және В, адренолейкодистрофия және қызыл-жасыл түс айыруды түсіндіруге көмектесті.

Басқа аурулар

XX еркек синдромы – сирек кездесетін ауру, онда Y хромосомасының SRY аймағы X хромосомаларының біріне рекомбинацияланып, орналасады. Нәтижесінде, ұрықтанғаннан кейін пайда болатын XX комбинациясы XY комбинациясымен бірдей әсер етеді, нәтижесінде еркек бала дүниеге келеді. Дегенмен, X хромосомасының басқа гендері де феминизацияға (әйелденуге) себеп болады. Х-байланысты эндотелиялық мүйіз қабығының дистрофиясы – Xq25 аймағымен байланысты мүйіз қабығының өте сирек кездесетін ауруы. Лиш эпителиялық мүйіз қабығының дистрофиясы Xp22.3-ке байланысты. Мегалокорнея 1 – Xq21.3 q22 аймағымен байланысты.

Адренолейкодистрофия – анадан X хромосомасы арқылы берілетін сирек және өлімге алып келетін ауру. Ол негізінен 5-10 жас аралығындағы ұлдарға әсер етеді және мидағы нервтерді қоршап тұратын, миелин деп аталатын қорғаныш жасушаларды жояды. Әйелдерде X хромосомасының бір көшірмесі болғандықтан, аурудың белгілері көбінесе байқалмайды. Бұл ауру бір кездері сау баланың жүріп-тұру, сөйлеу, көру, есту және тіпті жұту қабілетін жоғалтуына әкеледі. Диагноз қойылғаннан кейін 2 жыл ішінде адренолейкодистрофиясы бар көптеген ұлдар қайтыс болады.

Зерттеу

2020 жылдың шілдесінде ғалымдар адам Х хромосомасының толық және үзіліссіз құрастырылғанын хабарлады.