3.3: X-інактивація

Last updated

Oct 24, 2022
Save as PDF
- 3.2: X-зв'язане успадкування
- 3.4: Огляд статевих зв'язків

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Вступ

Наявність зайвих або відсутніх хромосом зазвичай не є хорошою справою. Насправді для більшості хромосом наявність зайвої або відсутньої копії є смертельним для людини (спричиняючи загибель ембріона на ранніх стадіях розвитку).

Тим не менш, людські жінки мають дві Х-хромосоми (XX), тоді як чоловічі чоловіки мають лише одну (XY). Чому це не викликає проблем у чоловіків, щоб мати лише одну копію Х-хромосоми, тоді як у жінок дві?

X-інактивація

Як з'ясовується, рівень активності генів, що виробляється однією Х-хромосомою, є нормальною «дозуванням» для людини. Чоловіки мають таку дозування, тому що, ну, у них лише одна Х-хромосома! Жінки мають однакову дозу з іншої причини: вони закривають одну з двох своїх Х-хромосом у процесі, який називається X-інактивацією.

При X-інактивації Х-хромосома ущільнюється (або, як любив говорити мій інтро біопрофесор, «зім'ята в кульку»), щоб створити невелику щільну структуру, яка називається тілом Барра. Більшість генів на тілі Барра неактивні, а це означає, що вони не транскрибуються. Процес Х-інактивації був відкритий британським генетиком Мері Ліон і іноді називають ліонізацією в її честь ¹.

Фотографія Мері Ліон, першовідкривача X-інактивації. — _Зображення змінено з "Фото англійської генетика Мері Френсіс Ліон," Джейн Гітшер (CC BY 2.5) . _

У жінки дві Х-хромосоми, по одній від кожного з батьків. Яку з них вона інактивує? Х-інактивація - це випадковий процес, який відбувається окремо в окремих клітині під час ембріонального розвитку. Одна клітина може закрити батьківський X, тоді як сусід по сусідству може закрити материнську X замість цього. Всі клітини, що зійшли з кожної з цих вихідних клітин, будуть підтримувати однакову схему X-інактивації.

Цікава примітка: якби ви були кенгуру, те, що я тільки що сказав, не було б правдою! У кенгуру та інших сумчастих завжди є батьківська Х-хромосома, яка піддається Х-інактивації ².

Приклад X-інактивації: Бязевий кіт

Класичний приклад X-інактивації спостерігається у кішок. Якщо жіноча кішка гетерозиготна для чорних і засмаглих алелів гена кольору шерсті, знайденого на X, вона інактивує свої два Xs (і, таким чином, два алелі гена кольору шерсті) випадковим чином у різних клітині під час розвитку.

В результаті виходить візерунок пальто черепахи, складений з чергуються плям чорного і підсмаглого хутра. Чорні плями походять від груп клітин, в яких активний X з чорним алелем, тоді як плями засмаги походять з клітин, в яких активний X з аллелем засмаги.

Зображення черепахового кота, що ілюструє процеси X-інактивації, що відповідають за різні плями кольору на її шерсті. Кішка має суміш чорних і засмаглих плям хутра, деякі маленькі і деякі великі. Генотип кота - $\ text X^O\ text x^o$, де великий _O_ означає помаранчевий, а малий _o_ означає чорний. * Помаранчевий пляма складається з клітин, в яких X з помаранчевим алелем ($\ text X^O $) активний, тоді як X з чорним алелем ($\ text x^o$) ущільнений у тіло Барра. * Чорний патч складається з комірок, в яких X з чорним алелем ($\ text x^o$) активний, тоді як X з помаранчевим алелем ($\ text X^O $) ущільнюється в тіло Барра. — _Зображення змінено з «6-річного черепахового кота», Майкл Бодега (суспільне надбання) . _

Хоча це рідко так легко побачити, як у випадку з черепаховим котом, людські самки також є «мозаїкою» для будь-яких генів, які присутні в різних алелі на їх двох Х-хромосомах.

[Якщо це правда, чому жінки-носії не показують Х-пов'язаних розладів?]

На цьому етапі вам може бути цікаво, чому жінки гетерозиготні для рецесивного, X-зв'язаного алелю не відображають пов'язаного стану. Зрештою, приблизно половина їх клітин інактивує нормальний алель, залишаючи активним лише викликає порушення алель.

У багатьох випадках виявляється, що наявність 50% клітин із нормальною копією гена достатньо для отримання нормального або близького до нормального фенотипу.

Хорошим прикладом цього є Х-зв'язаний стан дефіциту зору червоно-зеленого кольору (дальтонізм). Жінки, які є носіями червоно-зеленого кольору алелів дефіциту зору, мають в очах суміш робочих і непрацюючих фоторецепторних клітин. Однак робочі клітини дозволяють їм сприймати червоний і зелений досить добре, щоб нормально функціонувати в повсякденному житті. У більш чутливих тестах в лабораторних умовах ці жінки насправді показують тонкі недоліки кольорового зору щодо жінок, які не є носіями ³.

анеуплоїдії статевої хромосоми

Коли організм має зайву або відсутню копію хромосоми, це, як кажуть, анеуплоїд. Аневплоїдії, що включають аутосоми (нестатеві хромосоми), особливо великі, зазвичай настільки шкідливі для розвитку, що анеуплоїдний ембріон не може дожити до народження.

Аневплоїдії Х-хромосом, однак, як правило, набагато менш шкідливі, незважаючи на те, що Х - велика хромосома. Це в основному завдяки інактивації X. Хоча мета системи X-інактивації полягає в тому, щоб вимкнути другий X XX жінки, вона також може зробити досить хорошу роботу з вимкнення більшої кількості хромосом X, якщо вони присутні.

Приклади анеуплоїдій Х-хромосом включають:

Синдром потрійного X, при якому жінка має ХХХ генотип, який зустрічається приблизно у 1 з кожних 1000 новонароджених жінок ⁴. Жінки з генотипом ХХХ мають жіночі статеві ознаки і фертильні (здатні мати дітей). У деяких випадках синдром потрійного X може бути пов'язаний з труднощами навчання, пізнім розвитком рухових навичок у немовлят, проблемами з м'язовим тонусом ⁴.
Синдром Клайнфельтера, при якому самці мають зайву Х-хромосому, що призводить до генотипу XXY. (У рідкісних випадках синдром Клайнфельтера може включати кілька зайвих Xs, що призводить до генотипу XXXY або XXXXY.) Постраждалі чоловіки можуть бути безплідними або розвивати менш щільне волосся на тілі та обличчі, ніж інші чоловіки. Вважається, що синдром Клайнфельтера впливає на 1 з кожних 500 до 1000 новонароджених чоловіків ⁵.

Як і жінки, чоловіки XXY з синдромом Клайнфельтера перетворять один X в тіло Барра в кожній клітині. Тримісні самки X (а також самці Клайнфельтера з більш ніж двома Х-хромосомами) нейтралізують свої зайві Xs, утворюючи додаткові тіла Барра. Наприклад, в клітці було б два тіла Барра від XXX жінки або XXXY самця.

Діаграма, що показує статеві хромосоми та формування тіла Барра у людей з різними генотипами статевих хромосом. XX самка: одне активне X, одне тіло Барра. XY самець: один активний X, один Y, без тіла Барра. XXY чоловік (синдром Клайнфельтера): одне активне X, одне Y, одне тіло Барра. XXX жінка (синдром потрійного X): одне активне X, два тіла Барра.

При синдромі Тернера жінці не вистачає частини або всієї однієї з її Х-хромосом (залишаючи її лише одним функціональним X). Люди з цим розладом розвиваються як жінки, але часто мають низький зріст і можуть проявляти такі симптоми, як безпліддя та труднощі з навчанням. Вважається, що синдром Тернера виникає приблизно в 1 з кожних 2500 жіночих пологів ⁶. Він має відносно м'який вплив, тому що люди зазвичай мають тільки один X активний в клітині свого тіла в будь-якому випадку.

Перевірте своє розуміння

Запит $\PageIndex{1}$

Activity

[Підказка]

Черепахові коти зазвичай мають візерунок змішаних чорних та помаранчевих плям на шерсті внаслідок інактивації Х-інактивації. У кішок ген, що переноситься на Х-хромосомі, контролює колір шерсті, а гетерозиготні самки котів з одним помаранчевим алелем ( $\text{X}^O$ ) та одним чорним алелем ( $\text{X}^o$ ) випадковим чином інактивують одну з двох Х-хромосом у кожній клітині під час ембріонального розвитку. Всі клітини, що зійшли з кожної з цих ранніх клітин, збережуть однаковий стан інактивації, породжуючи ділянки клітин з однаковим активним X і, таким чином, тим самим активним геном для пігментації шерсті.

Зазвичай коти чоловічої статі не демонструють малюнка шерсті черепахи, оскільки вони мають лише одну Х-хромосому, і, таким чином, не проводять Х-інактивацію. Натомість вони просто відображають суцільний колір шерсті, відповідний алелю гена кольору шерсті, знайденого на їх єдиному X (з $\text{X}^O$ наданням помаранчевого $\text{X}^o$ та чорного кольору). Однак система X-інактивації все ще присутня у чоловіків, хоча вони зазвичай її не використовують, і може вступити в гру, якщо самець отримує незвично високу кількість Х-хромосом.

Можна отримати черепаховий малюнок у кота-самця, якщо кішка отримує дві Х-хромосоми, а також Y, і якщо його два Xs несуть різні алелі гена кольору шерсті (генотип $\text{X}^O\text{X}^o\text{Y}$ ). Генотип XXY може виникнути через недиз'юнкцію, нездатність статевих хромосом правильно відокремлюватися один від одного під час мейозу. Один із прикладів того, як недиз'юнкція може призвести до генотипу XXY та фенотипу черепахової черепахи, показаний у квадраті Пуннетта нижче.

Punnett квадрат показує приклад недиз'юнкції події, яка може призвести до виробництва черепахового самця кішки. У цьому прикладі $\ text X^O\ text Y$ чоловічий (помаранчевий) перетинається з $\ text X^O\ text x^o$ жіночий (черепаховий панцир). Нерідз'юнкція виникає під час продукування гамет у самки, в результаті чого утворюється дві гамети: $\ text X^O\ text x^o$ гамети та «порожньої» гамети (тієї, яка не містить жодної статевої хромосоми) .|| $\ text X^O$||||$\ text X^O\ $ |||$\ text X^O\ $ ||текст X^O\ текст X^O\ текст x^o$|$\ текст X^O\ текст x^o\ текст Y$$\ text O$||$\ текст X^O$|$\ текст Y$Генотип $\ text X^O\ text X^o\ text Y$ відповідає черепаховому коту.

У котів (як і у людей) розвиток чоловіків визначається геном SRY на Y-хромосомі, тому особина XXY буде розвиватися як самець. Однак лише один Х може бути активним у кожній клітині, тому одна з двох Х-хромосом буде випадковим чином інактивована в кожній з XXY чоловічих клітин під час раннього ембріонального розвитку. Це призводить до плямистої черепахової шерсті, як у гетерозиготної жіночої кішки.

Чоловічі черепахові панцири з генотипом XXY зовні чоловічі, але, як правило, стерильні (не в змозі мати потомство), з котячою версією розладу, відомим як синдром Клайнфельтера у людей. Однак не всі кошенята чоловічої черепахи мають аномальну кількість Х-хромосом. Натомість деякі з них є химерами або генетичними мозаїками, які є результатом злиття двох ембріонів в один під час раннього розвитку. Якщо два ембріони, що зливаються, мають різні алелі гена кольору шерсті, химерний ембріон матиме суміш клітин з різними генотипами, а зріла кішка матиме плямисте хутро, подібне до жіночої черепахової черепахи.

Автори та атрибуція

Template:ContribKhanAcademy

[Атрибуція та посилання]

Зазначення авторства:

Ця стаття є модифікованою похідною "Хромосомні основи успадкованих порушень», OpenStax College, Біологія, CC BY 4.0. Завантажити оригінал статті безкоштовно можна за адресою http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.

Ця стаття ліцензована на умовах ліцензії CC BY-NC-SA 4.0.

Твори цитуються:

Мері Ліон. (2015, 22 листопада). Отримано 12 грудня 2015 року з Вікіпедії: https://en.wikipedia.org/wiki/Mary_F._Lyon.
Кімбол, Дж. (2015, 23 грудня). Статеві хромосоми. На сторінках біології Кімбола. Отримано з http://www.biology-pages.info/S/SexChromosomes.html.
Чень, Шуай. (2010, 4 березня). Оскільки лише одна з Х-хромосом жінки працює в клітині, чому більше жінок не дальтоніків? [відповідь]. У Стенфорді в техніці: Розуміння генетики. Отримано з http://genetics.thetech.org/ask/ask349.
Синдром потрійного X. У Генетика домашня довідка. Отримано з http://ghr.nlm.nih.gov/condition/triple-x-syndrome.
Синдром Клайнфельтера. У Генетика домашня довідка. Отримано з http://ghr.nlm.nih.gov/condition/klinefelter-syndrome.
Синдром Тернера. У Генетика домашня довідка. Отримано з http://ghr.nlm.nih.gov/condition/turner-syndrome.

Додаткові посилання:

Бергманн, Д.К. Мутації, анеуплоїдія та визначення статі. Конспекти лекцій з генетики (с. 36-44). Biosci41, Стенфордський університет.

Чень, Шуай. (2010, 4 березня). Оскільки лише одна з Х-хромосом жінки працює в клітині, чому більше жінок не дальтоніків? [відповідь]. У Стенфорді в техніці: Розуміння генетики. Отримано з http://genetics.thetech.org/ask/ask349.

Діб С.С. і Мотульський А.Г. (2015, 5 лютого). Червоно-зелений колір дефектів зору. У GeneОгляди. Отримано з http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1301/.

Генетичні фактори і гормони, що визначають стать. (2007 р., 27 червня). В ембріології людини: органогенез. Отримано з http://www.embryology.ch/anglais/ugenital/molec02.html.

Кімбол, Дж. (2015, 23 грудня). Статеві хромосоми. На сторінках біології Кімбола. Отримано з http://www.biology-pages.info/S/SexChromosomes.html.

Синдром Клайнфельтера. У Генетика домашня довідка. Отримано з http://ghr.nlm.nih.gov/condition/klinefelter-syndrome.

Кремпелс, Д.М. (н.д.). Генетика ситцевих кішок. Отримано з www.bio.miami.edu/дана/докс/calico.html.

Мері Ліон. (2015, 22 листопада). Отримано 12 грудня 2015 року з Вікіпедії: https://en.wikipedia.org/wiki/Mary_F._Lyon.

Коледж OpenStax, біологія. (2015, 13 травня). Хромосомна теорія і генетичний зв'язок. У системі OpenStax CNX. Отримано з http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85:64/Chromosomal-Theory-and-Genetic

О'Ніл, Денніс. Аномалії статевої хромосоми. У людини хромосомні аномалії. Отримано з http://anthro.palomar.edu/abnormal/abnormal_5.htm.

OPN1W. (2015). У Генетика домашня довідка. Отримано з http://ghr.nlm.nih.gov/gene/OPN1LW.

Пурвз, В.К., Садава, Д. Е., Оріанс, Г.Х., і Хеллер, Г.К. (2003). Визначення статі та спадкування, пов'язане з підлогою. У житті: Наука біології (7-е изд., с. 125-144). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates.

Ріс, Дж. Б., Уррі, Л.А., Каїн, М.Л., Вассерман, С.А., Мінорський, П.В., і Джексон, Р.Б. (2011). Зміни хромосомного числа або структури викликають деякі генетичні порушення. У біології Кемпбелла (10-е видання, стор. 304-307). Сан-Франциско, Каліфорнія: Пірсон.

Ріс, Дж. Б., Уррі, Л.А., Каїн, М.Л., Вассерман, С.А., Мінорський, П.В., і Джексон, Р.Б. (2011). Гени, пов'язані з сексом, демонструють унікальні закономірності успадкування. У біології Кемпбелла (10-е видання, стор. 205-209). Сан-Франциско, Каліфорнія: Пірсон.

Яйце визначальний фактор. (2015 р., 10 листопада). Отримано 11 грудня 2015 року з Вікіпедії: https://en.wikipedia.org/wiki/Testis_determining_factor.

Синдром потрійного X. У Генетика домашня довідка. Отримано з http://ghr.nlm.nih.gov/condition/triple-x-syndrome.

Синдром Тернера. У Генетика домашня довідка. Отримано з http://ghr.nlm.nih.gov/condition/turner-syndrome.

XY система визначення статі. (2015, 19 листопада). Отримано 11 грудня 2015 року з Вікіпедії: https://en.wikipedia.org/wiki/XY_sex-determination_system.