Хромосома xy: Ученые выяснили, почему женская хромосома почти не нужна для выживания

ХРОМОСОМНЫЙ АНАЛИЗ: какую ценную информацию предоставляет кариотип?

Что означает слово «кариотип»?

Кариотип (от греч. karyon — орех и  typos  — отпечаток, форма) – это совокупность характеристик хромосом по количеству, строению, форме и т.п.. У разных видов разное количество хромосом. Как известно, у человека 46 хромосом: 44 аутосомы (не определяющие пол) и 2 хромосомы половые. Соответственно, нормальный кариотип мужчины обозначается как 46,XY, а женщины – 46,ХХ.

46,XY- нормальный мужской кариотип, анализ проведен с применением стандартных методов цитогенетики

 NOR — хромосомный анализ с применением молекулярно-цитогенетического метода FISH

1025	Исследование кариотипа одного человека	1550	Грн.
1026	Исследование кариотипа одного человека срочно	2090	Грн.
1068	Пакет: Кариотип одного человека +скрининг микроделеционных синдромов репродуктивной панели (3 патологии)	3200	Грн.

Телефон для справок: (044) 220-00-03, (093) 220-00-03, (095) 220-00-03.

Что такое хромосома?

Хромосома (от греч. chroma — цвет  и  soma —  тело) – комплекс молекулы ДНК с белками. Человеческая ДНК, если растянуть нить, достигает в длину около двух метров. Для того чтобы сжать в размерах наследственный материал, природой предусмотрена компактизация молекулы ДНК в несколько этапов. В итоге  типичное ядро клетки человека, наблюдаемое только при помощи микроскопа, занимает объём около 110 мкм³, а хромосома человека в среднем не превышает 5 – 6 мкм. В каждой хромосоме компактно упакована одна молекула ДНК с уникальной последовательностью. Такая организация генетического материала необходима для того, чтобы разделение ДНК было равноценно между клетками организма или  половыми клетками, которые формируются для зачатия.

Почему анализ кариотипа очень важен?

Набор хромосом в норме соответствует определенным количественным и структурным критериям, которые оценивают специалисты. У человека, как упоминалось ранее, нормальному количеству соответствует 46 хромосом. Но при этом возможны структурные нарушения в строении хромосом. Если это сбалансированные перестройки — транслокации (обмен участками разных хромосом) или инверсии (перестройки внутри одной хромосомы), то на здоровье носителя это не отразится. В то же время, если в семейной паре кто-то из супругов является носителем перестройки, то часто возникают случаи самопроизвольных выкидышей или рождения детей с пороками развития. Другие особенности хромосом, которые считаются вариантами нормы, могут вызывать неправильное количественное распределение хромосом в половых клетках, а это проводит к формированию эмбриона с недостатком хромосомы (например, моносомия Х – синдром Шеришевского — Тернера) или с лишней хромосомой (например, трисомия 21 – синдром Дауна).

Если у человека 46 хромосом, то как их можно различить?

Все хромосомы различаются по размеру, строению и форме. Каждая хромосома имеет свою пару, так как одну хромосому из пары мы получаем материнскую из яйцеклетки, а вторую аналогичную отцовскую – из сперматозоида.

В зависимости от размера, ученые пронумеровали каждую пару хромосом от больших к меньшим. Также каждая пара хромосом имеет свою индивидуальную последовательность активных и неактивных зон. Для того, чтобы увидеть эту исчерченность, работники цитогенетических лабораторий выполняют различные манипуляции и применяют разные методы окраски препаратов.

Что нужно для того, чтобы узнать свой кариотип?

Хромосомный анализ можно провести с использованием различного биологического материала: лимфоциты крови, костный мозг, абортивный материал, клетки из околоплодных вод, плаценты и даже клетки ранних эмбрионов до переноса их в полость матки. Какой материал будет взят на исследование, зависит от задач и причин, по которым проводится анализ. Чаще всего кариотип человека устанавливается путем культивирования лимфатических клеток венозной крови. При этом небольшой объем крови помещается в питательную среду на 72 часа при температуре 37˚С. Так как хромосомы можно увидеть только на определенном этапе деления клетке (стадия метафазы), в культуру клеток добавляется специальный реактив, который останавливает процесс деления именно во время метафазы. Далее культура клеток подвергается процессу фиксации, после чего идет подготовка препарата к анализу. С момента получения крови до получения готового препарата, пригодного к исследованию, в среднем, проходит две недели, а результат анализа пациент получает через месяц.

Как проводится анализ препаратов?

Как только препараты прошли все необходимые этапы подготовки, они поступают на анализ к специалисту цитогенетику. С помощью специальной программы специалист расставляет все хромосомы в соответствии с их номерами, а затем сверяет каждую полосу на каждой хромосоме с общепринятой схемой, называемой идеограммой. При этом анализируется 15-20 клеток. Поэтому на исследование каждого пациента уходит около 6 часов.

В чем особенность анализа кариотипа в Медицинском Центре ИГР?

Диагностическая лаборатория для своей работы использует только качественные реактивы европейского и американского производства. Качество препаратов отвечает требованиям Европейской Ассоциации Цитогенетиков (E.C.A.), а  исследование выполняется в соответствии с международной номенклатурой ISCN (An International System for Human Cytogenetic Nomenclature). Для анализа препаратов каждого пациента применяются не только стандартные методы цитогенетики (например, окраска препаратов G -и C- методами), а также молекулярно-цитогенетические методы диагностики (FISH — флуоресцентная гибридизация in situ). Такой комплексный подход позволяет точно установить все возможные варианты и особенности кариотипа.

Как готовится перед сдачей крови на кариотип?

Забор крови производится из вены.

Не натощак!  Желательным условием является отсутствие антибиотикотерапии, недавних рентгенологических исследований,  употребления накануне алкогольных напитков и повышенной температуры тела. Данные факторы негативно отражаются на росте культуры клеток, вследствие чего может возникнуть потребность повторного забора материала.

Исследования выполняются на протяжении 4 недель.

Результаты Вы можете получить на рецепции медицинского центра.

Каким бы не был результат кариотипа,  доктора нашего центра проведут квалифицированную консультацию и предложат все возможные варианты, чтобы в Вашу семью пришло счастье.

ТРАГЕДИЯ МУЖСКОЙ ХРОМОСОМЫ – Огонек № 47 (4826) от 28.12.2003

Представьте себе мир, в котором нет места мужчинам. Мир, управляемый женщинами. Скажете, не может быть? А ведь будет…

ТРАГЕДИЯ МУЖСКОЙ ХРОМОСОМЫ

Мужчины будущего будут отличаться от женщин лишь дефектным набором генов. Возможно, они будут даже плодородны, но только как женщины

Не зря, оказывается, радикально настроенные феминистки пытались убедить человечество в том, что на самом деле слабым полом являются мужчины. Теперь их поддержала и наука. Недавно один из столпов современной генетики во всеуслышание заявил, что мужчины обречены и уже относительно недалек тот час, когда они полностью исчезнут с лица Земли.

Случится это, если верить профессору, крупнейшему в Оксфорде специалисту по человеческой генетике Брайану Сайксу, не далее как через 125 000 лет. То есть примерно через 5000 стандартных поколений. По современным научным данным, первый человек вида Sahelanthropus tchadensis появился на Земле уже 7 000 000 лет назад.

ЖЕНЩИНЫ, МУЖАЙТЕСЬ!

К неутешительному для мужчин выводу профессор Сайкс пришел после того, как в течение нескольких лет анализировал тенденции развития представителей человеческого вида. За последние несколько столетий генетический материал, отвечающий за «мужскую информацию», оказался в значительной степени разрушенным. И процесс разрушения продолжается.

Виновником этой катастрофы является как раз тот основной кирпичик, который и делает мужчину мужчиной. Единственная непарная хромосома в генотипе человека. Хромосома, появившаяся сотни миллионов лет назад в результате чрезвычайно сложной мутации, механизм которой до сих пор является для ученых-генетиков одной из основных загадок. Хромосома, разделившая животный мир на мужскую и женскую особи. Y-хромосома. Хромосома, которая не умеет исправлять ошибки.

Для тех, кто не силен в генетике, напомним, что генотип человека содержит всех хромосом по паре: одна от папы, одна от мамы — это в примитиве. Члены каждой пары не идентичны друг другу, но очень похожи. Исключение составляет лишь мужская пара половых хромосом: она состоит из двух АБСОЛЮТНО разных частей — женской X и мужской Y.

Именно эта Y-хромосома, возникшая, если верить науке, в результате ошибки (ибо мутация есть не что иное, как ошибка при размножении), и делает мужчин более сильными, более агрессивными и более конкурентоспособными в борьбе за жизнь, чем женщины.

Y-хромосома определяет пол эмбриона через маленькую свою часть, называемую SRY (the Sex-determining Region of the

Y-chromosome — определяющая пол область Y-хромосомы). Кстати, эта самая SRY очень хорошо проявляет себя именно на фоне сильных, волевых личностей. Генетики всегда приводят пример с американскими президентами: 43 американских президента, от Джорджа Вашингтона до Джорджа Буша, произвели на свет 90 сыновей и только 63 дочери.

Но, несмотря на это, согласно Сайксу именно Y-хромосома со своим SRY-участком пребывает сейчас в состоянии все увеличивающихся хаоса и беспорядка, вызванных постоянной цепью распадов и мутаций. Из присутствовавших в ней изначально полутора тысяч генов сейчас в живых осталось лишь тридцать девять. «Как ни тяжело мне это говорить, — признает профессор, — но она обречена».

РЕМОНТУ НЕ ПОДЛЕЖИТ

Причиной такого положения дел является то, что Y-хромосома не способна «излечивать» себя. Остальные гены пытаются компенсировать и минимизировать последствия вредных мутаций за счет того, что в парной хромосоме содержится своеобразный «эталон», по которому разрушенный участок можно «реконструировать». Y-хромосома такой возможности просто лишена, и, следовательно, все «неисправности», которые в ней происходят, не исправляются, а накапливаются. Что и повлечет в конце концов, по словам оксфордского профессора, «смерть хромосомы от множественных ранений». Уже сейчас ученые находят в ней огромное количество поврежденных участков, и со временем это число будет только расти.

Одним из проявлений этого роста является увеличение количества случаев мужского бесплодия. Только за последние полстолетия их количество выросло на треть и составило цифру в семь процентов. По расчетам ученых, через 125 000 лет эта цифра достигнет 99%. В этом случае нормальное зачатие будет просто невозможным. Конечно, можно возразить, что особой проблемы в этом нет, что искусственное зачатие, когда сперматозоид, даже полностью неподвижный, искусственно вводится в яйцеклетку, уже сейчас не вызывает у людей удивления. Но ведь проблема этим не решается, а только оттягивается и переносится на плечи следующих поколений. Отсекая, таким образом, всякую возможность естественного отбора, человечество просто добьется того, что несчастная хромосома вконец высохнет и полностью потеряет какое-либо влияние на организм.

СПАСТИ РЯДОВУЮ ХРОМОСОМУ

Пока ученые говорят о двух возможных способах решения этого непростого вопроса.

Можно пойти по пути, уже подсказанному природой, и постараться разбросать гены, отвечающие за мужские функции, по другим хромосомам. Это позволит довольно существенно продлить жизнь человечества. И ничего особенно фантастичного в этом проекте нет. В предгорьях Кавказа обитает зверек, называемый горной слепушонкой, Ellobius lutescens. У самца этого, похожего на крота-грызуна, нет ни Y-хромосомы, ни SRY-участка, и, несмотря на это, он остается вполне полноценным и продуктивным самцом. Правда, полностью спасти мужской род от вымирания таким способом нельзя, ибо ген, отвечающий за выбор пола, все равно рано или поздно «сломается» окончательно, но увеличить срок его жизни на десяток миллионов лет вполне реально.

Есть, однако, и другой, гораздо более радикальный способ, который приведет в восторг феминисток. Когда-то, еще в 1967 году, Валери Соланс, прославившаяся тем, что чуть не убила Энди Уорхола, прострелив ему легкие и селезенку, основала движение SCUM, название которого расшифровывается как Общество полного уничтожения мужчин. В манифесте SCUM было написано: «…социально активным, не склонным к компромиссам женщинам остается единственный выход — …полностью уничтожить мужской пол». Возможно, мечтам Валери суждено сбыться. В этом случае зачатие опять будет происходить по искусственной схеме, но в яйцеклетку будут внедряться не мертвые сперматозоиды, а хромосомные наборы, взятые из клетки другой женщины. При таком способе клонирования на свет будут появляться только девочки, а мужчины займут свое место в витринах палеонтологических музеев где-нибудь между птицей додо и сумчатым волком.

Впрочем, наряду с этими двумя путями профессор Сайкс предлагает свой, третий, путь: путь создания особой «адонисовой» хромосомы — X-хромосомы с вмонтированными в нее мужскими генами. У такого способа есть один недостаток: если он будет осуществлен, то на каждую родившуюся девочку в мире будут приходиться три родившихся мальчика. Но зато это будут вполне нормальные, сильные, активные и готовые к репродукции мальчики.

НЕ БОЙТЕСЬ, МУЖИКИ!

Справедливости ради стоит отметить, что не и все генетики согласны с пессимистическими прогнозами профессора Сайкса. Например, группа ученых под руководством доктора Дэвида Пейджа из Института Уайтхед при Технологическом институте штата Массачусетс, исследовав злосчастную хромосому, пришла к выводу, что она таки обладает особым механизмом саморемонта. Согласно Пейджу Y — сама себе пара, она содержит в себе удвоенный набор генов, которых в ней на самом деле не тридцать девять, как считалось ранее, а семьдесят восемь.

Кроме того, Пейдж считает, что даже если допустить, что хромосома действительно гибнет, то по мере гибели будет увеличиваться ее сила. То есть репродуктивных мужчин будет становиться все меньше, зато от оставшихся будут рождаться все больше мальчиков.

Их поддерживает команда австралийских исследователей во главе с доктором Дженни Грейвс из Исследовательской школы биологических наук при Австралийском национальном университете в Канберре. Им удалось посчитать скорость «умирания» Y-хромосомы. Согласно их подсчетам она теряет по пять генов за миллион лет. А раз так, то еще пять-десять миллионов лет у самцов человека в запасе есть. А за это время человечество, наверное, какой-нибудь выход найдет. Если, конечно, живо будет.

Валерий ЧУМАКОВ

По материалам журналов National Post, Nature, SkyTecLibrary и газеты Daily Mail

На фотографиях:

• ИМЕННО ЭТА Y-ХРОМОСОМА, ВОЗНИКШАЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОШИБКИ, И ДЕЛАЕТ МУЖЧИН БОЛЕЕ СИЛЬНЫМИ И АГРЕССИВНЫМИ.
• В материале использованы фотографии: EAST NEWS / B.S.I.P

«Я XY и я это знаю»: Системы определения пола 101

Кэтрин Дж. Ву
фигурки Дэниела Аттера

Давайте поговорим о сексе.

Серьезно. Но не половой акт — больше о том, как генетический пол программируется в процессе развития. В последнее время сексуальная идентичность часто упоминается в новостях, и это неудивительно: последние несколько лет привели к радикальным реформам в области гражданских прав, вызвав новые конфликты, окружающие все, от давних битв за гендерное равенство до законодательства, обеспечивающего соблюдение анти-транссексуальных туалетов. Это, мягко говоря, сложная тема. Что касается науки, мы недостаточно знаем о гендерной идентичности, чтобы делать какие-либо выводы о ее биологической основе, и уж тем более о том, что «правильно» или «неправильно». Мы только сейчас начинаем полностью понимать, как развивалась сексуальная идентичность млекопитающих и ее зависимость от систем определения пола , которые позволяют биологическое развитие половых признаков у разных организмов.

Определение пола, которое мы сегодня обсудим, — это (к сожалению?) Не упрямая решимость совокупляться.Большинство многоклеточных организмов, включая человека, используют для полового размножения и для воспроизводства. По сравнению с бесполым воспроизведением , , в котором клетки могут просто создавать точные копии самих себя, половое воспроизводство позволяет вносить генетическое разнообразие в популяцию. У большинства организмов, размножающихся половым путем, существует два пола, но способы их определения и способы их проявления сильно различаются. Как кодируются половые признаки? Почему существует так много систем для одного, казалось бы, общего результата?

SRY не SRY

Нас всех учили классическому рецепту в начальной школе: Х-хромосома от мамы и Х-хромосома от папы дадут генетическую женщину, а Х-хромосома от мамы и Y-хромосома от папы дадут генетического мужчину.Система определения пола XY (, рис. 1A, ), безусловно, наиболее знакома нам, и она используется у большинства других млекопитающих, а также у некоторых избранных насекомых и растений. Вкратце, все клетки человека несут хромосомы, которые несут наши гены. Когда яйцеклетка встречается со спермой, каждый родитель вносит 22 неполовые хромосомы и одну половую хромосому — всегда X от матери и либо X, либо Y от отца. Таким образом, вклад отца определяет пол ребенка [1].

После оплодотворения плод начинает развиваться.Сначала его половые органы проявляются как бесполая гонада или половая железа — в основном небольшой толстый гребень ткани рядом с тем, что станет брюшной полостью. Пол «по умолчанию» (то есть без каких-либо дополнительных данных) на самом деле женский, однако присутствие гена SRY на Y-хромосоме инициирует высвобождение тестостерона и формирование мужских половых органов. SRY — это фактор транскрипции — генетический элемент, который может включать экспрессию других генов. Таким образом, SRY похож на главный выключатель, который включает набор «мужских» генов в развивающемся организме.Таким образом, присутствие одной Y-хромосомы включает мужской путь, что проявляется в так называемом синдроме Клайнфельтера, при котором люди несут две X-хромосомы и одну Y-хромосому, но развивают яички и обычно выглядят как мужские. Без наличия Y-хромосомы и, следовательно, без SRY, клетки выделяют эстроген вместо тестостерона, и у ребенка XX развиваются женские половые органы.

Вроде бы довольно четкая система — но это не была бы биология без исключений и дополнительных правил, которые мутят воду.Когда дело доходит до половых хромосом, X и Y — не единственные доступные ингредиенты. Существует множество других систем определения пола, и концепция «мужской» и «женский» не так проста, как когда-то думали люди.

Птицы и пчелы (и кое-что еще)

Неудивительно, что с огромными вариациями, наблюдаемыми в нашем естественном мире, существует более одной системы определения пола. Наш XY даже не преобладает. Несколько ключевых примеров имеют тенденцию преобладать: система ZW у птиц, XO у насекомых, гаплодиплоидия и системы определения пола в окружающей среде.

Система ZW (, рис. 1B, ) существует у птиц и некоторых рептилий и действует противоположно XY: женщины получают смешанный набор половых хромосом (ZW), а мужчины — ZZ. Таким образом, в отличие от людей, вклад матери определяет пол потомства [2]. Подобно тому, как Y-хромосома млекопитающего несет определяющий самцов SRY, птичья W-хромосома несет аналогичные главные переключатели FET1 и ASW, которые необходимы для женского развития потомства, которое в противном случае «по умолчанию» будет мужским.

В системе определения пола XO (, рис. 1C, ), которая встречается у нескольких насекомых, самки по-прежнему имеют XX, но вместо Y-хромосомы самцы просто несут один X — «O» в «XO» указывает отсутствие второй половой хромосомы. Каждый сперматозоид несет либо Х-хромосому, либо вообще не имеет половой хромосомы, но, опять же, как и в случае XY, пол потомства определяется вкладом отца.

После этого все становится немного страннее. Медоносные пчелы используют систему гаплодиплоидии (, рис. 1D, ), в которой неоплодотворенные яйца (которые несут только один набор хромосом и, следовательно, гаплоид ) развиваются в самцов, а оплодотворенные яйца (которые несут два набора хромосом и, следовательно, являются диплоид ) развиваются в самок. Важно отметить, что это отличается от системы XO, где потомство наследует две копии всех неполовых хромосом, независимо от пола; при гаплодиплоидии мужчины наследуют только одну копию всех хромосом, половых и неполовых (, рис. 2А, ).

Колонии медоносных пчел обычно сосредоточены вокруг одной плодородной королевы, обслуживаемой армией трутней-мужчин и женщин-рабочих. Королева откладывает огромное количество яиц, некоторые из которых оплодотворяются и развиваются в самок. Те, что остаются неоплодотворенными, развиваются в самцов. Таким образом, в этой системе мужчины не имеют отцов и не могут производить сыновей. Более того, если королева выберет для спаривания только одного дрона, все ее дочери будут разделять 75% своих генов друг с другом (в отличие от людей, где братья и сестры имеют 50% общих генов), потому что каждая из них наследует полных набора генов. гены их отца, а не половину.Хотя эта система кажется чрезмерно сложной, считается, что она была разработана для поощрения социальной природы медоносных пчел: как работница, оказывается, более эволюционно выгоднее защищать своих сестер (с которыми вы разделяете 75% ваших генов). чем производить на свет собственных дочерей (с которыми вы разделяете только 50% ваших генов) (, рис. 2B, ). Таким образом, структура сообщества вращается вокруг королевы. Это интересный случай, когда генетически детерминированный пол людей определяет их роль в более широком сообществе.

Наконец, существуют системы, в которых определение пола вообще не зависит от хромосом. У аллигаторов и некоторых черепах температура, при которой инкубируется яйцо в течение чувствительного периода, определяет пол: более низкие температуры производят самок, более высокие температуры производят самцов (феномен «крутых цыплят» и «горячих парней») (, рис. 1E ) . Однако это правило не распространяется на все виды — иногда действует противоположное правило, или крайние значения температуры приводят к одному полу, а промежуточная температура — к другому.Некоторые улитки и рыбы действительно способны менять половую жизнь на полпути, в зависимости от условий окружающей среды, в процессе, называемом смена пола . Таким образом, генетический пол — это гораздо более текучий процесс, чем можно было бы предположить.

Тот факт, что генетический пол может управляться щелчком единственного переключателя, может вызывать удивление. Секс сложен, но, опять же, есть много других факторов, и, очевидно, окружающая среда может иметь большое влияние на то, как секс выражается. Кроме того, существует множество задокументированных случаев людей, генетический пол которых «противоречит» их внешнему виду.Например, мы знаем генетически XX людей, у которых развиваются яички и внешние характеристики мужчин, и генетических XY, которые развиваются как женщины. Пример последнего случая возникает при синдроме Свайера, часто когда есть мутация в гене SRY. В то время как остальная часть Y-хромосомы остается нетронутой, неисправный SRY означает, что мужской «переключатель» никогда не переключается, и индифферентные гонады не получают сигналов, чтобы стать семенниками. Пациенты с синдромом Свайера внешне развиваются как женщины, но не имеют яичников и бесплодны.

Наконец, наследование лишних или слишком малого числа хромосом может значительно изменить проявление пола. Типичным примером является синдром Клайнфельтера, а также синдром Тернера (XO), при котором половая хромосома отсутствует, что часто приводит к дефектам развития. Таким образом, все, что требуется, — это небольшое генетическое изменение, чтобы включить (или выключить) SRY или любой из генов, на которые он нацелен.

(De) Поколение Y

Нам очень мало известно о том, как развивались системы полового размножения и определения пола — эти теории, конечно, трудно проверить.Но еще один важный вопрос: после того, как половое размножение эволюционировало, , почему оно так разветвилось? И, что, возможно, более важно, развивается ли она по-прежнему и может повлиять на нас?

Ответы по-прежнему в большинстве своем неуловимы. Были некоторые признаки того, что системы XY и ZW по-прежнему связаны с общим предком, даже несмотря на то, что где-то в дальнейшем они продемонстрировали полную перестановку. Одна небольшая, но интересная линия доказательств лежит в утконосе, который кодирует колоссальные 10 половых хромосом (самцы — XYXYXYXYXY, а не XY — очевидно, размер имеет значение для утконоса), которые имеют большое сходство с Z-хромосомой птицы, но технически действуют в рамках XY-пола. правила определения.Интересно, однако, что у утконоса Y отсутствует SRY. Таким образом, утконосы могут оказаться «недостающим звеном» между этими двумя системами.

Кроме того, анализ Y-хромосомы показал, что она, вероятно, эволюционировала из X-хромосомы, приобретая на этом пути буквальную «человеческую силу». Это событие «дифференциации» четко разграничило роли двух хромосом, и со временем они начали отдаляться друг от друга. В своем текущем состоянии Y-хромосома намного меньше, чем X-хромосома, и, похоже, потеряла ненужные X-гены [3] на этом пути.Y продолжает проявлять признаки этой (очень, очень медленной) дегенерации Y с течением времени. Фактически, система определения пола XO, как полагают, возникла из-за полной потери эффективной Y-хромосомы, которая в конечном итоге была отброшена из-за ее относительной неэффективности. Однако не стоит паниковать, читатели XY — ваша Y-хромосома вряд ли куда-нибудь денется в ближайшее время или, может быть, когда-нибудь. Полная потеря Y — довольно экстремальное событие, и накоплено много доказательств того, что потеря генов Y-хромосомы в конечном итоге будет плато.

Изобилие рыб (полов) в море

Определение пола у людей достаточно хорошо установлено. Но наша система не является ни доминирующим способом определения пола, ни более «правильной» его версией. Последний урок связан с довольно новым открытием полигенного определения пола (PSD), при котором множественные гены и хромосомы вносят вклад в окончательный пол потомства. Это может быть, например, в форме объединения систем XY и ZW в один и тот же вид. Одомашненные дыни (да, плод) дают четыре пола, и есть некоторые свидетельства того, что некоторые виды рыб зависят от PSD).Эта система все еще плохо изучена, но, что важно, добавленная вариация с каждой стороны уравнения указывает на то, что даже генетический пол часто не является бинарным признаком. Возможно, пришло время переосмыслить наши предубеждения о различиях между «мужчиной» и «женщиной».

Кэтрин Ву — студентка третьего курса программы биологических и биомедицинских наук Гарвардского университета. Насколько ей известно, она XX, а не XY.

[1]… Принятие решения короля Генриха VIII обезглавить кучу своих жен за то, что они не родили ему сыновей, немного дезинформировано.Ой. Не то, чтобы он мог знать в то время — никто не знал. Итак, спорный вопрос.

[2] Если бы только Анна Болейн была голубем.

[3] По большей части, гены на Х-хромосоме должны присутствовать только в одной копии, что способствует «потере» дубликатов на Y-хромосоме. Фактически, у женщин, у которых есть две Х-хромосомы, одна Х-хромосома в каждой клетке находится в состоянии покоя, которое называется тельцом Барра. На самом деле это происходит случайным образом в каждой ячейке (то есть не всегда отключается X от мамы или X от папы — это может быть одно или другое), что приводит к «мозаицизму». «Именно так и формируется шубка ситцевых кошек, и почему подавляющее большинство ситцевых кошек — самки! Интересный факт: если вы наткнетесь на ситцевого кота, то он почти наверняка XXY.

Дополнительная литература

1. Чтобы узнать больше о том, почему пчелы не могут производить самцов из оплодотворенных яиц, ознакомьтесь с этой краткой статьей: http://mbe.oxfordjournals.org/content/early/2013/12/06/molbev.mst232.full
2. Превосходный обзор эволюции определения пола: http: // journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1001899

Изображение из Викисклада.

Синдром Свайера: MedlinePlus Genetics

Синдром Свайера — это состояние, которое влияет на половое развитие. Половое развитие обычно следует определенному пути, основанному на хромосомах человека; однако при синдроме Свайера половое развитие не типично для хромосомного паттерна пораженного человека.

У людей обычно 46 хромосом в каждой клетке.Две из 46 хромосом, известные как X и Y, называются половыми хромосомами, потому что они помогают определить, разовьются ли у человека мужские или женские половые характеристики. У девочек и женщин обычно две Х-хромосомы (46, кариотип ХХ), тогда как у мальчиков и мужчин обычно одна Х-хромосома и одна Y-хромосома (46, кариотип XY). При синдроме Свайера в каждой клетке есть одна Х-хромосома и одна Y-хромосома, что обычно наблюдается у мальчиков и мужчин; однако у них есть женские репродуктивные структуры.

У людей с синдромом Свайера женские наружные гениталии и некоторые женские внутренние гениталии; матка и маточные трубы сформированы нормально, но гонады (яичники или семенники) не функционируют. Вместо этого гонады маленькие, недоразвитые и содержат мало ткани гонад. Эти структуры называются полосковыми гонадами. Полоса ткани гонад подвержена риску развития трудно диагностируемого рака, поэтому ее обычно удаляют хирургическим путем. Синдром Свайера иногда называют 46, XY полной дисгенезией гонад; медицинский термин «дисгенезия» указывает на то, что развитие (в этом состоянии развитие гонад) замедлено и нетипично.

Люди с синдромом Свайера обычно воспитываются как девочки и имеют женскую гендерную идентичность. Синдром Свайера может быть выявлен до рождения, при рождении или позже, когда ребенок не проходит через период полового созревания, как обычно. Поскольку у них нет функциональных яичников, вырабатывающих гормоны, пораженные люди часто начинают заместительную гормональную терапию в подростковом возрасте, чтобы начать половое созревание, вызывая рост груди и матки и, в конечном итоге, приводя к менструации. Заместительная гормональная терапия также стимулирует развитие костей и помогает снизить риск аномально низкой плотности костей (остеопении и остеопороза).У женщин с синдромом Свайера яйцеклетки (яйцеклетки) не вырабатываются, но они могут забеременеть от донорской яйцеклетки или эмбриона.

Когда человек не является ни XX, ни XY: вопросы и ответы с генетиком Эриком Виленом

Примерно у одного из 4500 младенцев при рождении видны неоднозначные гениталии, например клитор, похожий на пенис, или наоборот. Что касается истории Insights «Выход за пределы X и Y», появившейся в июньском номере журнала Scientific American, за 2007 год, Салли Лерман говорила с известным генетиком Эриком Виленом из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе о биологии определения пола, гендерной принадлежности. идентичность, а также психология и политика, стоящие за ними обоими.Вот расширенное интервью.

Когда вы впервые обнаружили свой интерес к интерсексуалам и биологии полового развития?

Я начал в Париже, будучи студентом-медиком, и моим первым назначением было отделение детской эндокринологии в парижской больнице, и это было центром справочной информации для всей Франции для детей, рожденных с неоднозначными гениталиями. И я был буквально шокирован тем, как принимались решения в отношении этих пациентов. Я чувствовал, что это не полагается на убедительные научные доказательства.Я имею в виду, что я ученый, я твердо убежден, что вы не можете просто делать что-то, не имея доказательств. В данном случае это было больше похоже на здравый смысл — если клитор выпирает так сильно, это нужно исправить. Или, если пенис действительно слишком мал, он должен быть больше. Иначе какая жизнь будет у этого ребенка? И знаете, здравый смысл меня никогда не убеждал. Я все время спрашивал: «Откуда ты знаешь?» На это не было хорошего ответа.

Было много пациентов и всегда были одни и те же дискуссии.И в основном это касалось уменьшения клитора.

Значит, там тоже была сексуальная политика?

Да. В то время я читал эту книгу Мишеля Фуко. У него есть книга, которая называется Геркулин Барбин . По сути, он рассказывает историю девушки, у которой явно большой клитор. Она идет и получает сексуальное возбуждение, когда спит в постели с другими девушками, что было нормальным для девушек. Она ходит в это религиозное учреждение для девочек, пока кто-нибудь не узнает, и тогда это большой скандал.Она становится изгоем и кончает жизнь самоубийством. Я читал это, я был довольно молод, мне было около 18 лет.

Определение нормальности всегда было моей навязчивой идеей. Как вы определяете, что ненормально по сравнению с нормальным? Думаю, это философские корни французской образовательной системы.

Но почему вы решили изучать интерсекс-вопросы до конца своей карьеры?

Моя научная склонность была вдохновлена ​​этим, потому что это не только понимание редкого состояния, которое делает людей разными, всех этих социальных аспектов, но также имеет научное значение в базовой биологии развития мужчин и женщин. В биологии всегда нужно смотреть на исключения, чтобы понять общее. Итак, понимание интерсекс-индивидуумов позволяет нам понять, как развиваются типичные мужчины и типичные женщины.

Итак, что в целом ваше исследование может сказать о половом развитии?

Мы определили новые молекулярные механизмы определения пола. В частности, мы обнаружили гены, такие как WNT4, , которые специфичны для женщин и не присутствуют у мужчин, и это как бы изменило парадигму создания мужчины как простой активации группы мужских генов.На самом деле, наверное, все сложнее. Мы показали, что создание самца, да, активирует некоторые мужские гены, но это также ингибирует некоторые гены сурьмы. Это гораздо более сложная сеть, тонкий танец между молекулами про-самцов и сантималов. И эти молекулы сурьмы могут быть про-женскими, хотя это труднее доказать.

Похоже, вы описываете сдвиг от преобладающего мнения о том, что женское развитие является молекулярным путем по умолчанию, к активным про-мужским и антимальным путям. Существуют ли также про-женские и антиженские пути?

Современное определение пола началось в конце 1940-х, в 1947 году, когда французский физиолог Альфред Йост сказал, что пол определяет яичко. Наличие яичка определяет принадлежность к мужскому полу, отсутствие семенника определяет принадлежность к женскому полу. Яичник не определяет пол. Это не повлияет на развитие наружных половых органов. Теперь, в 1959 году, когда был обнаружен кариотип синдромов Клайнфельтера [мужчина XXY] и Тернера [женщина с одним X], стало ясно, что у людей наличие или отсутствие Y-хромосомы определяет пол.Потому что все клинфельтеры, у которых есть Y, — мужчины, а Тернеры, у которых нет Y, — женщины. Так что дело не в дозировке или количестве X, а в наличии или отсутствии Y.

Итак, если вы объедините эти две парадигмы, вы получите молекулярную основу, которая, вероятно, будет фактором, ген, это фактор, определяющий яички, и это ген, определяющий пол. Таким образом, область, основанная на этом, действительно ориентирована на поиск яичек, — определяющих факторов. Однако то, что мы обнаружили, было не только определяющими факторами, влияющими на состояние яичек.Существует ряд факторов, таких как WNT4, , например DAX1, , функция которых заключается в уравновешивании мужского пути.

Почему гены, такие как , WNT4, и другие, необходимы для развития пола?

Я не знаю, зачем это нужно, но если они это делают, то, вероятно, они здесь, чтобы провести тонкую настройку на молекулярном уровне. Но эти гены антимала могут быть ответственны за развитие яичников. И WNT4 скорее всего будет таким фактором.Мы знаем, что это маркер яичников. Но если у вас больше WNT4, слишком много WNT4 в XY, вы собираетесь феминизировать личность XY.

Меняется ли концептуальная основа определения пола из-за этих открытий?

Я думаю, что рамка немного изменилась в том смысле, что, хотя по-прежнему считается, что яичник является путем по умолчанию, он не рассматривается как пассивный путь. Это по-прежнему «по умолчанию» в том смысле, что если у вас нет Y-хромосомы, если у вас нет SRY, , яичник разовьется.[ SRY, или область Y, определяющая пол, кодирует так называемый фактор, определяющий яички]. Вероятно, за последние 10 лет появились гены, которые необходимы для функционирования яичников. Это действительно изменилось, и WNT4 является одной из причин этого.

Что, по вашему мнению, является самым важным вкладом вашей группы в область половой биологии на данный момент?

Мы внесли две вещи: во-первых, найти гены, которые являются антималыми, и изменить взгляд на женский путь с пассивного на активный.А второе — в мозгу. Мы первые, кто показал, что были гены, участвующие в половой дифференциации мозга, делающие мозг либо мужским, либо женским, которые были активны полностью независимо от гормонов. Вероятно, это были два наших основных вклада.

Как вы думаете, эта разница в экспрессии генов в мозге что-нибудь объясняет о гендерной идентичности?

Про тождество [пока] ничего не говорит. Это может что-то сказать. Таким образом, эти гены по-разному экспрессируются у мужчин и женщин на ранних этапах развития.Они, безусловно, хорошие кандидаты, на которых стоит обратить внимание, чтобы повлиять на гендерную идентичность, но они всего лишь хороших кандидатов.

На недавней международной встрече, посвященной ведению людей с генитальными и гонадными аномалиями, вы успешно настаивали на изменении номенклатуры. Вместо использования таких терминов, как «гермафродит» или даже «интерсекс», вы рекомендовали в этой области использовать конкретные диагнозы под термином «расстройства полового развития». Почему вы и другие генетики считали необходимым изменение номенклатуры?

За последние 15–16 лет действительно произошел взрыв в генетических знаниях об определении пола.И вопрос в том, как мы можем применить эти генетические знания в клинической практике? Поэтому мы сказали, что, возможно, нам следует по-новому взглянуть на это.

Первоначальная повестка дня заключалась в том, чтобы номенклатура была надежной, но достаточно гибкой, чтобы включать новые генетические знания. Затем мы поняли, что есть и другие проблемы, которые на самом деле не являются генетическими, но на них может ответить генетика. В конечном итоге каждому интерсексуальному человеку будет поставлен диагноз с генетическим именем.Это не будет какая-то большая, всеобъемлющая категория, как «мужчины-гермафродиты». И это гораздо более научно, это гораздо более индивидуализировано, если хотите. Это гораздо более медицинское.

Как участники конференции отреагировали на предложение?

Большинство специалистов в области здравоохранения им остались очень довольны. Были некоторые, была консервативная сторона, которая говорила: «Зачем менять то, что работает?» Было значительное несогласие со стороны меньшинства, которое говорило: «Почему нам до этого дело?» Поскольку это сработало, для нас это интеллектуальный фрейм, который сработал.Так что это потребовало небольшого образования, говоря, вы знаете, это важно не только потому, что оно более точное и более научное, но и потому, что пациенты получат от этого пользу, если уберут слово «гермафродит» и так далее. По поводу смены расстройств полового развития в группе вообще не было никаких вопросов.

Почему для некоторых проблематичен медицинский акцент в этом новом термине?

Одна часть номенклатуры, которая остается весьма спорной, — это замена слова «интерсекс» на «нарушения полового развития».»И я скажу несколько слов об этом. Во-первых, интерсекс был большим. Иногда мы не знали, кого включать, а кого не включать.

«Интерсекс» был расплывчатым, а «расстройства полового развития» — по крайней мере, очень медицинское определение, поэтому мы точно знаем, о чем говорим. Например, если есть хромосомные аномалии, если у вас есть пациент, у которого отсутствует одна Х-хромосома — синдром Тернера — или есть лишняя Х-хромосома — синдром Клайнфельтера — и то, и другое, теперь мы – включаем их в «расстройства полового развития».«Они не двусмысленны. Они принадлежат к этой большой категории людей с« медицинскими проблемами », цитирую без кавычек, репродуктивной системы. Итак, интерсекс был расплывчатым, DSD не расплывчатым.

Какие социальные проблемы вы пытались решить?

Была еще одна проблема со старой номенклатурой, которой было настоящее слово «гермафродит». «Гермафродит» воспринимался взрослыми интерсексуалами как унизительный. У него также был некоторый сексуальный подтекст, который мог бы привлечь толпу людей, у которых есть всевозможные фетиши, и поэтому интерсекс-сообщество действительно хотело избавиться от этого термина.

Черил Чейз, исполнительный директор Общества интерсексуалов Северной Америки (ISNA), сказала, что она уже некоторое время продвигает изменение номенклатуры. Почему?

Такие люди, как Шерил, сказали бы, что интерсексуальные проблемы — это не вопросы гендерной идентичности, это просто вопросы качества жизни — независимо от того, была ли проведена ранняя генитальная операция надлежащим образом или нет, и это действительно то, что действительно ухудшило качество нашей жизни. Она и другие сотрудники ISNA поддерживают это изменение из-за интересного побочного эффекта — поскольку оно становится очень медицинским определением, к нему должна применяться медицинская наука.Он должен применяться строго. Это означает, что сейчас мы не говорим о чем-то, что не является расстройством, это просто нормальный вариант, состояние. Если это просто состояние, которое является нормальным, то в медицинской помощи нет необходимости.

Итак, в основном моя точка зрения такова: давайте отделим политику от медицины, от науки. В этом есть целая психология, вы знаете, хирурги часто думают, что есть это крошечное громогласное меньшинство активистов, которые просто хотят разрушить их работу.

Интерсексуалы действительно отличаются, например, от сообщества геев и лесбиянок, у которого нет априорных медицинских проблем, нет разницы в развитии каких-либо органов или им не нужно обращаться к врачу, когда они новорожденные. Я думаю, что это совсем другое. Конечно, некоторые интерсексуалы — геи или лесбиянки, но не все.

Почему интерсексуалам было необходимо занять активистскую позицию в одно время?

Потому что иначе в практике ничего бы не изменилось.В противном случае этой консенсусной конференции просто не произошло бы. Это действительно было ответом на активизм. Они поставили проблему на стол, и это потребовало, это действительно заставило медицинское сообщество заняться проблемой, которая была достаточно редкой, чтобы ее нельзя было решить.

Некоторые называют новый термин политической неудачей, потому что он патологизирует то, что можно рассматривать как нормальную человеческую вариацию.

Во-первых, нормальными вариантами мы можем назвать все; мы можем назвать рак нормальным вариантом.Конечно, в конце концов, это убивает, но это нормальный вариант. Мы можем играть такими словами, но для практических целей эти «нормальные варианты» имеют много рисков для здоровья, требующих частых посещений врача по целому ряду проблем, которые есть у интерсекс-пациентов: проблемы с фертильностью, проблемы с раком (яички внутри тело может увеличить риск рака), проблемы сексуального здоровья. Так что если вы начнете много ходить к врачу из-за своего состояния, вы можете назвать это нормальным вариантом, но это бесполезно.Вы называете это нормальным вариантом в политических целях. Я называю это расстройством, потому что хочу, чтобы все правила и мудрость современной медицины применялись в сфере интерсексуалов. Я не хочу, чтобы интерсекс был исключением: чтобы сказать: «Хм, вы знаете, на самом деле это не болезнь», поэтому [врачи] могут делать все, что они хотят. Вот что движет этим полем, люди говорят: ну, знаете, можно поэкспериментировать, это нормальный вариант.

Существуют значительные разногласия по поводу того, должны ли хирурги немедленно принимать решение о поле ребенка и быстро исправлять неоднозначные гениталии.Консенсусное заявление, по-видимому, способствует более осторожному подходу к хирургии, но при этом быстро определяет пол. Каково ваше мнение?

Я говорю, что вмешивайтесь [с хирургическим вмешательством] только в том случае, если вы доказали, что вмешательство действительно приносит пользу пациенту. Не на пользу родителям. Потому что вы знаете, что хирургия часто используется для психологической помощи родителям. Если хотите, это быстрое решение. Ребенок выглядит по-другому, это очень огорчает всех, и один из способов избавиться от этого — просто сделать так, чтобы ребенок выглядел, как все.И это действительно психологическая помощь для родителей. Но это не должно быть параметром хирургического вмешательства. Мы говорим о психологическом стрессе у родителей, и его следует лечить соответствующим образом психологом или психиатром, но не хирургическим вмешательством ребенка.

Как вы думаете, это консенсусное заявление изменит общую практику проведения хирургических операций по назначению пола на раннем этапе?

(смеется) Ну да. Понимаете, заявление о консенсусе — это карточный домик.Вы строите его один раз, и на самом деле в нем нет никого; его можно уничтожить. Это не рекомендации. Думаю, это изменится, но это потребует дополнительной работы. Одна из вещей, которые, как мне кажется, должны произойти дальше, — это сделать так, чтобы несколько ведущих клиник действительно применили все согласованные рекомендации, а затем провели исследования, показывающие, действительно ли они влияют на здоровье и благополучие пациента. Сделать это непросто, потому что некоторые рекомендации требуют денег. Например, сказать: «Нам нужен психолог» — легче сказать, чем сделать.Во всех этих клиниках нет денег на психолога. Так что я думаю, что это повлияет на некоторые вещи. Например, изменится номенклатура. Я получаю много телефонных звонков и писем от авторов основных учебников, они собираются измениться. Также от редакторов журналов, которые публикуют статьи об интерсексе, так что это изменится. Но изменит ли это общий исход пациентов? Я не знаю. Я надеюсь, что это так. Я считаю, что это шаг в правильном направлении.

Многие врачи и генетики смотрят на интерсекс просто как на заболевание, с которым нужно бороться.Похоже, вы тоже очень серьезно относитесь к социальным и политическим проблемам пациентов. Почему?

Меня всегда интересовал тот факт, что медицина является очень нормативной и редукционистской — она ​​сводит людей к их патологиям … » Медицина должна делать людей лучше, чем просто лечить болезнь. В любом случае, я не единственный, кто это говорит. На самом деле, я всегда использую в качестве примера рак. Многие врачи-онкологи прекрасно об этом знают.Они предлагают варианты, которые иногда не включают лечение, только потому, что они осознают тот факт, что лечение так сильно испортит качество жизни, что оно того не стоит.

Как вы справляетесь с работой в столь нестабильной в социальном и политическом плане области? Все, что вы делаете, люди вскакивают и заявляют о сексуальной или гендерной принадлежности.

Я все интерпретирую консервативно. Вы не должны ошибаться, если что-либо истолковываете слишком сильно.Это мой способ разобраться в этом. Вы также должны осознавать социальную чувствительность. Вы не можете просто иметь к этому аутичный подход и сказать: «Я просто полностью проигнорирую это». Если вы осведомлены о социальной чувствительности и не переоцениваете свои данные, вы в хорошей форме.

Как вы остаетесь в курсе и в курсе?

Быть частью ISNA — это один путь [как член ее медицинского консультативного совета]. Это заставляет меня прислушиваться к тому, что говорят пациенты, что на самом деле не является частью медицинской культуры, по крайней мере, в этой области.Способ оценить самочувствие пациента — это действительно прислушаться к тому, что он говорит.

Как хромосомы X и Y получили свои имена, 1891

Почему половые хромосомы человека называются «X» и «Y», а остальные 22 хромосомы идентифицируются только цифрами?

Ответ начинается в конце 1800-х годов, когда клетки гонад насекомых, чьи большие хромосомы легко рассмотреть в микроскоп, стали предпочтительным образцом для исследования клеточной основы наследственности.В 1891 году немецкий биолог Герман Хенкинг насчитал 11 хромосом в ядрах сперматозоидов жука ( Pyrrhocoris apterus ). Он обнаружил, что некоторые ядра содержат дополнительный большой элемент хроматина, который он обозначил на своих рисунках знаком «x».

Несколько лет спустя в Канзасском университете Кларенс МакКланг заметил, что половина сперматозоидов кузнечиков содержит хромосому, аналогичную хромосоме Хенкинга x . Как и Хенкинг, Макклунг использовал « x » для обозначения этой хромосомы в цифрах в своей статье 1899 года, но с тех пор он ввел термин «дополнительная хромосома» для ее идентификации.Мак-Клунг вскоре выдвинул гипотезу, что дополнительная хромосома определяет мужской пол.

Нетти Стивенс

Библиотека колледжа Брин-Мор, специальные коллекции

В начале 1900-х годов Нетти Стивенс из колледжа Брин-Мор и Эдмунд Бичер Уилсон из Колумбийского университета решили загадку того, как хромосомы связаны с половыми различиями у насекомых. Хотя они работали независимо, они следили за исследованиями друг друга. В 1905 году Уилсон, более авторитетный ученый, описал пару хромосом разного размера, которые разделялись в соотношении 50:50 среди сперматозоидов насекомых.Месяц спустя Стивенс сообщил о подобном открытии в гонадах жуков. Половина сперматозоидов жуков несут небольшую хромосому, которую Стивенс обозначил « s », а половина — более крупную хромосому « l ». Женские соматические клетки содержали две копии большой хромосомы, а мужские клетки — одну маленькую и одну большую. «Кажется, это явный случай определения пола», — писал Стивенс, делая вывод, что мужской пол определяется сперматозоидами, несущими маленькую хромосому, а не большую дополнительную хромосому Мак-Кланга.

Уилсон процитировал «очень интересные открытия» Стивенса в сноске, но скептически относился к тому, что эти хромосомы определяют пол. К моменту смерти Стивенса в 1912 году в возрасте 50 лет научный авторитет Уилсона затмил новаторскую теорию Стивенса. В 1909 году Уилсон пришел к выводу, что неравные хромосомы действительно являются детерминантами пола. Следуя прецеденту Хенкинга, он назвал большую хромосому «X». Для маленькой хромосомы он выбрал «Y».

Усовершенствованные в 1910-е годы методы микроскопии позволили выявить коррелированные с полом хромосомы у других животных, включая человека.К 1917 году ученые использовали X и Y для идентификации половых хромосом человека. Но в течение десятилетий они не могли договориться о том, как назвать другие хромосомы человека; некоторые использовали числа, а другие использовали буквы. Они также не пришли к соглашению о количестве человеческих хромосом, которые малы, многочисленны и трудно поддаются подсчету. В 1960 году международная комиссия пришла к выводу, что существует 22 аутосомы человека, и их следует пронумеровать по убыванию, от самых длинных к самым коротким. Две половые хромосомы, рекомендовала группа, «должны и дальше называться X и Y, а не числом, которое будет дополнительным и, в конечном счете, излишним.”

Хотя использование букв и цифр для идентификации хромосом может сбивать с толку, это соглашение может оказаться полезным. Роберт Реста, генетический консультант Шведского медицинского центра в Сиэтле, говорит, что система XY помогает его пациентам понять закономерности наследования связанных с полом признаков. «Пациенты помнят X и Y из курсов биологии в средней школе или колледже, даже если их понимание этого несовершенно, — говорит Реста. «Это, по крайней мере, знакомые термины, которые помогают им немного комфортнее участвовать в технических генетических обсуждениях.

Поправка (8 марта): в первоначальной версии этой статьи говорилось, что группа 1960 г. пришла к выводу, что аутосомы человека следует нумеровать в порядке возрастания, от самого короткого до самого длинного. Фактически, они пронумерованы от самого длинного до самого короткого. Ученый сожалеет об ошибке.

Анализ аномалий половых хромосом с использованием массивов мозаичных путей ДНК X- и Y-хромосом

Аннотация

Предпосылки: Сравнительная геномная гибридизация массивов — мощный инструмент для обнаружения изменений числа копий в геноме.

Методы: Для анализа аберраций половых хромосом был разработан массив фрагментов Х- и Y-хромосом человека.

Результаты: Нормальные профили хромосом X и Y были установлены путем анализа ДНК нормальных фертильных самцов и самок. Обнаружение бесплодных мужчин с известными делециями Y подтвердило способность массива обнаруживать делеции AZFa, AZFb и AZFc и различать различные поражения AZFc. Примеры терминальных и интерстициальных делеций Xp (ранее охарактеризованных с помощью цитогенетического и микросателлитного анализа) были оценены с использованием массивов, таким образом подтверждая и уточняя установленные контрольные точки делеции.Точки разрыва в хромосомах транслокаций iso-Yq, iso-Yp и X-Y и обмены X-Y у мужчин XX также поддаются анализу.

Обсуждение: Разрешение используемого набора клонов тайлинг-пути позволяет размещать контрольные точки в пределах 100–200 кб, что позволяет более точные корреляции генотип / фенотип. Эти данные показывают, что объединенные массивы тайлинговых путей X и Y обеспечивают эффективный инструмент для исследования и диагностики аберраций и перестроек числа копий половых хромосом.

За исключением трисомии 21, вариации числа копий и структурные варианты половых хромосом человека встречаются в популяции чаще, чем для аутосом. ² В целом структурные и числовые аномалии Y-хромосомы не опасны для жизни, но влияют в первую очередь на пути полового развития и дифференциации или производства гамет, отражая содержание гена, сохраняющееся на сильно дегенерированной хромосоме. ^{3 , 4} И наоборот, аберрации числа копий последовательности Х-хромосомы, которые могут серьезно повлиять на здоровье и жизнеспособность мужчин, часто улучшаются случайной X-инактивацией у диплоидных женщин.Исключением является синдром Тернера, возникающий в результате частичной или полной потери последовательностей Х-хромосомы, вызывающий серьезные аномалии развития эмбриона и плода и часто приводящий к преждевременному смертельному исходу. ⁵

Применение сравнительной геномной гибридизации (CGH) с использованием мозаичного массива клонов геномной ДНК с большими вставками обеспечивает средство оценки изменений числа копий по всей длине хромосомы. ^{6 , 7} Разрешение массива определяется размерами вставок клонов геномной ДНК, участвующих в траектории тайлинга. Для массивов CGH, собранных из клонов бактериальной искусственной хромосомы (BAC), это обычно составляет около 100–300 т.п.н., что позволяет более точные корреляции генотип / фенотип, чем традиционный цитогенетический анализ или метафазный CGH. Применение полного массива тайлинговых путей для Х-хромосомы к анализу поражений, ведущих к Х-сцепленной умственной отсталости, было описано ранее. ⁸ Настоящее исследование описывает массивы тайлинговых путей, которые покрывают 94,4% Х-хромосомы и эухроматическую область Y-хромосомы, для анализа широкого спектра аномалий половых хромосом.Путем сравнения с мужскими и женскими контрольными образцами мы продемонстрировали способность массивов быстро характеризовать (а) измененную дозировку целых хромосом, (б) делеции Y у бесплодных мужчин, (в) частичные делеции Х-хромосомы, ( d) точки останова в изохромосомах транслокаций Y и X – Y и (e) аномальный обмен X – Y у XX мужчин с измененным полом. Полученные данные предполагают, что первоначальный скрининг генома или предполагаемых отдельных хромосом с помощью CGH на основе массивов быстро выявит интересующие хромосомные области для более детального молекулярного анализа. В дополнение к приложениям в исследованиях, где массив CGH может использоваться для детальных корреляций генотип / фенотип, этот массив также будет полезен для рутинных диагностических приложений для определения аномалий половых хромосом.

Материалы и методы

Клинические материалы и выделение ДНК

ДНК была выделена стандартными процедурами из следующих случаев: (a) один фертильный мужчина (подтвержденный отец — образец ID 2), (b) два мужчины с X- и Y-хромосомами анеуплоидия (образцы ID 3 и 4), (c) мужчина с транслокацией X / Y (образец ID 5), (d) мужчина и женщина с перестройками Y-хромосомы (образцы ID 6 и 7), (e) четыре бесплодные мужчины с различными делециями Yq (образцы ID 8–11), (f) две женщины с делециями X-хромосомы (образцы ID 21 и 18) и (g) четыре Y-положительных мужчины XX (образцы ID 14-17).Таблица 1 суммирует кариотипический анализ каждого случая и цитогенетическое расположение клонов BAC, определенных с помощью CGH, которые должны быть расположены на границах контрольных точек в этом исследовании.

Таблица 1 образцов ДНК от лиц, включенных в это исследование

Идентификатор образца	Кариотип	Клонирование в точке разрыва, как определено массивом CGH
1		XX НЕТ
2	46, XY	НЕТ
3	48, XXXXY	НЕТ
4	47, XYY
5	46, Xt (X; Y) (стр. 22.3; q11)	RP11-292P9
6	45, X / 46, X, idic (Y) (q11.21)	RP11-434F12
7	48, XX, idic (Y) (p11.2), idic (Y) (p11.2)	RP11-62h25
8	46, X, del (Y) (q11.21q11.221) *	RP11‐ 558M10 — RP11-218F6
9	46, X, del (Y) (q11. 221q11.222) *	RP11-509B6 — RP11-207L19
10	46, X, del ( Y) (q11.223) *	RP11‐178M5
11	46, X, del (Y) (q11.221q11.223) *	RP11-537C24
21 †	46, X, del ( X) (p21.1p11.3)	RP11‐147E15 — RP11‐377B2
18 †	46, X, del (X) (p11. 3)	RP11‐126D17
14	46, Y, der (X), t (X; Y) (p22.33; p11.2) *	RP11‐172A6 на X, RP11‐108I14 на Y
15	46, Y, der (X), t (X; Y) (стр. 22.3; p11.2) *	RP11‐501G22 на X, RP11‐62h25 на Y
16	46, Y, der (X), t (q22.33; p11.2), inv (Y ) (p11.2) *	RP11-105N19 на X, RP11-218E11 — RP11-105F19 на Y
17	46, Y, der (X), t (p22. 33p11.2), inv (Y) (p11.2) *	RP11-74L17 на X, RP11-62h25 — RP11-309M4 на Y

Построение массивов траекторий фрагментов хромосомы X и Y

Наборы клонов хромосом X и Y ( полученных из набора плиток Golden Path) были получены из Института Сэнгера, Кембридж, Великобритания.Чтобы заполнить пробелы, 112 клонов были включены из набора клонов 32K ВАС. ⁹ Нуклеотидные последовательности и положения клонов соответствуют базе данных Ensembl (V.33.35e, сентябрь 2005 г., http://www.ensembl.org/Homo_sapiens). Тайлинг-путь Х-хромосомы состоит из 1708 клонов (1083 BAC, 517 PAC, 86 космид и 22 фосмид), обеспечивая покрытие 94,4% (см. Дополнительные таблицы 1 и 2, доступные на сайте http://jmg.bmj.com/supplemental для клонов). списки и должности). Тайлинг-путь Y-хромосомы (195 ВАС, четыре космида и два фосмида) охватывает 92.6% эухроматической области, исключая псевдоавтосомальную область 2 (PAR 2 — см. Дополнительную таблицу 1). Область PAR1 представлена ​​идентичным набором клонов для обеих хромосом X и Y. В массив также включены (для нормализации изменений числа копий) еще 538 клонов ВАС, покрывающих все аутосомы с интервалом примерно 5 МБ, и шесть Drosophila ВАС. клоны (см. дополнительную таблицу 2). Конструирование микрочипа выполняли согласно опубликованному протоколу. ¹⁰ Продукты ПЦР для каждого клона были напечатаны в двух экземплярах на слайде CodeLink (GE Healthcare, Little Chalfont, UK) с использованием матричного устройства MicroGrid II в подматрицах 4 × 4.

Мечение, гибридизация и анализ массива CGH

Мечение 400 нг тестируемой и эталонной ДНК с помощью Cy5-dCTP и Cy3-dCTP соответственно, гибридизация и отмывка проводились в соответствии с опубликованным протоколом. ¹¹ Контрольные ДНК были взяты от одного фертильного мужчины и женщины. Массивы сканировали с помощью персонального сканера GenePix 4100A (Axon Instruments, Юнион-Сити, Калифорния, США). Отсканированные изображения количественно оценивали с помощью программного обеспечения BlueFuse (BlueGnome, Кембридж, Великобритания).Анализ и нормализация были выполнены, как опубликовано в другом месте. ¹¹

Контрольные образцы ДНК

Семнадцать фертильных мужчин были протестированы друг против друга в различных пермутациях, чтобы определить человека с наименьшими вариациями на Y-хромосоме. Это позволило идентифицировать одного человека с минимальным изменением его Y-хромосомы, который впоследствии использовался в качестве эталонной мужской ДНК для всех экспериментов. Единственная нормальная женская ДНК использовалась в качестве универсального эталона.

ПЦР-анализ сайта, помеченного последовательностями

ПЦР-анализ сайта с последовательностью (STS) был проведен на выбранных последовательностях Y-хромосомы с использованием двух Y-специфичных маркеров, DYS231 и DYS212 (http: //www.ensembl. org / Homo_sapiens) и стандартные условия ПЦР.

Результаты

Проверка тайлинга путей половой хромосомы

Паттерн гомологии X – Y на Y-хромосоме сложен и включает комбинацию основных блоков последовательности, охватывающих до 3-х.5 МБ ДНК и гомологии отдельных генов с вкраплениями Y-специфической последовательности. Это схематично проиллюстрировано на рис. 1A вместе с представлением гомологии PAR1 и экстра-PAR X – Y, что дает важные сигналы при анализе CGH (PAR 2 не включен в массив). Рисунок 1B (образец ID 1) показывает, что женская ДНК по сравнению с мужской эталонной дает соотношение, близкое к 2: 1 на траектории фрагмента X для всех X-специфичных последовательностей, но соотношение 1: 1 для основных областей X – Y гомология (указана на фиг. 1B, образец ID 1).На Y-образном пути большинство клонов уменьшено в соотношении, за исключением известных областей гомологии X – Y (соотношение 1: 1).

Рис. 1 Проверка массива с использованием нормальных людей и анеуплоидий целых хромосом. (A) Схема хромосом X и Y, показывающая основные блоки гомологии X и Y. (B) Х- и Y-хромосомные профили нормальной самки, гибридизированной с нормальным самцом. PAR1 и центромера обозначены P1 и C соответственно и показаны заштрихованными светло-серым цветом, а основные блоки гомологии X / Y обозначены горизонтальной линией.Y-специфическая область SRY (лежащая между PAR1 и главным блоком гомологии Yp X / Y) также показана и имеет пониженное соотношение. (C) Х- и Y-хромосомные профили нормального самца, гибридизированного с нормальным самцом контроля. (D) Х- и Y-хромосомные профили мужского пола 49, XXXXY, гибридизированного против нормального мужского контроля. (E). Профили X- и Y-хромосом самца 47, XYY, гибридизированного с нормальным самцом в контроле.

Для проверки массива ряд образцов ДНК от нормальных мужчин и женщин и анеуплоидий X и Y были гибридизованы с мозаичными дорожками против контрольных ДНК мужчин и женщин.Рисунок 1C (образец ID 2) показывает, что для мужской ДНК по сравнению с мужской контрольной группой соблюдается ожидаемое соотношение 1: 1.

На рис. 1D (ID образца 3) и E (ID образца 4) показаны профили людей с увеличенным числом копий полных X- и Y-хромосом (49, XXXXY и 47, XYY), протестированные против нормального контроля мужского пола. Четырехкратный индивидуум X, изображенный на рисунке (рис. 1D, ID образца 3), показывает ожидаемое увеличение количества копий по всему пути мозаичного изображения X. Соотношение 1: 1 наблюдается на пути укладки Y-плитки (рис.1D, образец ID 3), за исключением блока гомологии PAR1 и X / Y, которые присутствуют в соотношении 5: 2 в результате дополнительных копий, внесенных из множества X-хромосом. Человек 47, XYY показал ожидаемое соотношение 1: 1 для профиля X, за исключением блока гомологии Yp11.2 / Xq21.3, где дополнительные копии были внесены дополнительными Y-хромосомами. Для профиля Y-хромосомы наблюдается соотношение, близкое к 2: 1. Тот факт, что коэффициент log2 для этого человека не совсем достигает 1, можно отнести к мозаицизму.Эти анализы подтверждают, что массивы траекторий листов X и Y могут определять статус количества копий ожидаемым образом.

Комплексные перестройки Y

Сложные структурные перестройки половых хромосом, исследованные с использованием нормального мужского контроля, включали транслокацию XY, iso Yp и iso Yq хромосому (рис. 2). Женщина, изображенная на рис. 2A (образец ID 5), показывает профиль транслокации X: Y (46, X, t (X; Y) (p22.3; q11)) (из цитогенетического хромосомного анализа) и показывает, что перемещенный сегмент Yq (точка останова на Yq11.221, клон RP11-292P9) в соотношении 1: 1. Отношение 1: 1 к мужскому контролю для клонов Х-хромосомы, простирающихся от Xp22.31 до теломер, указывает на гемизиготную терминальную делецию Xp. Отношение 1: 1 главного блока гомологии на Yp11.2 обусловлено присутствием двух копий гомологичной последовательности Xq. Пониженное соотношение клонов PAR1 отражает потерю одной области PAR из Х-хромосомы, несущей транслокацию.

Рисунок 2 Аномалии Y-хромосомы. (A) Профили X- и Y-хромосом женщины с транслокацией X / Y (46, X, t (X; Y) (стр. 3; q11) гибридизировали против нормальных самцов контроля. Клон, лежащий в точке останова, показан стрелкой. Схематическое изображение нормальной Х-хромосомы и Х-хромосомы с транслокацией показано справа. (B) Х- и Y-хромосомные профили самца с хромосомой isoYp (45, X / 46, X, idic (Y) (q11.21)), гибридизированные против нормального мужского контроля. Клон, лежащий в точке останова, показан стрелкой. Схематическое изображение этих хромосом показано справа. (C) Профили X- и Y-хромосом женщины с двумя изодицентрическими Yq-хромосомами (48, XX, idic (Y) (p11.2), idic (Y) (p11.2)) гибридизировали против нормального контроля-самца. Клон, расположенный в точке останова, обозначен стрелкой. Схематическое изображение этих хромосом показано справа.

На рис. 2В (образец ID 6) показан самец с изодицентрической хромосомой Yp (45, X / 46, X, idic (Y) (q11.21) по данным цитогенетического анализа). Профиль Y-хромосомы показывает, что точка разрыва Y находится в Yq11.21 (клон RP11-434F12), и что сохраненная область Y-хромосомы присутствует в увеличенном соотношении числа копий по сравнению с таковым в мужском контроле. Несоблюдение соотношения 2: 1 (значения log2 не совсем достигают 1) может быть объяснено мозаицизмом у человека. ¹² Повышенное соотношение последовательностей блока PAR1 и гомологии Yp11.2 / Xq21.3 может быть объяснено вкладом двух копий изохромосомы в дополнение к копиям из X-хромосомы.

Женщина, показанная на рис. 2C (образец ID 7), демонстрирует изодицентрическую хромосому Yq и имеет немозаичный кариотип 48, XX, idic (Y) (p11.2), idic (Y) (p11.2). Профиль Y хромосомы показывает присутствие последовательностей Y в четырех копиях от точки останова на Yp11.2 (клон RP11-62h25) до Yq. Блок гомологии PAR1 и Yp11.2 / Xq21.3 X / Y на профилях Х-хромосомы и Y-хромосомы присутствует в ожидаемом соотношении 1: 1, поскольку эти области удалены из изохромосом.

Делеции Y, ведущие к мужскому бесплодию

Полезность массивов половых хромосом для обнаружения делеций Y, связанных с мужским бесплодием, оценивалась с использованием известных делеций областей AZFa, b и c Yq, ранее охарактеризованных с помощью ПЦР-анализа с маркерами STS. На рис. 3A (образец ID 8) и B (образец ID 9) показаны делеции AZFa и AZFb, соответственно, и продемонстрирована способность мозаичного пути Y обнаруживать дискретные межстраничные делеции Yq. На рис. 3C (образец ID 10) показан человек с общей делецией b2 / b4 AZFc (один из двух братьев с идентичными паттернами). На рисунке 3D (образец ID 11) показано полное удаление AZFb, распространяющееся, но не удаляющее всю область AZFc. На профилях Y хромосомы также показаны данные STS-ПЦР, полученные для подтверждения присутствия или отсутствия последовательностей Y-хромосомы с учетом наблюдаемого паттерна переменного числа копий (возможно, из-за неполного и переменного подавления повторов), возникающего из-за его комплекса Y Специфическая повторяющаяся структура.Маркеры STS с одной копией были отобраны в клонах, которые, как ожидается, будут удалены или присутствовать у этих людей. Отсутствие полосы в женском контроле и ее присутствие в мужском контроле подтверждают, что праймеры STS PCR являются Y-специфичными. Из фиг.3D (образец ID 11) можно видеть, что маркеры в клонах, показывающих различные соотношения числа копий, указывающие на делецию, действительно, по крайней мере, частично удалены при оценке с помощью ПЦР, тогда как другие маркеры вне делеции (фиг.3C, ID образца 10) остаются. настоящее время.

Рисунок 3 Бесплодные самцы. Профили хромосомы Y различных бесплодных мужчин. Клоны, определяющие точки останова при удалении, обозначены стрелкой. Во всех случаях пациенты были гибридизованы против нормальных контрольных мужчин. (A) Бесплодный мужчина с делецией AZFa. (B) Бесплодный мужчина с делецией AZFb. (C) Бесплодный мужчина с делецией AZFc. Этот человек является одним из двух братьев, и образец делеции идентичен в обоих, как видно из увеличенного наложенного профиля делеции AZFc от обоих братьев.Также представлена ​​гелевая фотография анализа сайт-ПЦР с меткой последовательностей. F, M и P обозначают контрольную ДНК женского пола, контрольную ДНК мужского пола и ДНК пациента соответственно. (D) Бесплодный мужчина с делецией AZFb и частичной делецией AZFc. Показана гелевая фотография анализа STS-PCR, как уже было описано на рис. 3C.

делеции Х-хромосомы

На рис. 4А (образец ID 21) показан профиль Х-хромосомы (по сравнению с нормальным женским контролем) индивидуума женского пола с интерстициальной делецией Xp (46, X, del (X) (p21.1p11.3)) между клонами RP11‐147E15 и RP11‐377B2. На рисунке 4B (образец ID 18) показан профиль женщины с терминальной делецией Xp (46, X, del (X) (p11.4) из клона RP11-126D17). В обоих случаях удаленный сегмент присутствует в одна копия

Рисунок 4 Делеции хромосомы . (A) Профиль X-хромосомы самки с интерстициальной делецией X, гибридизированной с нормальным контролем самки. Клоны, расположенные по обе стороны от контрольных точек, обозначены стрелкой.(B) Х-хромосомный профиль самки с терминальной делецией, гибридизированной с нормальной контрольной самкой. Клон, лежащий в точке останова при удалении, обозначен стрелкой.

Поменялись местами мужчины XX

Были проанализированы четыре примера Y-положительных мужчин XX (из анализа когорты из 10 случаев), возникших в результате незаконного обмена X – Y у отца ¹³ и с различной степенью потери Xp против нормального мужского контроля (рис. 5). Если блок гомологии Yp11.2 / Xq21.3 X – Y был передан при обмене, ожидается соотношение 3: 2 (два от Xq и один от Yp).Отношение 1: 1 наблюдается для дистального блока гомологии Xp / Yq (из-за двух копий из X и отсутствия гомологичных последовательностей Yq). Следует отметить, что на графике Y-хромосомы ряд точек данных не отклоняется от нулевого отношения log2. Это происходит из-за небольших сегментов гомологии X – Y в отдельных клонах, распределенных по Y-хромосоме, где наличие двух X-хромосом обеспечивает соотношение 1: 1. Предыдущий молекулярный анализ этих пациентов ¹⁴ показал, что разные степени Yp были перенесены на замененную X-хромосому, что отражено в другом месте основного изменения соотношения на массиве Y-фрагментов (отмечено стрелкой). Люди, представленные на рис. 5A (образец 14, 46, Y, der (X), t (X; Y) (p22.33; p11.2)) и B (образец ID 15, 46, Y, der (X) , t (X; Y) (p22.3; p11.2)) демонстрируют непрерывный перенос последовательностей Yp в X-хромосому (соотношение 3: 2), причем первая передает почти все последовательности Yp. Рисунок 5C (ID образца 16, 46, Y, der (X), t (q22.33; p11.2)), inv (Y) (p11.2)) и D (ID образца 17, 46, Y, der (X), t (p22.33p11.2), inv (Y) (p11.2)) показывают людей, у которых, по-видимому, присутствует несмежное присутствие последовательностей Yp, что согласуется с молекулярным анализом с использованием маркеров Yp. ¹⁵ Анализ профилей Х-хромосомы показывает, что каждый мужчина XX имеет разные точки разрыва на замененном X. Для людей на рис. 5B (образец ID 15) и C (образец ID 16) точка разрыва лежит за пределами PAR1 (наблюдается в соотношении 1: 1 на профилях Х- и Y-хромосомы). Индивидуумы на фиг. 5A (образец ID 14) и D (образец ID 17) имеют точку разрыва в пределах PAR1, поскольку есть изменение в соотношении между клонами, представляющими область PAR1. Из профилей хромосомы X и Y очевидно, что только перенесенная часть PAR1 присутствует в соотношении 3: 2.

Рисунок 5 Поменялись местами самцы XX. Профили хромосом X и Y мужчин XX с противоположным полом. Клоны, определяющие точки останова при удалении, обозначены стрелкой. Главный блок X / Y гомологии Yp11.2 показан на каждом профиле Y-хромосомы, обозначенном горизонтальной линией. Во всех случаях пациенты были гибридизованы против нормальных контрольных мужчин. (A) Х- и Y-хромосомные профили нормальной самки, гибридизированной с нормальным самцом. PAR1 и центромера обозначены как P1 и C соответственно и показаны заштрихованными светло-серым цветом.(B) Заменившийся мужчина XX. (C) Мужчина XX поменялся местами. (D) Заменившийся мужчина XX. Можно увидеть несмежное присутствие последовательностей Yp. (E) Заменившийся мужчина XX. Можно увидеть несмежное присутствие последовательностей Yp.

Обсуждение

Применение массива CGH было в первую очередь в анализе увеличения и уменьшения хромосом в ДНК опухоли, чтобы очертить расположение потенциальных онкогенов и генов-супрессоров опухоли. ⁶ В этой статье оценивается применение CGH на основе массивов для анализа аберраций половых хромосом.

Многие структурные аномалии у этих пациентов были охарактеризованы ранее как цитогенетически, так и с помощью ряда молекулярных маркеров. ^{12 , 15 , 16 , 17} Кроме того, области гомологии X – Y на обеих хромосомах X и Y были подробно описаны в ряде других исследований. ^{18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23} Контрольные точки и участки хромосомы, участвующие в изменении числа копий, отмеченных CGH, могут быть оценены на соответствие с предыдущими анализами.В этом отношении использование траекторий листов X и Y оказалось очень эффективным при анализе аномалий, связанных с обменом между половыми хромосомами, и в обеспечении точного детального профиля ряда различных хромосомных аберраций. В этой статье впервые сообщается об использовании для этой цели мозаичного пути Y-хромосомы.

Гомологичные области X – Y

Как схематически показано на рис. 1A, между половыми хромосомами имеются дополнительные области PAR с гомологией X – Y.Самый большой из них — это блок Yp11.2 / Xq21.3, который предназначен для человека и занимает 3,5 Мб. Это формирует один непрерывный блок на X-хромосоме и два отдельных блока на коротком плече Y в результате серьезной перестройки на Y-хромосоме, хотя порядок локусов Yp, гомологичных X-хромосоме, в значительной степени сохранен. . ²⁴ Поведение областей PAR1 и Yp11.2 / Xq21.3 легко наблюдать при изменении дозировки в X- или Y-хромосомах, поскольку они образуют монолитные гомологические сегменты, покрытые несколькими клонами ВАС, которые отвечают как когорта.Хорошим примером этого является эксперимент по гибридизации самок и самцов (рис. 1В), где гомологичные области остаются в соотношении 1: 1, независимо от изменений дозировки в других частях хромосом. В экспериментах, где имеется дупликация или делеция с участием гомологичного X – Y сегмента, соотношения в этих регионах изменяются специфически, как видно у самцов XX для блока гомологии Yp11. 2 X – Y. Другие области гомологии (такие как Yq11.2 и Xp11.4 и Xp22.3) более рассредоточены как по X-, так и по Y-хромосомам и включают отдельные или небольшие группы клонов ВАС, изменение соотношения которых требует целенаправленного выделения из фоновой вариации.

Влияние мозаицизма на профили массива

Часто люди со структурно аномальными хромосомами (например, изохромосомы) оказываются мозаичными, когда только часть исследованных клеток цитогенетически несут аномалию. Этот мозаицизм обнаруживается CGH на основе массивов как отклонение от ожидаемого соотношения количества копий. Пример этого четко виден в случае индивидуума с изохромосомой Yp (рис. 2B), где соотношение 2: 1 по сравнению с нормальным мужским эталоном ожидается для областей Y-хромосомы, включенных в изохромосому.Соотношение промежуточное между 1: 1 и 2: 1. Это переменное промежуточное соотношение наблюдалось при анализе нескольких пациентов (данные не показаны) с изохромосомами Yp (вся мозаика для линии клеток 45X ¹² ). Эти различные соотношения можно будет откалибровать, чтобы оценить процент мозаицизма.

Выявление делеций Yq, ведущих к мужскому бесплодию

Анализ CGH бесплодных мужчин показывает, что массивы мозаичных путей половых хромосом обеспечат быстрое средство диагностики делеций Y, связанных с дефектными фенотипами сперматогенеза.Удаления в AZFa, ^{22 , 25 , 26 , 27 , 28} AZFb ^{25 , 29 , 30 , 31} и AZFc ^{25 , 32} Интервалы ^{, 33,} , ^{, 34,} , ^{, 35,} , были охарактеризованы достаточно подробно, и поэтому их можно сравнить с областями, обнаруженными массивом CGH. Для интервалов AZFa и AZFb дискретные делеции с участием относительно небольшого количества клонов, содержащих подходящие гены-кандидаты, показали уменьшенное количество копий.Напротив, картина уменьшения количества копий в области AZFc сложна и варьируется от одного клона к другому. Нерекомбинирующая область Y-хромосомы плотно упакована внутрихромосомными повторяющимися элементами ³⁶ , известными как ампликоны, и они обычно организованы в палиндромные структуры с высокой идентичностью последовательностей (> 99,9%) между плечами палиндрома. ^{33 , 37} Такие структуры особенно заметны в области AZFc Y-хромосомы и могут приводить к делециям, дупликациям, инверсиям и событиям преобразования генов из-за гомологичной рекомбинации между прямыми и инвертированными повторами. ^{30 , 38 , 39} Различная степень делеции, проявляемая различными клонами в пределах интервала, вероятно, частично отражает неполное удаление обеих ветвей палиндрома и / или подавление Y-специфических повторяющихся последовательностей. присутствует в другом месте хромосомы. Использование праймеров ПЦР для маркеров STS, созданных из областей с одной копией, подтвердило, что последовательности, содержащиеся в некоторых клонах, которые демонстрируют частичную делецию, на самом деле удалены.

Делеции, вызванные событиями рекомбинации между различными прямыми повторами в палиндромах AZFc, определили расходящиеся категории потери интервала AZFc. ^{35 , 39} Паттерны делеции AZFc, наблюдаемые у разных людей, исследованных в этом исследовании, коррелируют с общей делецией b2 / b4, охватывающей 3,5 Мб длинного плеча Y-хромосомы. ^{32 , 40} Анализируя различные категории делеции AZFc, должна быть возможность идентифицировать диагностические сигнатуры удаления AZFc. Не все изменения количества копий в области AZFc вызывают бесплодие, как было выявлено в этом исследовании двумя нормальными фертильными самцами, показавшими в одном случае делецию, а в другом случае амплификацию последовательностей AZFc (данные не показаны).Это может быть связано с тем, что дозировка ключевых генов не превысила нижний или верхний критический порог. Интересно отметить, что амплификация последовательностей AZFc не связана с бесплодием, что согласуется с сообщениями о влиянии количества копий гена DAZ. ⁴¹

Обнаружение обмена X – Y у XX самцов с измененным полом

Карты делеции с использованием серии ДНК-зондов Yp показали, что существуют значительные различия в переносе последовательностей Y у самцов XX. ^{14 , 16 , 42} Это очевидно из четырех мужчин XX, представленных в этом исследовании, где не только произошел обмен различными частями Y-хромосомы, но также наблюдаются вариации в потере материала хромосомы X.Более того, в двух изученных случаях, по-видимому, наблюдается некоторая прерывистость в замененных последовательностях Yp, что отражает результаты молекулярного анализа. ¹⁴ Этот паттерн может представлять собой настоящие сложные прерывистые делеции, хотя более вероятно, что это результат инверсионных полиморфизмов в популяции Y-хромосомы, которые, как считается, распространены в нерекомбинирующей части Y-хромосомы, где строгий порядок не соблюден. поддерживается гомологичным спариванием и рекомбинацией. ¹² Пример этого был описан Vogt et al., ⁴³ , где порядок локусов TSPYA и TSPYB на Yp у некоторых людей обратный.После обмена X – Y в отце самца XX, несущего инверсионный полиморфизм, последовательности Y, присутствующие в самце XX, по-видимому, происходят из прерывистых блоков. У двух пациентов взаимозаменяемая точка разрыва X произошла в пределах PAR1, что привело к утроению части PAR1, которая проксимальнее точки разрыва X (рис. 5A). Наблюдаемое соотношение 1,5: 1 согласуется с соотношением 3: 2 для проксимального PAR1, которое может возникнуть в результате его трехкратного повторения. Как и ожидалось, остаток PAR1 присутствует в соотношении 1: 1 из-за вклада дистального сегмента от замененного Y.Сходное тройное дублирование X – Y гомологичных последовательностей Yp11.2 / Xq21.3 также можно наблюдать, когда соответствующие области Yp были включены в обмен, приводящий к XX самцу.

Генерация полных массивов хромосомных тайлинговых путей для половых хромосом на основе клонов с большими вставками размером 100–200 т. п.н. обеспечивает гораздо большее разрешение точек останова, связанных с хромосомными аберрациями, чем это возможно с помощью традиционных цитогенетических подходов. Это не только имеет большой потенциал в исследованиях корреляций генотип / фенотип, но также имеет мощное применение в диагностике для определения точных аберраций половых хромосом.Полные мозаичные массивы путей имеют некоторые преимущества перед целевыми массивами, предназначенными для доставки информации о предварительно выбранных геномных областях. Последние могут не обнаруживать хромосомные нарушения, которые вызывают подобный фенотип, из-за неполного покрытия генома данной хромосомы. Таким образом, полные массивы хромосомных плиток можно использовать для выполнения начального быстрого скрининга с использованием соответствующих массивов для определения места аберрации и для подтверждения любых изменений с помощью цитогенетического анализа с высоким разрешением, флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) или методов ПЦР. После идентификации интересных областей на половых хромосомах построение регионально-специфичного массива более высокого разрешения (с использованием олигонуклеотидов) может привести не только к обнаружению более мелких поражений, но также к выяснению более тонких и сложных изменений дозировки в пределах более мелких аберраций. .

женщин генетически больше, чем ожидалось

Половые хромосомы обычно определяют, мужчина вы или женщина. Женщины XX.Мужчины — XY. Однако генетически некоторые женщины на самом деле являются мужчинами. Они растут женщинами с женским телом, и большинство только в период полового созревания обнаруживают, что они разные. Датские исследователи впервые составили карту того, сколько женщин являются мужчинами генетически. Доля оказалась выше, чем ожидалось.

Вы не можете увидеть это, если не знаете, что ищете. Один из 15 000 мужчин рождается и растет девочкой. И ни эти девочки, ни их родители этого не знают. Эти девочки не открывают для себя ничего другого до полового созревания.

«Девочки, рожденные с хромосомами XY, генетически являются мальчиками, но по разным причинам — мутации в генах, определяющих половое развитие — мужские характеристики никогда не проявляются. Они живут своей жизнью как девочки, а затем как женщины, а некоторые даже могут рожать. Наше исследование, первое общенациональное исследование в мире, показывает, что эта группа на 50% больше, чем предполагалось ранее. То, как эти девушки узнают факты и открыто говорят о своей ситуации, также сильно различается, — объясняет Клаус Хойбьерг Гравхольт, который руководил исследованием и является профессором кафедры клинической медицины Орхусского университета.

Вместе с коллегами он исследует, почему возникают аномалии половых хромосом и, следовательно, как люди с хромосомами XY могут стать женщинами. В основном разница между двумя типами генетических мутаций; раньше они назывались синдромом Морриса и синдромом Свайера, но теперь все вместе они называются расстройствами полового развития (DSD).

«Синдром Морриса теперь называется 46, XY DSD: синдром нечувствительности к андрогенам. У этих людей чрезвычайно высокий уровень тестостерона и других мужских половых гормонов, но тестостерон не влияет на клетки плода, которые обычно развиваются в мужские половые органы из-за мутации в гене рецептора андрогенов.Следовательно, эти люди имеют мужские хромосомы, но в социальном и внешнем отношении они являются женщинами. У них нет внутренних женских половых органов, и они образуют яички, которые остаются скрытыми в брюшной полости ».

СКРЫТЫЕ МУЖЧИНЫ

Обычно большинство девочек с синдромом нечувствительности к андрогенам в период полового созревания обнаруживают, что они отличаются от других девочек. У них нет менструации, и большинство из них никогда не сможет родить. Помимо открытия, что у женщин больше XY-хромосом, чем предполагалось ранее, исследователи также были удивлены различиями в том, когда эти девушки и женщины обнаруживают, что что-то другое.Девочки с синдромом нечувствительности к андрогенам были диагностированы в среднем в возрасте 7–8 лет, но у некоторых 34-летних женщин этот синдром еще не диагностирован.

«Это удивительно, хотя большинство этих женщин знают, что они не могут рожать и что они настроены немного иначе, чем другие женщины. Они просто не знают почему. Однако еще более удивительным является тот факт, что средний возраст девочек, у которых диагностирована дисгенезия гонад, ранее известная как синдром Свайера, составляет 17 лет.”

Причина столь высокого возраста постановки диагноза, по-видимому, заключается в том, что у этих женщин на самом деле развиваются почти нормальные половые органы. Женщины с дисгенезией гонад имеют мутацию в гене SRY Y-хромосомы, который кодирует белок, известный как фактор, определяющий яички, который обычно приводит к развитию яичек в первые недели внутриутробного развития плода. В отсутствие белка яички не развиваются, а вместо них развиваются почти нормальные женские половые органы.

«У женщин не развиваются вторичные женские характеристики, такие как грудь, но у них есть матка, поэтому при соответствующем гормональном лечении и имплантации оплодотворенных яйцеклеток они действительно могут забеременеть и родить. Самая большая проблема в том, что их яичники не развиты, и если яичники не удалить, у них повышается риск развития рака яичников ».

ДАНИЯ УНИКАЛЬНАЯ

Группа Клауса Хойбьерга Гравхолта уделяет большое внимание возникающим в результате заболеваниям, связанным с аномалиями половых хромосом.Они наиболее важны для людей с аномалиями, но также важны в более широком контексте для понимания многих процессов заболевания на генетическом, молекулярном, клиническом и эпидемиологическом уровнях.

«Идея состоит в том, что это исследование может помочь нам понять основные группы заболеваний, такие как диабет 2 типа и болезни сердца, которые чаще встречаются среди людей с аномалиями половых хромосом. Поскольку эти люди имеют более высокую распространенность вызываемых ими заболеваний, выявить закономерности также проще.В конечном итоге мы надеемся, что эти знания принесут пользу этим женщинам и другим людям с диабетом или сердечными заболеваниями ».

Датские исследователи в основном занимаются помощью и лечением женщин и мужчин с аномалиями половых хромосом. Эти люди обычно сталкиваются с физическими проблемами, связанными с их сексуальностью, неспособностью к родам или заболеваниями, вызванными нехваткой половых гормонов. Они также сталкиваются с психическими проблемами.

«Это очень обидно для людей, которые выросли и жили годами, полагая, что они принадлежат к определенному полу, внезапно обнаруживают, что они на самом деле принадлежат к противоположному полу.Это может быть облегчением, но также может быть и утратой. Для большинства людей это становится шоком, который полностью меняет их личность. Чтобы справиться с этим, могут потребоваться годы », — заключает Клаус Хойбьерг Гравхольт.

«Заболеваемость, распространенность, задержка диагностики и клинические проявления нарушений полового развития у женщин 46 лет, XY» был опубликован в сентябре 2016 г. в Журнале клинической эндокринологии и метаболизма.

В 2013–2015 годах Фонд Ново Нордиск предоставил грант на исследование синдромов половых хромосом группе Клауса Хойбьерга Гравхолта на кафедре клинической медицины Орхусского университета.

X и Y и будущее здравоохранения

Томас Джефферсон заявил, что все люди созданы равными, и в основном был прав.

Все мужчины примерно на 99,9% идентичны, когда дело доходит до их геномов, биологических объектов, которые несут коды черт, передаваемых из поколения в поколение от родителей и их детей. Это означает, что любые два самца различаются всего на 0,1 процента на генетическом уровне, и эти различия объясняют все разнообразие, заданное у самцов до того, как они начнут развиваться у их матерей, а затем и во внешнем мире.

Конечно, несмотря на высокий язык и демократическую философию, отцы-основатели страны сделали некоторые заметные исключения в своей концепции равенства и неотъемлемых прав граждан новой страны. И хотя женщины сегодня продолжают бороться за равенство во многих аспектах жизни общества, они меньше похожи на мужчин, чем знал даже Джефферсон, разделяя с мужчинами лишь 98,5% своей генетической структуры. Это в 15 раз больше, чем разница между любыми двумя мужчинами-мужчинами, которые примерно так же генетически похожи на самца шимпанзе, как и на человеческую самку.

«Возможно, наш геном эволюционировал таким образом, чтобы его можно было читать двумя разными способами», — сказал д-р Дэвид С. Пейдж, директор Института Уайтхеда и профессор биологии Массачусетского технологического института, имея в виду то, как Генетический код транслируется организмом при создании белков, строительных блоков клеток. «Мы действительно не можем думать о различиях полов в отношении здоровья и болезней, не рассматривая пол и гендер в контексте эволюции».

На презентации Grand Rounds в мае, организованной Отделом психиатрического здоровья женщин Йельской школы медицины, Пейдж проследил происхождение человеческих хромосом X и Y, которые определяют пол каждого человека, и заявил, что исследователям и практикующим врачам необходимо коренным образом изменить их подход к изучению и лечению заболеваний, чтобы отразить различия между мужчинами и женщинами, существующие в каждой клетке их тела.

«До тех пор, пока мы не придем к пониманию того, как мужчины и женщины по-разному читают свои геномы — мы будем продолжать удивляться каждый раз, когда мы сталкиваемся с половыми различиями в заболеваемости, тяжести или реакции на терапию», — сказал Пейдж. «И я думаю, мы должны что-то с этим делать».

Давным-давно, в далекой-далекой гамете …

Жизнь на нашей планете началась с одноклеточных организмов, таких как бактерии, которые размножаются бесполым путем. Нет матери и отца.Клетка просто воспроизводит свой генетический материал и делится на две или более клеток, которые генетически идентичны родительской клетке.

Примерно три или четыре миллиарда лет назад эти одноклеточные организмы без отдельного ядра (прокариоты или бактерии) начали ограниченный обмен генетической информацией. Затем, около двух миллиардов лет назад, такие организмы, как дрожжи, с отдельными клеточными ядрами и специализированными структурами, называемыми органеллами (эукариоты), поместили свои гены в пары, чтобы их можно было разделить на две структурно идентичные гаметы (одноклеточные репродуктивные единицы, называемые спорами в организме человека). случай с дрожжами) и собрали заново, чтобы создать новый организм.Этот особый вид деления клеток называется мейозом.

Около 600 миллионов лет назад у животных начали развиваться специализированные гаметы — структурно разные одноклеточные единицы для самок (яйца) и самцов (сперма). Сперматозоиды оплодотворяют яйцеклетку, которая затем объединяет гены обоих родителей. Но у таких животных, включая современных черепах, не было специализированных половых хромосом, определяющих пол потомства. Самцы и самки были генетически идентичны, а пол определялся температурой инкубации яйца.

И, наконец, примерно 300 миллионов лет назад у наших предков начали развиваться половые хромосомы.

У человека есть 23 пары хромосом, которые представляют собой структуры, обнаруженные в ядре каждой клетки, содержащие плотно упакованные молекулы, известные как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), материал, несущий генетический код.

Одна пара из 23 хромосом, известная как половые хромосомы, определяет при зачатии, разовьется ли оплодотворенная яйцеклетка в мужчину или женщину.Сегодня у женщин есть одна пара идентичных Х-хромосом. Мужчины-мужчины вместо пары имеют одну X-хромосому и одну Y-хромосому меньшего размера.

Яйцо человека содержит только Х-хромосому. Сперма человека содержит хромосому X или Y, тем самым определяя пол потомства после оплодотворения. XX = женский. XY = самец.

Доктор Пейдж и его коллеги потратили большую часть последних двух десятилетий на реконструкцию эволюционного происхождения человеческих X- и Y-хромосом.Они проследили происхождение этих половых хромосом до обычных хромосом, называемых аутосомами, у эволюционных предков, общих с птицами.

«Последние 50 лет мы отвлекались и обманывались существованием наших половых хромосом», — сказал Пейдж. «Большинство генов, которые на самом деле участвуют в формировании различных анатомий мужчин и женщин, не находятся на половых хромосомах. Большинство из них находятся на аутосомах. Они абсолютно одинаковы у мужчин и женщин. Просто аутосомы читаются по-разному у мужчин и женщин из-за половых хромосом, точно так же, как весь геном читается по-разному у мужчин и женщин.

Y отмечает пятно

Согласно Пейджу, около 300 миллионов лет назад у предков человечества были только обычные хромосомы, которые, как у современных черепах, не определяли пол только что зачатого организма. В конце концов, в члене одной из этих обычных пар хромосом возникла мутация, которая стала тем, что сегодня существует как определяющий пол ген на Y-хромосоме, известный как SRY.

Затем, по словам Пейджа, сначала в непосредственной близости от SRY, а затем в более крупном регионе, то, что постепенно становилось хромосомами X и Y, перестало обмениваться информацией.Х-хромосома продолжала обмениваться генетической информацией с другими Х-хромосомами через женский мейоз. Но во время мужского мейоза Y оказался изолированным. И повреждающие мутации, которые обычно были бы устранены в процессе естественного обмена, начали накапливаться, в результате чего Y-хромосома стала меньше и с меньшим количеством выживших генов от этого более раннего предка.

Используя компьютерное моделирование, команда Пейджа определила 639 генов, которые существовали на аутосомном предке X- и Y-хромосом, которые были у людей и птиц 300 миллионов лет назад. Сегодня Х-хромосома человека сохраняет 629 из этих наследственных генов. У Y-хромосомы всего 17 выживших, и все они продолжают выживать и на X.

И эти гены не просто выжили все это время у видов, которые в конечном итоге превратились в людей. По крайней мере, у одного из восьми видов млекопитающих, изученных командой Пейджа, 36 из 639 генов выживают сегодня.

Дополнительные исследования показали, что выжившие человеческие гены обладают особыми качествами, — сказал Пейдж. Те, что выжили на Y-хромосоме, широко экспрессируются (активны во многих тканях и органах по всему телу) как во взрослых тканях, так и в эмбрионах до имплантации.По словам Пейджа, из 17 выживших генов на Y-хромосоме 12 широко экспрессируются по всему телу, а не только в семенниках, где производится сперма. Многие играют центральную роль в регуляции и экспрессии генов.

«Итак, я говорю, что выжившие гены были очень и очень неслучайным образцом», — сказал Пейдж. «Они вовлечены в центральное выполнение молекулярной биологии».

Выходя за рамки гонад

Доктор Пейдж призвал медицинские школы изучить различия между клетками XX и XY на более фундаментальном уровне.

В течение последних 50 лет студентов учили, что за пределами гонад — репродуктивных органов, в которых вырабатываются сперматозоиды и яйцеклетки — клетки с парами XX и XY функционально эквивалентны, потому что на Y-хромосоме нет ничего, что действовало бы за пределами семенников. Их учили, что гормоны, выделяемые яичками и яичниками, в которых вырабатываются яйцеклетки, несут полную ответственность за то, чтобы сделать тело более мужским или женским.

Но Пейдж утверждал, что существуют внутренние биохимические различия между XX и XY клетками, которые влияют на ткани и органы по всему телу и оказывают значительное влияние независимо от половых гормонов.И практикующие врачи должны понимать эти различия, чтобы правильно лечить своих пациентов.

«Представьте, что вы собираетесь на операцию, а ваш хирург никогда не был проинструктирован об анатомических различиях между мужчинами и женщинами», — сказал он. «Не могли бы вы подписать форму согласия?»

То же самое относится и к пониманию биологии болезней.

Пейдж указывает на дилатационную кардиомиопатию, генетический дефект, при котором сердце опасно раздувается и убивает мужчин в среднем на 10 лет раньше, чем женщин.Или о том, что женщин с ревматоидным артритом примерно в три раза больше, чем мужчин, и в пять раз больше мальчиков с диагнозом аутизм, чем девочек. 90 процентов страдающих аутоиммунной волчанкой составляют женщины.

Поскольку нет очевидных анатомических различий, объясняющих эти и многие другие различия, Пейдж призывает исследователей изучить, как клетки XX и XY работают по-разному во всем теле.

«Эти клетки знают на фундаментальном уровне, являются ли они XX или XY», — сказал он, утверждая, что нынешнее состояние наших молекулярных знаний о половых различиях эквивалентно знанию анатомии в 16 веке.

Но он оставался оптимистом, даже когда предлагал реструктуризацию медицинской науки, чтобы, наконец, попытаться слишком долго упускать из виду самое фундаментальное различие между мужчинами и женщинами.