ข้อมูล

ทำไมหนูที่มีโครโมโซม X ตัวเดียวและไม่มีโครโมโซม Y ตัวผู้?

ทำไมหนูที่มีโครโมโซม X ตัวเดียวและไม่มีโครโมโซม Y ตัวผู้?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ฉันกำลังค้นหาออนไลน์และอ่านบทความนี้ หนูสามารถเป็นผู้ชายได้โดยไม่มีโครโมโซม Y และนี่เป็นส่วนหนึ่งของมัน:

การทดลองแสดงให้เห็นว่ามีหลายวิธีที่จะทำให้ผู้ชาย Richard Behringer นักพันธุศาสตร์พัฒนาการที่ MD Anderson Cancer Center ในฮูสตันกล่าว "พวกเขาทำได้โดยไม่มีข้อมูลยีนโครโมโซม Y" เขากล่าว “ไม่มีแม้แต่กลิ่นของ Y รอบตัว”

ฉันรู้ว่าหนูถูกแยกออกจากตัวผู้และตัวเมีย และพวกมันทั้งคู่จำเป็นต่อการสืบพันธุ์ ใครช่วยอธิบายให้ฉันฟังได้ไหมว่ามันเป็นไปได้อย่างไร มีศัพท์เฉพาะทางชีววิทยามากมายที่ฉันไม่เข้าใจดี


สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกือบทั้งหมด (รวมทั้งหนูและมนุษย์) มีสองเพศโดยที่ตัวผู้มีโครโมโซม Y และโครโมโซม X (ในขณะที่ตัวเมียมีโครโมโซม X และไม่มี Y) นี่ไม่ใช่วิธีเดียวที่สิ่งมีชีวิตสามารถกำหนดเพศได้ แต่เป็นวิธีเดียวที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมวิวัฒนาการมาได้

การมี Y ทำให้แต่ละคนเป็นผู้ชายได้อย่างไร? Y มียีนเพียงไม่กี่ยีน (น้อยกว่าโครโมโซมอื่น ๆ ทั้งหมด) แต่มียีนที่เกิดขึ้นเฉพาะใน Y โดยเฉพาะอย่างยิ่งยีนที่เรียกว่า SRY เป็นยีนหลักที่ทำให้บุคคลพัฒนาลักษณะเพศชาย ส่วนใหญ่ทำงานโดยอ้อมโดยการสร้างโปรตีนที่มีผลต่อยีนอื่น ๆ มากมายบนโครโมโซมอื่น ๆ ซึ่งจะสร้างและรักษารูปร่างของผู้ชาย

ในการทดลองที่รายงานโดยบทความที่กล่าวถึงในคำถามนี้ พวกมันสามารถทำให้หนูที่ไม่มีโครโมโซม Y พัฒนาลักษณะเพศชายได้หลายอย่าง พวกเขาทำสิ่งนี้โดยแกล้งทำเป็นการกระทำของ SRY หนึ่งหรือสองอย่าง หนึ่งในหลายๆ การกระทำของ SRY คือการเปิดใช้ยีนที่เรียกว่า Sox9 (ซึ่งอยู่บนโครโมโซมที่ไม่ใช่ Y) และปรากฎว่า Sox9 ทำให้เกิดสิ่งต่างๆ ส่วนใหญ่ที่ทำให้เมาส์ตัวผู้

ดังนั้นผู้ทดลองจึงพบวิธีเปิด Sox9 โดยไม่ต้องใช้ SRY หรือสิ่งอื่นใดจากโครโมโซม Y สิ่งนี้ทำให้พวกมันเป็นหนูที่ดูเหมือนตัวผู้ แต่ไม่ได้ผลิตสเปิร์ม ดังนั้นพวกเขาจึงทำบางสิ่งเพิ่มเติมเพื่อทดแทนโครโมโซม Y และทำให้ยีนที่อ่อนแอบน X ทำงานด้วยกำลังหลายเท่าเพื่อทำงานที่ปกติแล้วยีน Y ที่แรงจะทำ สิ่งนี้ทำให้หนู "ตัวผู้" พิเศษผลิตสเปิร์ม แต่สเปิร์มเหล่านี้ทำงานได้ไม่เต็มที่ (ไม่สามารถว่ายน้ำและเข้าไปในไข่ได้) ดังนั้นพวกเขาจึงแสดงให้เห็นว่าพวกมันเป็นสเปิร์มโดยพื้นฐานแล้วเพียงแค่ใช้เข็มเล็กๆ ฉีดสเปิร์มกึ่งทำหน้าที่เข้าไปในไข่ของหนู และให้ไข่เหล่านั้นพัฒนาเป็นทารกที่ยังมีชีวิต หนู

สิ่งสำคัญที่สุด หากคุณใช้วิธีการประดิษฐ์เพื่อทำสิ่งที่โครโมโซม Y ทำ คุณสามารถสร้างหนูเพศผู้ที่ไม่มีโครโมโซม Y ได้ (และเรียนรู้บางสิ่งในกระบวนการนี้)


โครโมโซม Bull Y วิวัฒนาการมาเพื่อกลั่นแกล้งเป็น gametes

นักวิจัยจากสถาบัน Whitehead ได้จัดลำดับโครโมโซม Y ของวัว Hereford เครดิต: Richard Webb / Hereford bull calf / CC BY-SA 2.0

ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ 18 พ.ย. ในวารสาร การวิจัยจีโนมนักวิทยาศาสตร์ในห้องทดลองของสมาชิกสถาบันไวท์เฮด เดวิด เพจ นำเสนอลำดับโครโมโซม Y ของวัวเฮียร์ฟอร์ดที่มีความละเอียดสูงเต็มรูปแบบเป็นครั้งแรก การวิจัยซึ่งใช้เวลากว่าทศวรรษในการสร้างชี้ให้เห็นว่าโครโมโซม Y ของวัวกระทิงได้พัฒนาสำเนาของยีนเดียวกันหลายสิบชุดในความเห็นแก่ตัวเพื่อสร้างเพศชายมากขึ้น ซึ่งเป็นการเคลื่อนไหวที่ตอบโต้ในโครโมโซม X ที่กำหนดโดยผู้หญิง

"เมื่อคุณมีโครโมโซม X และ Y มันคือการตั้งค่าสำหรับความขัดแย้ง" เพจซึ่งเป็นศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์และผู้ตรวจสอบของ Howard Hughes Medical Institute กล่าว "การได้เห็นการแข่งขันอย่างเต็มรูปแบบระหว่างวัว X และ Y หมายความว่าเราต้องคิดให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับความขัดแย้งนี้เป็นลักษณะทั่วไปของโครโมโซมเพศในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม"

ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับพลังที่ควบคุมพฤติกรรมและวิวัฒนาการของโครโมโซมเพศ จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ในห้องทดลองของเพจศึกษาความแตกต่างทางพันธุกรรมระหว่างเพศชายและเพศหญิง และวิธีที่พวกมันมีต่อสุขภาพและโรคในทุกส่วนของร่างกาย เพจกล่าวเสริม

ของหนู ผู้ชาย และวัวควาย

โครโมโซมเพศ - X และ Y - วิวัฒนาการมาจากโครโมโซมสมมาตรคู่ปกติเมื่อประมาณ 200 ล้านปีก่อน เพศเมียที่เกิดมาพร้อมกับโครโมโซม X สองตัว ผู้ที่เกิดมาโดยกำเนิดจะมี X หนึ่งตัวและ Y หนึ่งตัว

ห้องทดลองของเพจประสบความสำเร็จในการจัดลำดับโครโมโซม Y ของมนุษย์ในปี พ.ศ. 2546 และหลังจากนั้นนักวิจัยต้องการเปรียบเทียบลำดับกับโครโมโซมในสัตว์อื่น ๆ เพื่อช่วยให้เข้าใจว่าพวกมันมีวิวัฒนาการและแตกต่างกันอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป

เพื่อทำการเปรียบเทียบเหล่านี้ นักวิจัยในห้องทดลองของ Page ได้จัดทำรายชื่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิด รวมทั้งชิมแปนซี โอพอสซัม และหนู ซึ่งมีกิ่งก้านที่แตกต่างกันของแผนภูมิต้นไม้ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นักวิทยาศาสตร์เริ่มหาลำดับ Ys ของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ทีละคน โดยใช้วิธีการจัดลำดับความละเอียดสูงที่เรียกว่า SHIMS ซึ่งย่อมาจาก Single-Haplotype Iterative Mapping and Sequencing เพื่อให้ได้รายละเอียดในระดับที่เทคนิคอื่นๆ เช่น การจัดลำดับปืนลูกซอง ไม่สามารถทำได้ .

เทคโนโลยีการจัดลำดับอันทรงพลังนี้ทำให้นักวิจัยสามารถสังเกตลักษณะเฉพาะที่แปลกประหลาดของโครโมโซม Y ได้: ในบางสปีชีส์ สารพันธุกรรมเกือบทั้งหมดบน Y นั้นประกอบด้วยลำดับของ DNA ที่ได้รับการขยายหลายสิบหรือหลายร้อยครั้ง—"เช่น ห้องโถงกระจก” เพจกล่าว

ตัวอย่างเช่น ในหนูทดลอง การทำซ้ำของยีนจำเพาะอัณฑะเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้น คิดเป็นเกือบ 98 เปอร์เซ็นต์ของโครโมโซม Y อย่างไรก็ตาม ในมนุษย์ การทำซ้ำนั้นมีเพียงประมาณ 45 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น "เราต้องการทราบว่านี่เป็นเพียงลักษณะเฉพาะของหนู หรือโครโมโซม Y ตัวอื่นอาจเข้ามาใกล้" เพจกล่าว

นั่นคือสิ่งที่วัวเข้ามา "นอกเหนือจากบิชอพและสัตว์ฟันแทะแล้ว กิ่งต่อไปของต้นไม้เลี้ยงลูกด้วยนมยังมีวัวกระทิงด้วย" เจนนิเฟอร์ ฮิวจ์ส นักวิจัยในห้องทดลองของเพจและผู้เขียนบทความฉบับแรกกล่าว "เราไม่รู้ว่าโครโมโซม Y ของวัวตัวผู้จะดูเหมือนเมาส์ Y หรือ Y ของมนุษย์ หรืออย่างอื่นโดยสิ้นเชิง"

การวิ่งของวัว (ข้อมูลลำดับ)

ต้องใช้ Page Lab และผู้ทำงานร่วมกันที่ศูนย์การจัดลำดับจีโนมมนุษย์ของวิทยาลัยแพทยศาสตร์เบย์เลอร์, สถาบัน McDonnell Genome Institute ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตัน, มหาวิทยาลัย Texas A&M และสถาบันอื่น ๆ กว่าทศวรรษเพื่อแยกแยะความซับซ้อนของโครโมโซม Y ตัวผู้ อันที่จริง มันกลายเป็นยีนที่มีความหนาแน่นมากที่สุดของโครโมโซม Y ใดๆ ที่เคยทำแผนที่ ส่วนใหญ่มาจากข้อเท็จจริงที่ว่า 96 เปอร์เซ็นต์ของสารพันธุกรรมของมันประกอบด้วยลำดับที่ซ้ำกัน

เช่นเดียวกับในหนู "ห้องโถงกระจก" ของวัวส่วนใหญ่ดูเหมือนจะแสดงออกในอัณฑะ แต่คำถามยังคงอยู่: ทำไม? "อะไรเป็นแรงผลักดันให้ผลิตสเปิร์มมากขึ้นไม่ได้ เพราะมันเกินความจำเป็นใช่ไหม" ฮิวจ์สกล่าว "คุณไม่จำเป็นต้องมียีนหลายร้อยสำเนาเพื่อทำงานนั้นให้สำเร็จ"

นักวิจัยพบเบาะแสเมื่อพวกเขามองดูโครโมโซม X ของวัวอย่างใกล้ชิด: โครโมโซมเพศที่เป็นตัวกำหนดเพศหญิงก็มีสำเนาของยีนเฉพาะอัณฑะเหล่านี้สองสามสำเนา "เราไม่รู้กลไกในวัวจริงๆ แต่ความคิดก็คือการขยายยีนเหล่านี้ใน Y นั้นเกี่ยวข้องกับการช่วยให้ Y ได้รับการส่งต่อ และสำเนา X จะถูกขยายเพื่อแข่งขันกับแนวโน้มนั้นและ ช่วย X” ฮิวจ์สกล่าว

การแข่งขันอาวุธ X-Y นี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเกิดขึ้นในหนู: ยังไงก็ตาม ยีนที่ซ้ำกันบนโครโมโซม Y ทำให้มันมีความได้เปรียบมากขึ้นเมื่อมันจบลงที่สเปิร์มในระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ ในการศึกษาในปี 2555 นักวิจัยได้ขจัดการเกิดซ้ำของโครโมโซม Y หากไม่มียีนพิเศษ โครโมโซม X มากกว่า Y จะจบลงที่เซลล์อสุจิ และอัตราส่วนเพศของลูกหลานก็เบ้เพศหญิง ตลอดหลายปีแห่งวิวัฒนาการ X ได้พัฒนารูปแบบการทำซ้ำเช่นกัน ซึ่งเป็นวิธีของตัวเองในการแข่ง

การแข่งขันระหว่างโครโมโซม X และ Y นั้นเห็นแก่ตัว ฮิวจ์กล่าว เพราะมันไม่ใช่เรื่องดีที่สปีชีส์จะมีอัตราส่วนเพศเบ้ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จึงเป็นประโยชน์ต่อโครโมโซมที่นำโชคซึ่งไปสิ้นสุดที่ไข่ที่ปฏิสนธิเท่านั้น ความจริงที่ว่ากลไกที่เห็นแก่ตัว—และแม้กระทั่งอันตราย—จะดำเนินต่อไปเป็นเวลาหลายล้านปีในสาขาที่แตกต่างกันของต้นไม้วิวัฒนาการ แสดงให้เห็นว่าความขัดแย้งเหล่านี้อาจเป็นผลข้างเคียงที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จากการมีโครโมโซมเพศที่ไม่สมมาตรคู่หนึ่ง "การแข่งขันอาวุธ X-Y เหล่านี้น่าจะมีมานานแล้วตราบเท่าที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีอยู่" เพจกล่าว

นอกเหนือจากทฤษฎีวิวัฒนาการแล้ว การรู้กลไกที่ควบคุมอัตราส่วนเพศของวัวอาจนำไปใช้ได้จริงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า “พ่อพันธุ์แม่พันธุ์อาจเป็นที่สนใจอย่างมาก เพราะพวกเขาชอบที่จะสามารถจัดการกับเพศของลูกวัวได้” ฮิวจ์สกล่าว "ตัวอย่างเช่น เกษตรกรผู้เลี้ยงโคนมต้องการผู้หญิงมากกว่า และเกษตรกรผู้เลี้ยงเนื้อจะชอบผู้ชายมากกว่า"

ขณะนี้ ห้องปฏิบัติการกำลังทำงานเพื่อแยกกิ่งก้านของต้นไม้วิวัฒนาการโครโมโซม Y ออก วัวเป็นโครโมโซมเพศที่เจ็ดที่จะจัดลำดับอย่างสมบูรณ์โดยใช้วิธี SHIMS Hughes, Page และห้องแล็บต่างจับตามองสมาชิกของกลุ่มสัตว์อื่นๆ รวมถึงสัตว์เลื้อยคลาน

“ห้องปฏิบัติการของเรามุ่งเน้นไปที่ความแตกต่างทางเพศในร่างกายมนุษย์ และงานทั้งหมดนั้นได้รับแรงบันดาลใจจากบทเรียนที่เราได้เรียนรู้จากการเปรียบเทียบโครโมโซม Y ของสัตว์ต่าง ๆ กับของเราเอง” เพจกล่าว “มันเหมือนกับเมื่อคุณไปที่แกลเลอรี่ศิลปะและเพียงแค่นั่งบนม้านั่งและดูและรู้สึกได้รับแรงบันดาลใจ—ลำดับเหล่านี้เป็นแหล่งแรงบันดาลใจที่ไม่มีที่สิ้นสุดในงานที่เราทำ และตอนนี้เราสามารถเพิ่มกระทิงในแกลเลอรี่ของเราได้แล้ว”


สิ่งมีชีวิตเล็กๆ เหล่านี้มี 'ระบบโครโมโซมเพศที่แปลกประหลาดที่สุดที่นักวิทยาศาสตร์รู้จัก'

เมื่อพูดถึงการแบ่งสัตว์ตามเพศ วิวัฒนาการเป็นที่รู้จักในด้านความคิดสร้างสรรค์ โครโมโซมที่กำหนดฟังก์ชันการสร้างทารกได้รับการคิดค้นขึ้นใหม่บ่อยครั้งตลอดช่วงอายุ ซึ่งยากต่อการติดตาม

บางกลุ่ม เช่น สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม คิดว่ามีความสอดคล้องกันพอสมควรในการถ่ายทอดพันธุกรรมในเกมการสืบพันธุ์ แต่ท้องทุ่งคืบคลาน (ไมโครทัส ออริโกนี) เห็นได้ชัดว่าไม่ได้รับบันทึกนั้น

ตอนนี้ นักวิจัยในสหรัฐฯ มีความคิดที่ดีขึ้นเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับลูกบอลคี่เล็ก ๆ

50 ปีที่แล้ว Susumu Ohno นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการชาวญี่ปุ่นชาวอเมริกัน ชี้ให้เห็นถึงลักษณะแปลก ๆ บางประการเกี่ยวกับการกระจายโครโมโซมเพศในหนูน้อยน่ารักในอเมริกาเหนือตัวนี้

ตัวอย่างเช่น ในขณะที่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในรกและกระเป๋าหน้าท้องส่วนใหญ่มีโครโมโซม X สองตัวในเซลล์ส่วนใหญ่ของพวกมัน ที่น่าสับสนคือ เมื่อเซลล์เพศของเราลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง ภายในเนื้อเยื่อที่สร้างไข่ในท้องที่คืบคลาน คุณจะพบการจัดเรียงแบบดับเบิ้ลเอ็กซ์

อย่างน้อยผู้ชายก็เหมือนกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทั่วไปที่มี X และ Y ในแต่ละเซลล์ที่ไม่ใช่เพศของร่างกายและมีโครโมโซมเดี่ยวในเซลล์ที่สร้างสเปิร์ม ด้วยเหตุผลบางอย่าง โครโมโซม 'Y' เหมือนกันเสมอ

ท้องนาที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดไม่แสดงลักษณะเหล่านี้ ดังนั้นไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับท้องนาที่กำลังคืบคลาน มันต้องเกิดขึ้นภายในสองสามล้านปีที่ผ่านมา

มันเป็นปริศนาที่ขอร้องให้แก้ไข ดังนั้นนักชีววิทยาสก็อตต์ รอยและเพื่อนร่วมงานจึงตัดสินใจว่าถึงเวลาแล้วที่จะตรวจสอบยีนของท้องนาที่กำลังคืบคลานเพื่อหาสาเหตุที่ทำให้พวกเขาแปลกประหลาด

"นี่เป็นระบบโครโมโซมเพศที่แปลกประหลาดที่สุดที่วิทยาศาสตร์รู้จัก" รอยกล่าว

สิ่งที่พวกเขาค้นพบนั้นช่างแปลกเกินกว่าที่โอโนะจะจินตนาการได้

เริ่มจากตัวผู้ รอยและทีมของเขาใช้เทคโนโลยีการจัดลำดับพันธุกรรมที่ทันสมัยเพื่อสร้างโครงที่เป็นตัวแทนของโครโมโซมที่สมบูรณ์

พวกเขายังใช้การจัดลำดับอาร์เอ็นเอเพื่อให้เข้าใจถึงสิ่งที่ยีนทั้งหมดสร้างขึ้นในท้องนาทั้งตัวผู้และตัวเมีย และเปรียบเทียบสิ่งนี้กับไลบรารีการถอดเสียงที่คล้ายกันซึ่งนำมาจากตัวเมียของท้องนาท้องนาที่เกี่ยวข้อง (M. ochrogaster).

ทั้งหมดนี้เปิดเผยว่าไม่มีโครโมโซม Y อย่างน้อยก็ในรูปแบบที่เราอาจพบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ เช่นหนูและหนู สิ่งที่โอโนะระบุว่าเป็นโครโมโซม Y กลับกลายเป็นการหลอมรวมของบรรพบุรุษ X และลำดับ Y จำนวนเล็กน้อย

ในการตรวจสอบโครโมโซม X ของสตรีอย่างใกล้ชิดยิ่งขึ้น ทีมงานพบว่ามันเป็นความเพ้อฝันของยีนเก่า ซึ่งบางส่วนรวมถึงยีน Y ของบรรพบุรุษด้วย สิ่งเหล่านี้แสดงเฉพาะในท้องนาของตัวเมียเท่านั้น

ทั้งหมดนี้รวมเข้ากับระบบกำหนดเพศที่สร้างจากโครโมโซม X ทั้งหมด 2 อัน ซึ่งแตกต่างจากยีน Y รุ่นเก่าเพียงเล็กน้อยเท่านั้น วิธีที่ผู้หญิงหลีกเลี่ยงการเป็นเพศชาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับยีน Y (SRY) ที่กำหนดเพศที่สำคัญซึ่งอยู่บนโครโมโซม X ของพวกมัน ทำให้เกิดความลึกลับเพิ่มเติม

มันค่อนข้างจะหัวเสีย ไม่ต้องพูดถึงสิ่งที่คาดไม่ถึงเลย

“สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม มีข้อยกเว้นบางประการที่น่าเบื่อ” รอยกล่าว

“ก่อนหน้านี้เราคงเคยคิดว่าสิ่งนี้เป็นไปไม่ได้”

แม้ว่าการวิจัยจะเปิดเผยรายละเอียดที่สำคัญเกี่ยวกับการผสมผสานโครโมโซมที่ช่วยอธิบายว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร แต่นักชีววิทยาก็ยังห่างไกลจากการใช้พลังวิวัฒนาการที่ผลักท้องนาไปตามเส้นทางนี้

เป็นที่แน่ชัดว่าโครโมโซม Y แบบเก่าที่น่าสงสารมักจะเป็นดอกไม้ที่ละเอียดอ่อนซึ่งการวิวัฒนาการไม่มีปัญหาในการหลุดร่วงเป็นครั้งคราว รวมทั้งในสายพันธุ์ของเราเองด้วย การศึกษาในอนาคตเกี่ยวกับสาขาของท้องนาของแผนภูมิต้นไม้ครอบครัวอาจเปิดเผยความจริงบางประการเกี่ยวกับชะตากรรมของเรา

สิ่งหนึ่งที่แน่นอน - เมื่อพูดถึงการแยกเพศ วิวัฒนาการค่อนข้างมีความสุขที่จะทิ้งกฎเกณฑ์


การชดเชยปริมาณโครโมโซมเพศ

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เพศจะถูกกำหนดโดยการมีหรือไม่มีโครโมโซม Y ในขณะที่ผู้หญิงมักมีโครโมโซม X สองตัว ผู้ชายมีโครโมโซม X และ Y เนื่องจากความไม่สมดุลของจำนวนโครโมโซมระหว่างเพศชายและเพศหญิง กลไกการชดเชยปริมาณยาจึงพัฒนาขึ้น การชดเชยปริมาณยาทำได้ในลักษณะสองเท่าในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (1) โดยการปิดใช้งานโครโมโซม X ตัวใดตัวหนึ่งในสองตัวในเพศหญิง 23 และ (2) การควบคุมยีน X-linked ที่เพิ่มขึ้นเพื่อสร้างสมดุลระหว่างระดับการแสดงออกระหว่างยีน X-linked และ autosomal 24 -28.

เซลล์เพศหญิงได้รับกระบวนการสุ่ม X-inactivation เพื่อให้ประมาณครึ่งหนึ่งของเซลล์มี X M ที่ไม่ได้ใช้งานและ X P ที่ไม่ได้ใช้งานครึ่งหนึ่ง กระบวนการของการเปิดใช้งานโครโมโซม X ส่วนใหญ่อาศัยการแสดงออกของ RNA . ที่ไม่ได้เข้ารหัสเป็นเวลานาน Xist 29, 30, ซึ่งทำหน้าที่จัดหาสารเชิงซ้อนที่กดขี่ปิดเสียงโครโมโซม X หนึ่งตัว 31 จากนั้นจึงจำเป็นต้องมีเมทิลเลชันของ DNA เพื่อรักษาโครโมโซม X ที่ปิดเสียงไว้ 32, 33

แม้จะอยู่บนยีน X ที่ไม่ได้ใช้งาน แต่ยีนจำนวนมากยังคงทำงานอยู่ ในมนุษย์

15% ของยีนบนโครโมโซม X หนี X-inactivation ในขณะที่ในหนูเท่านั้น

หลบหนี 3-6% 5, 34, 35 ยีนหลบหนีเหล่านี้บางส่วนมีโครโมโซมพาราล็อก Y ส่งผลให้มีการแสดงออกที่เท่าเทียมกันจากทั้งสองเพศและการจับคู่ที่คล้ายคลึงกันระหว่างไมโอซิส บริเวณที่มีความคล้ายคลึงกันระหว่างโครโมโซมเพศเหล่านี้เรียกว่าบริเวณ pseudoautosomal (PAR) 36 ยีนหลบหนีอื่น ๆ นั้นแสดงออกเฉพาะจากโครโมโซม X ซึ่งแสดงการแสดงออกที่สูงขึ้นในเพศหญิง 5, 34, 35 ดังนั้นในผู้ป่วย TS ที่มีเพียงคนเดียว โครโมโซม X การถอดรหัสยีนจำนวนหนึ่งนั้นต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเพศหญิงปกติ ในทางกลับกัน ในผู้ป่วย KS ที่มีโครโมโซม X และ Y สองตัว การถอดรหัสยีนใน PAR นั้นมากกว่าในผู้ชายปกติ ยีนเหล่านี้บางส่วนมีความสัมพันธ์โดยตรงกับลักษณะเฉพาะของโรค ตัวอย่างเช่น haploinsufficiency ของ SHOX (ยีนที่มี homeobox เตี้ย) มีส่วนทำให้เตี้ยของ TS ตัวเมีย 37 อย่างไรก็ตาม การแสดงออกของ SHOX ในแคนซัสผู้ชายมีความเกี่ยวข้องกับส่วนสูงที่สูงกว่า 38

นอกเหนือจาก X-inactivation แล้ว รูปแบบที่สองของการชดเชยขนาดยาจะรักษาสมดุลระหว่างการแสดงออกของยีน X-linked และ autosomal โดยเพิ่มการถอดรหัสเป็นสองเท่าจากโครโมโซม X ที่ใช้งานอยู่ 24-28 ในขณะที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักเกี่ยวกับกลไกการประสานการควบคุมของโครโมโซม X ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แนวความคิดนี้ได้รับการบันทึกไว้อย่างดีใน แมลงหวี่. คล้ายกับมนุษย์, แมลงหวี่ เพศชายและเพศหญิงมีความโดดเด่นด้วยคาริโอไทป์ XY หรือ XX ตามลำดับ ตรงกันข้ามกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แมลงหวี่ เพศชายจะควบคุมการแสดงออกของโครโมโซม X เดี่ยวและเพศหญิงมีโครโมโซม X ที่ใช้งานอยู่สองตัว ในเซลล์ร่างกายเพศชายของ แมลงหวี่ คอมเพล็กซ์ที่ทำให้ตายเฉพาะสำหรับผู้ชาย (MSL) ซึ่งประกอบด้วยโปรตีนและ RNA ที่ไม่มีการเข้ารหัส มีเป้าหมายไปที่โครโมโซม X และจำเป็นสำหรับการควบคุมการถอดรหัส ที่สำคัญ ส่วนประกอบที่ไม่พบในตัวแรก (MOF) โดยเฉพาะ acetylates histone H4 lysine 16 นำไปสู่การเปิดของ chromatin และการแสดงออกที่เพิ่มขึ้น 39 แม้ว่าการวิจัยเพิ่มเติมจะจำเป็นต่อการอธิบายกลไกของ X-upregulation ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ข้อมูลเชิงลึกจาก แมลงหวี่ สามารถช่วยในการทำความเข้าใจระบบของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม อันที่จริง ส่วนประกอบ MSL จำนวนมากมีออร์โธล็อกในมนุษย์ และ MOF ที่มีสารเชิงซ้อนนั้นส่วนใหญ่อนุรักษ์วิวัฒนาการไว้ 40


การตายของผู้ชาย? นะ

ในขณะที่เราโต้เถียงในบทหนึ่งใน & # 160 e-book ใหม่แม้ว่าโครโมโซม Y ในมนุษย์จะหายไป แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าตัวผู้กำลังจะออกไป แม้แต่ในสปีชีส์ที่สูญเสียโครโมโซม Y ไปโดยสิ้นเชิง ทั้งตัวผู้และตัวเมียก็ยังจำเป็นต่อการสืบพันธุ์

ในกรณีเหล่านี้ ยีน SRY “master switch” ที่กำหนดความเป็นชายทางพันธุกรรมได้ย้ายไปยังโครโมโซมที่แตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าสปีชีส์เหล่านี้ผลิตตัวผู้โดยไม่ต้องใช้โครโมโซม Y อย่างไรก็ตาม โครโมโซมที่กำหนดเพศใหม่— ซึ่งเป็นโครโมโซมที่ SRY ย้ายไปที่—ควรเริ่มต้นกระบวนการของการเสื่อมสภาพทั้งหมดอีกครั้งเนื่องจากขาดการรวมตัวกันอีกครั้งที่ทำให้โครโมโซม Y ก่อนหน้าของพวกมันถึงวาระ

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับมนุษย์ก็คือ แม้ว่าโครโมโซม Y จำเป็นสำหรับการสืบพันธุ์ของมนุษย์ตามปกติ แต่ยีนจำนวนมากที่มีอยู่นั้นไม่จำเป็นหากคุณใช้เทคนิคการช่วยการเจริญพันธุ์ ซึ่งหมายความว่าพันธุวิศวกรรมอาจจะสามารถแทนที่การทำงานของยีนของโครโมโซม Y ได้ในไม่ช้า ทำให้คู่รักเพศเดียวกันหรือชายที่มีบุตรยากสามารถตั้งครรภ์ได้ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าทุกคนจะตั้งครรภ์ด้วยวิธีนี้ได้ แต่ก็ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งที่มนุษย์ที่เจริญพันธุ์จะหยุดการสืบพันธุ์ตามธรรมชาติ

แม้ว่านี่จะเป็นเรื่องที่น่าสนใจและเป็นที่ถกเถียงกันอย่างถึงพริกถึงขิงในการวิจัยทางพันธุกรรม แต่ก็ไม่จำเป็นต้องกังวลเล็กน้อย เราไม่รู้ด้วยซ้ำว่าโครโมโซม Y จะหายไปหรือไม่ และดังที่เราได้แสดงให้เห็น แม้ว่าจะเป็นเช่นนั้น เราก็มักจะต้องการผู้ชายต่อไป เพื่อให้การสืบพันธุ์ตามปกติสามารถดำเนินต่อไปได้

อันที่จริง ความคาดหวังของระบบประเภท “สัตว์เลี้ยงในฟาร์ม’ 8221 ที่มีผู้ชาย “โชคดี” เพียงไม่กี่คนได้รับเลือกให้เป็นพ่อของลูกๆ ของเราส่วนใหญ่ไม่ได้อยู่บนขอบฟ้าอย่างแน่นอน ไม่ว่าในกรณีใด จะมีข้อกังวลเร่งด่วนมากขึ้นในอีก 4.6 ล้านปีข้างหน้า

Darren Griffin ศาสตราจารย์ด้านพันธุศาสตร์ University of Kent

Peter Ellis อาจารย์ด้านอณูชีววิทยาและการสืบพันธุ์ มหาวิทยาลัย Kent


โครโมโซม Y หายไป จะเกิดอะไรขึ้นกับผู้ชาย?

โมลโวลไม่มีโครโมโซม Y เครดิต: wikipedia

โครโมโซม Y อาจเป็นสัญลักษณ์ของความเป็นชาย แต่มันก็ชัดเจนขึ้นเรื่อยๆ ว่าไม่มีอะไรนอกจากแข็งแรงและคงทน แม้ว่าจะมียีน "สวิตช์หลัก" SRY ที่กำหนดว่าตัวอ่อนจะพัฒนาเป็นเพศชาย (XY) หรือเพศหญิง (XX) แต่ก็มียีนอื่นๆ น้อยมาก และเป็นโครโมโซมเพียงตัวเดียวที่ไม่จำเป็นสำหรับชีวิต ท้ายที่สุดแล้วผู้หญิงก็จัดการได้ดีโดยไม่มีใคร

ยิ่งไปกว่านั้น โครโมโซม Y เสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว ทำให้ตัวเมียมีโครโมโซม X ปกติสมบูรณ์สองตัว แต่ตัวผู้ที่มี X และ Y ที่หดเกร็ง หากอัตราการเสื่อมสภาพยังคงดำเนินต่อไป โครโมโซม Y เหลือเวลาเพียง 4.6 ล้านปีก่อนที่มันจะหายไปอย่างสมบูรณ์ . นี้อาจดูเหมือนเป็นเวลานาน แต่ไม่ใช่เมื่อคุณคิดว่าชีวิตมีอยู่บนโลกเป็นเวลา 3.5 พันล้านปี

โครโมโซม Y ไม่ได้เป็นแบบนี้เสมอไป หากเราย้อนเวลากลับไปเมื่อ 166 ล้านปีก่อน กับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมตัวแรก เรื่องราวก็แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง โครโมโซม "proto-Y" ในยุคแรกนั้นเดิมมีขนาดเท่ากับโครโมโซม X และมียีนเดียวกันทั้งหมด อย่างไรก็ตาม โครโมโซม Y มีข้อบกพร่องพื้นฐาน โครโมโซม Y แตกต่างจากโครโมโซมอื่นๆ ทั้งหมด ซึ่งเรามีสองสำเนาในแต่ละเซลล์ โครโมโซม Y มีอยู่เพียงชุดเดียวที่ส่งต่อจากพ่อสู่ลูก

ซึ่งหมายความว่ายีนบนโครโมโซม Y ไม่สามารถรับการรวมตัวกันของยีน ซึ่งเป็นการ "สับเปลี่ยน" ของยีนที่เกิดขึ้นในแต่ละรุ่นซึ่งจะช่วยขจัดการกลายพันธุ์ของยีนที่สร้างความเสียหาย ปราศจากประโยชน์ของการรวมตัวกันใหม่ ยีนโครโมโซม Y จะเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไปและสูญเสียไปจากจีโนมในที่สุด

อย่างไรก็ตาม การวิจัยเมื่อเร็วๆ นี้แสดงให้เห็นว่าโครโมโซม Y ได้พัฒนากลไกที่น่าเชื่อบางอย่างเพื่อ "เบรก" ซึ่งจะทำให้อัตราการสูญเสียยีนลดลงจนหยุดนิ่งได้

ตัวอย่างเช่น การศึกษาล่าสุดของเดนมาร์กตีพิมพ์ใน PLoS Geneticsโดยจัดลำดับโครโมโซม Y บางส่วนจากผู้ชาย 62 คนที่แตกต่างกัน และพบว่ามีแนวโน้มที่จะมีการจัดเรียงโครงสร้างใหม่ขนาดใหญ่ ซึ่งทำให้เกิด "การขยายยีน" ซึ่งเป็นการได้มาซึ่งยีนหลายชุดที่ส่งเสริมการทำงานของตัวอสุจิที่แข็งแรงและลดการสูญเสียยีน

การศึกษายังแสดงให้เห็นว่าโครโมโซม Y ได้พัฒนาโครงสร้างที่ผิดปกติซึ่งเรียกว่า "พาลินโดรม" (ลำดับ DNA ที่อ่านไปข้างหน้าแบบเดียวกับข้างหลัง เช่น คำว่า "เรือคายัค") ซึ่งปกป้องมันจากการเสื่อมสภาพเพิ่มเติม พวกเขาบันทึกอัตราที่สูงของ "เหตุการณ์การแปลงยีน" ภายในลำดับ palindromic บนโครโมโซม Y ซึ่งเป็นกระบวนการ "คัดลอกและวาง" ที่ช่วยให้สามารถซ่อมแซมยีนที่เสียหายได้โดยใช้สำเนาสำรองที่ไม่เสียหายเป็นเทมเพลต

เมื่อมองไปที่สายพันธุ์อื่น (โครโมโซม Y มีอยู่ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและบางชนิด) หลักฐานที่เพิ่มขึ้นบ่งชี้ว่าการขยายยีน Y-โครโมโซมเป็นหลักการทั่วไปในกระดาน ยีนขยายเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการผลิตอสุจิและ (อย่างน้อยในหนู) ในการควบคุมอัตราส่วนเพศของลูกหลาน การเขียนใน อณูชีววิทยาและวิวัฒนาการ เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิจัยให้หลักฐานว่าการเพิ่มจำนวนสำเนายีนในหนูนี้เป็นผลมาจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

โครโมโซม Y เป็นสีแดง ถัดจากโครโมโซม X ที่ใหญ่กว่ามาก เครดิต: สถาบันวิจัยจีโนมมนุษย์แห่งชาติ

สำหรับคำถามที่ว่าโครโมโซม Y จะหายไปจริงหรือไม่ ชุมชนวิทยาศาสตร์ เช่นสหราชอาณาจักรในขณะนี้ ถูกแบ่งออกเป็น "ลีเวอร์" และ "ส่วนที่เหลือ" กลุ่มหลังให้เหตุผลว่ากลไกการป้องกันของมันทำงานได้ดีและได้ช่วยชีวิตโครโมโซม Y แต่ผู้ทิ้งใบกล่าวว่าสิ่งที่พวกเขาทำคือปล่อยให้โครโมโซม Y ยึดเกาะด้วยเล็บมือก่อนที่จะหลุดออกจากหน้าผาในที่สุด การอภิปรายจึงดำเนินต่อไป

Jenny Graves จาก La Trobe University ในออสเตรเลียผู้เสนอข้อโต้แย้งชั้นนำอ้างว่าหากคุณใช้มุมมองระยะยาว โครโมโซม Y จะถึงวาระอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ แม้ว่าบางครั้งพวกมันจะคงอยู่นานกว่าที่คาดไว้เล็กน้อยก็ตาม ในรายงานปี 2016 เธอชี้ให้เห็นว่าหนูหนามญี่ปุ่นและตัวตุ่นได้สูญเสียโครโมโซม Y ไปโดยสิ้นเชิง และให้เหตุผลว่ากระบวนการของยีนที่สูญเสียหรือสร้างขึ้นบนโครโมโซม Y ย่อมนำไปสู่ปัญหาการเจริญพันธุ์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ในที่สุดสิ่งนี้สามารถขับเคลื่อนการก่อตัวของสายพันธุ์ใหม่ทั้งหมดได้

ดังที่กล่าวไว้ในบทหนึ่งใน e-book เล่มใหม่ แม้ว่าโครโมโซม Y ในมนุษย์จะหายไป แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าตัวผู้กำลังจะออกไป แม้แต่ในสปีชีส์ที่สูญเสียโครโมโซม Y ไปโดยสิ้นเชิง ทั้งตัวผู้และตัวเมียก็ยังจำเป็นต่อการสืบพันธุ์

ในกรณีเหล่านี้ ยีน "มาสเตอร์สวิตช์" ของ SRY ที่กำหนดความเป็นชายของยีนได้ย้ายไปยังโครโมโซมอื่น ซึ่งหมายความว่าสปีชีส์เหล่านี้ผลิตตัวผู้โดยไม่ต้องใช้โครโมโซม Y อย่างไรก็ตาม โครโมโซมที่กำหนดเพศใหม่ ซึ่งเป็นโครโมโซมที่ SRY ดำเนินการ ควรเริ่มกระบวนการเสื่อมสภาพอีกครั้งเนื่องจากขาดการรวมตัวกันอีกครั้งที่ทำให้โครโมโซม Y ก่อนหน้านี้ถึงวาระ

สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับมนุษย์ก็คือ แม้ว่าโครโมโซม Y จะมีความจำเป็นสำหรับการสืบพันธุ์ของมนุษย์ตามปกติ แต่ยีนจำนวนมากที่มันมีอยู่นั้นไม่จำเป็นหากคุณใช้เทคนิคการช่วยการเจริญพันธุ์ ซึ่งหมายความว่าพันธุวิศวกรรมอาจจะสามารถแทนที่การทำงานของยีนของโครโมโซม Y ได้ในไม่ช้า ทำให้คู่รักเพศหญิงเพศเดียวกันหรือชายที่มีบุตรยากสามารถตั้งครรภ์ได้ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าทุกคนจะตั้งครรภ์ด้วยวิธีนี้ได้ แต่ก็ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งที่มนุษย์ที่เจริญพันธุ์จะหยุดการสืบพันธุ์ตามธรรมชาติ

แม้ว่านี่จะเป็นเรื่องที่น่าสนใจและเป็นที่ถกเถียงกันอย่างถึงพริกถึงขิงในการวิจัยทางพันธุกรรม แต่ก็ไม่จำเป็นต้องกังวลเล็กน้อย นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ด้วยซ้ำว่าโครโมโซม Y จะหายไปหรือไม่ และดังที่แสดงไว้ แม้ว่าจะเป็นเช่นนั้น เราก็มักจะต้องการผู้ชายต่อไปเพื่อให้การสืบพันธุ์แบบปกติสามารถดำเนินต่อไปได้

แท้จริงแล้ว ความคาดหวังของระบบประเภท "สัตว์ในฟาร์ม" ที่ผู้ชายที่ "โชคดี" ไม่กี่คนได้รับเลือกให้เป็นพ่อของลูกๆ ส่วนใหญ่ของเรานั้นไม่ได้อยู่บนขอบฟ้าอย่างแน่นอน ไม่ว่าในกรณีใด จะมีข้อกังวลเร่งด่วนมากขึ้นในอีก 4.6 ล้านปีข้างหน้า


การกลายพันธุ์เดี่ยวทำให้เกิดผลกระทบอย่างมากในยีนที่เกี่ยวข้องกับออทิสติก

การศึกษาของ NIH ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกหนึ่งที่เป็นรากฐานของความชุกที่สูงขึ้นของผู้ชายในบางกรณีที่เป็นออทิซึม

ผลการวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าการกลายพันธุ์เพียงครั้งเดียวอาจส่งผลให้ความชุกของออทิสติกในเด็กผู้ชายเพิ่มขึ้นมากกว่าในเด็กผู้หญิง โรชแล็บ/NINDS

การศึกษาใหม่ใน Neuron เสนอเบาะแสว่าทำไมโรคออทิสติกสเปกตรัม (ASD) จึงพบได้บ่อยในเด็กผู้ชายมากกว่าเด็กผู้หญิง นักวิทยาศาสตร์ของสถาบันสุขภาพแห่งชาติพบว่าการเปลี่ยนแปลงของกรดอะมิโนเพียงตัวเดียวในยีน NLGN4 ซึ่งเชื่อมโยงกับอาการออทิสติก อาจทำให้เกิดความแตกต่างในบางกรณี การศึกษาได้ดำเนินการที่สถาบันแห่งชาติของความผิดปกติทางระบบประสาทและโรคหลอดเลือดสมอง (NINDS) ของ NIH

นักวิจัยนำโดย Katherine Roche, Ph.D., นักประสาทวิทยาที่ NINDS เปรียบเทียบยีน NLGN4 สองตัว (ตัวหนึ่งอยู่บนโครโมโซม X และอีกตัวหนึ่งบนโครโมโซม Y) ซึ่งมีความสำคัญต่อการสร้างและรักษา synapse ซึ่งเป็นจุดสื่อสารระหว่างเซลล์ประสาท

ทุกเซลล์ในร่างกายของเรามีโครโมโซมเพศสองอัน ตัวเมียมีโครโมโซม X สองตัว ตัวผู้มีโครโมโซม X หนึ่งอันและ Y หนึ่งอัน จนถึงขณะนี้ สันนิษฐานว่ายีน NLGN4X และ NLGN4Y ซึ่งเข้ารหัสโปรตีนที่เหมือนกัน 97% ทำหน้าที่ได้ดีเท่ากันในเซลล์ประสาท

แต่ด้วยการใช้เทคโนโลยีขั้นสูงที่หลากหลาย เช่น ชีวเคมี อณูชีววิทยา และเครื่องมือเกี่ยวกับภาพ ดร.โรชและเพื่อนร่วมงานของเธอค้นพบว่าโปรตีนที่เข้ารหัสโดยยีนเหล่านี้แสดงหน้าที่ต่างกัน โปรตีน NLGN4Y ไม่สามารถเคลื่อนที่ไปยังผิวเซลล์ในเซลล์สมองได้ ดังนั้นจึงไม่สามารถประกอบและรักษาไซแนปส์ได้ ทำให้เซลล์ประสาทส่งสัญญาณไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้ยาก เมื่อนักวิจัยแก้ไขข้อผิดพลาดในเซลล์ในจาน พวกเขาก็ฟื้นฟูการทำงานที่ถูกต้องได้มาก

“เราจำเป็นต้องพิจารณา NLGN4X และ NLGN4Y ให้ละเอียดยิ่งขึ้น” Thien A. Nguyen, Ph.D. ผู้เขียนคนแรกของการศึกษาและอดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในห้องปฏิบัติการของ Dr. Roche กล่าว “การกลายพันธุ์ใน NLGN4X สามารถนำไปสู่ผลกระทบอย่างกว้างขวางและอาจรุนแรงมากในการทำงานของสมอง และบทบาทของ NLGNY ก็ยังไม่ชัดเจน”

ทีมของ Dr. Roche พบว่าปัญหาของ NLGN4Y เกิดจากกรดอะมิโนตัวเดียว นักวิจัยยังพบว่าบริเวณรอบๆ กรดอะมิโนใน NLGN4X มีความไวต่อการกลายพันธุ์ในประชากรมนุษย์ มีกลุ่มของตัวแปรต่างๆ ที่พบในภูมิภาคนี้ในผู้ที่มี ASD และความบกพร่องทางสติปัญญา และการกลายพันธุ์เหล่านี้ส่งผลให้ NLGN4X ทำงานบกพร่องซึ่งแยกไม่ออกจาก NLGN4Y

ในเพศหญิง เมื่อยีน NLGN4X ตัวใดตัวหนึ่งมีการกลายพันธุ์ ยีนอีกตัวหนึ่งสามารถชดเชยได้ อย่างไรก็ตาม ในเพศชาย โรคสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีการกลายพันธุ์ใน NLGN4X เนื่องจากไม่มีการชดเชยจาก NLGN4Y

การศึกษาในปัจจุบันชี้ให้เห็นว่าหากมีการกลายพันธุ์ใน NLGN4X นั้น NLGN4Y จะไม่สามารถแทนที่ได้ เนื่องจากเป็นโปรตีนที่แตกต่างกันตามหน้าที่ หากการกลายพันธุ์เกิดขึ้นในบริเวณของ NLGN4X ที่ส่งผลต่อระดับโปรตีน อาจส่งผลให้เกิดอาการที่เกี่ยวข้องกับออทิซึมรวมถึงความบกพร่องทางสติปัญญา การไร้ความสามารถของ NLGN4Y ในการชดเชยการกลายพันธุ์ใน NLGN4X อาจช่วยอธิบายได้ว่าทำไมผู้ชายที่มีโครโมโซม X เพียงตัวเดียวจึงมักมีอุบัติการณ์ของ ASD ที่เกี่ยวข้องกับ NLGN4X มากกว่าเพศหญิง

"ความรู้เกี่ยวกับโปรตีนเหล่านี้จะช่วยให้แพทย์ที่รักษาผู้ป่วยที่มีการกลายพันธุ์ใน NLGN4X เข้าใจอาการของพวกเขาได้ดีขึ้น" ดร. โรชกล่าว

งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดย NIH Intramural Research Program

NINDS เป็นกองทุนชั้นนำของประเทศในด้านการวิจัยเกี่ยวกับสมองและระบบประสาท ภารกิจของ NINDS คือการแสวงหาความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับสมองและระบบประสาท และใช้ความรู้นั้นเพื่อลดภาระของโรคทางระบบประสาท

เกี่ยวกับสถาบันสุขภาพแห่งชาติ (NIH): NIH ซึ่งเป็นหน่วยงานวิจัยทางการแพทย์ของประเทศ ประกอบด้วยสถาบันและศูนย์ 27 แห่ง และเป็นส่วนหนึ่งของกระทรวงสาธารณสุขและบริการมนุษย์ของสหรัฐฯ NIH เป็นหน่วยงานหลักของรัฐบาลกลางที่ดำเนินการและสนับสนุนการวิจัยทางการแพทย์ขั้นพื้นฐาน ทางคลินิก และการแปล และกำลังตรวจสอบสาเหตุ การรักษา และการรักษาโรคทั้งที่พบบ่อยและหายาก สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ NIH และโครงการต่างๆ โปรดไปที่ www.nih.gov

NIH&hellipเปลี่ยนการค้นพบสู่สุขภาพ ®

อ้างอิง

TA Nguyen และคณะ กลุ่มของตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับออทิสติกบน NLGN4X ที่เชื่อมโยงกับ X มีลักษณะการทำงานคล้ายกับ NLGN4Y เซลล์ประสาท 2 เมษายน 2563


โครโมโซม YY เป็นไปได้หรือไม่?

โครโมโซม Y มีเฉพาะในเพศชายเท่านั้น มันทำหน้าที่สำคัญในการพัฒนาฟีโนไทป์ของผู้ชาย ตัวละครทางเพศรองของผู้ชาย และควบคุมการแสดงออกของยีนของยีนที่อยู่บนโครโมโซม Y

ยีนและลำดับเช่นบริเวณ SRY และ TFD ตามลำดับ เป็นปัจจัยที่สำคัญมากสำหรับการพัฒนาของอวัยวะสืบพันธุ์เพศชาย เนื่องจากพวกมันมีส่วนร่วมในกิจกรรมการสร้างความแตกต่างและการสืบพันธุ์ที่หลากหลาย

ความผิดปกติของยีน SRY หรือความผิดปกติในภูมิภาค TDF หรือภูมิภาค AZF ทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงที่เกี่ยวข้องกับเพศชาย ภาวะมีบุตรยากเป็นสาเหตุทั่วไปของมัน

โครโมโซม Y มีเนื้อหาทางพันธุกรรมน้อยกว่าและมียีนน้อยลง แต่ถูกควบคุมอย่างเข้มงวด ยีนเพียงสำเนาเดียว (บนโครโมโซม Y ตัวเดียว) ก็เพียงพอที่จะทำหน้าที่ทั้งหมดที่อธิบายไว้ข้างต้น

มาถึงคำถามจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีโครโมโซม Y อีกอันหนึ่งปรากฏขึ้น?

ในสภาวะปกติ การศึกษาคาริโอไทป์แนะนำว่ามีโครโมโซม X และ Y หนึ่งโครโมโซมในเพศชาย เมื่อโครโมโซม Y พิเศษรวมเข้ากับจีโนม โครโมโซมจะกลายเป็น XYY

โครงสร้างของโครโมโซม X และ Y

กลุ่มอาการ XYY:

ชื่ออื่น: กลุ่มอาการ XYY, โครโมโซม YY, กลุ่มอาการของจาค็อบ, 47, กลุ่มอาการ XYY หรือ supermale ก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าบุคคลที่มีสภาพปัจจุบันนั้นก้าวร้าวเกินไปและขาดความเห็นอกเห็นใจ แม้ว่าจะเป็นเพียงข่าวลือเท่านั้น

(วิทยาศาสตร์ไร้สาระ: ผู้คนอาจถึงสองครั้ง YY ทำให้เกิดฟีโนไทป์ที่เกี่ยวข้องกับมันมากเกินไป)

ในทางเทคนิคแล้ว ผู้ที่มีโครโมโซม Y เกินมามีปัญหาด้านการเรียนรู้และพฤติกรรม (ในบางครั้ง) แต่จะไม่มีภาวะสุขภาพที่ร้ายแรง

จาคอบส์ตีพิมพ์รายงานกลุ่มอาการของโรค XYY ฉบับแรกในปี พ.ศ. 2509 กลุ่มอาการ XYY เป็นภาวะที่เรียกว่า aneuploidy ซึ่งมีโครโมโซม Y พิเศษหนึ่งตัวที่มีคู่ของ X และ Y

มันเกิดขึ้นในเพศชายเท่านั้นที่มีความถี่ 1 ใน 1,000 ทารกแรกเกิดทั่วโลก ไม่มีอาการทางร่างกายที่รุนแรงที่เกี่ยวข้องกับสภาพปัจจุบัน

มันเกิดขึ้นระหว่างการแบ่งเซลล์ไมโอซิสของเซลล์อสุจิผ่านเหตุการณ์ที่เรียกว่าการไม่แยกออกซึ่งโครโมโซม Y ได้รับการทำซ้ำ เมื่อมีส่วนร่วมในการก่อตัวของตัวอ่อนจะทำให้ทารกในครรภ์เพศชายมีโครโมโซม Y พิเศษ - กลุ่มอาการ XYY

โปรดทราบว่าเงื่อนไขปัจจุบันไม่สามารถสืบทอดได้ นอกจากนี้ ยังไม่มีเหตุผลที่ชัดเจนสำหรับ XYY ที่จะเกิดขึ้นจนถึงวันที่รายงาน อาการและอาการแสดงของอาการแตกต่างกันไปในแต่ละบุคคลและอายุ อาการทั่วไปบางประการคือ:

  • กล้ามเนื้ออ่อนแรง- hypotonia
  • ทักษะยนต์ดีหรือด้อยพัฒนาและการพูดยาก
  • ภาวะมีบุตรยากเล็กน้อยในบางกรณี

นอกจากนี้ อาการอื่นๆ ที่กระจัดกระจาย ได้แก่ ออทิสติก สมาธิสั้น และความบกพร่องทางการเรียนรู้ Scientific data suggest that a person with XYY syndrome can live like a normal person but they are a bit taller than others.

Scientists use FISH and karyotyping techniques to diagnose the present conditions in which the karyotping is employed commonly. It’s a cheaper and trusted option.

A blood sample or amniotic fluid/chorionic villi sample is extracted from a normal person or prenatal sample, respectively. Samples process to cell culture, harvesting and microscopy to investigate a karyotype. The expert prepares a karyogram and evaluates the final condition.

Speech therapy, occupational therapy and Educational therapy are some treatment options available for XYY syndrome.

Now coming to another important point of this section (i don’t know how to tell you about that but it’s important, trust me). Why the symptoms are so moderate?

The reason is the inactivation of Y. When one of the two Y chromosomes gets transcriptionally inactive, the whole gene expression profile of the Y chromosome somewhat remains normal (the presence of another Y isn’t so noticeable).

If another Y chromosome activates, it might create some serious problems, no related data are present. As I said, technically only a single copy from the set of the Y chromosome is required.

Now it is yet not reported that in XYY, both Y chromosomes are transcriptionally active or not.

Now coming to our main question are only YY chromosomes possible? คุณคิดอย่างไร? The answer is there in the X chromosome, let me explain.

Very crucial and important genes for physical, cognitive and mental development which take part in various biological pathways and activities are present on the X chromosome.

Henceforth, the X chromosome is present in both males and females, however, in females, only a single X chromosome is transcriptionally active.

So imagine, if an X chromosome is absent in males what will happen?

It is not possible at all! No scientific data, literature, case study or patient report to date available showing the case of only YY chromosomes in males.


THE EFFECTS OF OTHER Y-LINKED GENES ON BRAIN AND BEHAVIOUR

SRY และ STS are perhaps the best characterised genes resident on the Y chromosome in terms of their brain and behavioural functions, although it must be acknowledged that in many respects our knowledge about the role of these two genes is lacking. However, there are several other Y-linked genes in NRY, which, in that they are expressed in the brain, could also potentially contribute towards neural sexual differentiation. Xu and colleagues described six NRY genes (Dby (ตอนนี้ Ddx3y) Ube1y, Smcy (ตอนนี้ Kdm5d), Eif2s3y, Uty, และ Usp9y) which were expressed at one or more developmental stages in male and 40,XY female mouse brain (the latter indicating a lack of requirement for testicular secretions)[98]. Of the genes analysed, all had an X-linked homologue, which was definitively known to escape X-inactivation in three cases (Smcx/Kdm5c, Utx และ Eif2s3x). In several cases, the expression of the Y homologue in males was much lower than its X-linked homologue, and as such was not sufficient to ensure dosage compensation between the sexes. A further intriguing possibility when considering the genetic mechanisms underlying sexually dimorphic brain phenotypes, is that X and Y-linked homologues, in addition to being expressed at different levels, are expressed at different developmental stages and/or in different brain regions. Indeed, recent work by Xu และคณะ has shown that the paralogues Utx และ Uty are differentially expressed in the paraventricular nucleus of the hypothalamus (high Uty expression) and in the amygdala (high Utx expression), possibly as a consequence of differential epigenetic marks [99]. To our knowledge, no comprehensive survey comparing the relative spatiotemporal expression dynamics of X and Y homologues has yet been performed, although it has been shown that that there is some consistency in the expression patterns of Eif2s3y และ Eif2s3x, with highest expression of both in the thalamus, hypothalamus, hippocampus and cerebellum [100]. The expression patterns for many mouse NRY genes are now documented in resources such as the Allen Brain Atlas: of the Y-linked genes mentioned above, Ube1y และ Eif2s3y are highly expressed throughout the hypothalamus. As the pituitary gland is pivotal in the secretion of hormones underlying sex-specific physiology, it would be worthwhile examining the expression of Y-linked genes in specific endocrine cell types of this tissue. In many cases, the brain and behavioural functions of NRY-linked genes are obscure, a fact probably attributable to the structural nature of the Y chromosome precluding the development of knockout models. Insights into the range of neural functions underpinned by NRY genes are likely to come from Y-chromosome mutant mice (in which Y-linked genes are spontaneously deleted or duplicated) alternatively, insights may come from a comparison of normal male mice and 39,X m O mice [65], the two groups only differing in the fact that the latter has no Y chromosome.

There are human orthologues of Ddx3y, Kdm5d, Uty และ Usp9y, therefore investigations in mouse models into the neurobiological functions of these genes are likely to shed light upon their role in male brain development in humans. There appear to be species differences between mice and humans with regard to some Y-linked brain-expressed genes, in that Ube1y และ Eif2s3y have no human counterparts, whilst ZFY appears to be expressed in the hypothalamus and cortex of adult humans [52], but is not expressed at any developmental stage in mouse brain [98]. Hence, it is likely that the nature of the neural sexual differentiation process is, to a greater or lesser extent, species-specific. One X-Y homologous gene pair which has received a lot of interest regarding its role in neurodevelopment is PCDH11X/Y. The homologous genes are located within a hominid-specific region of the sex chromosomes (Xq21.3 and Xp11.2), and encode members of the protocadherin superfamily responsible for cell-cell interactions during development of the central nervous system [101]. ไม่ใช่แค่ PCDH11X and its Y counterpart structurally different (and therefore possibly functionally distinct) but they have been shown to exhibit differential expression patterns, most likely because the two genes possess different promoter regions [101]. In the brain, transcripts from both PCDH11X และ PCDH11Y are present most highly in the cortex [102], and also in several subregions including the amygdala, caudate nucleus, hippocampus and thalamus [101]. ที่น่าสนใจคือ PCDH11X seems to be the preferential transcript in the cerebellum in the heart, transcripts are predominantly from PCDH11X, whereas in the kidney, liver, muscle and testis transcripts come mainly from PCDH11Y [11]. Together these data indicate that PCDH11X/Y genes may play key modulatory roles in the sexual differentiation of a wide variety of organs (including the brain) in hominid mammals. ว่าอย่างไร PCDH11Y may act in the brain to modulate function remains to be resolved, but work in prostate cancer cell culture suggests that it may influence neuroendocrine tissue transdifferentiation ทาง classical Wnt signalling pathways [103].


The X and Y of sex differences

Why and how are men and women different? My interest in this topic is fuelled by my research on neurodevelopmental disorders of language and literacy that typically are much more common in males than females. In this post, I am ranging far from my comfort zone in psychology to discuss what we know from a genetic perspective. My inspiration was a review in Trends in Genetics by Wijchers and Festenstein called “Epigenetic regulation of autosomal gene expression by sex chromosomes”. Despite the authors' sterling efforts to explain the topic clearly, I suspect their paper will be incomprehensible to those without a background in genetics, so I'll summarise the main points - with apologies to the authors if I over-simplify or mislead.

So, to start with, some basic facts about chromosomes in humans:
• We have 23 pairs of chromosomes, one member of each pair inherited from the father, and the other from the mother.
• For chromosome pairs 1-22, the autosomes, there is no difference between males and females.
• Chromosome pair 23 is radically different for males and females: females have two X chromosomes, whereas males have an X chromosome paired with a much smaller Y chromosome
• The Y chromosome carries a male-determining gene, SRY, which causes testes to develop. The testes produce male hormones which influence body development to produce a male.
• The X chromosome contains over 1000 genes, compared to 78 genes on the Y chromosome.
• In females, only one X chromosome is active. The other is inactivated early in development by a process called methylation. This leads to the DNA being formed into a tight package (heterochromatin), so genes from this chromosome do not get expressed. X-inactivation randomly affects one member of the X-chromosome pair early in embryonic development, and all cells formed by division of an original cell will have the same activation status. The patches of orange and black fur on a calico cat arise when a female has different versions of a gene for coat colour on the two X chromosomes, so patches of orange and black fur occur at random.
• In both X and Y chromosomes, there is a region at the tip of the chromosome called the pseudoautosomal region, which behaves like an autosome, i.e., it contains homologous genes on X and Y chromosomes, which are not inactivated, and which recombine during the formation of sperm and eggs.
• In addition, a proportion of genes on the X chromosome (estimated around 20%) escape X-inactivation, despite being outside the pseudoautosomal region.

These basic facts are summarised in Figure 1. Genes are symbolised by red dots, grey shading denotes an inactivated region, and yellow is the pseudoautosomal region.

รูปที่ 1
Note that because (a) the male Y chromosome has few genes on it and (b) one X chromosome is largely inactivated in females, normal males (XY) and females (XX) are quite similar in terms of sex chromosome function: i.e., most of the genes that are expressed will come from a single active X chromosome.
Studies of mice and other species have, however, demonstrated differences in gene expression between males and females, and these affect tissues other than the sex organs, including the brain. Most of these sex differences are small, and it is usually assumed that they are the result of hormonal influences. Thus the causal chain would be that SRY causes the testes to develop, the testes generate male hormones, and those hormones affect how genes are expressed throughout the body.

You can do all kinds of things to mice that you wouldn't want to do to humans. For a start you can castrate them. You can then dissociate the effect of the XY genotype from the effect of circulating hormones. When this is done, many of the sex differences in gene expression disappear, confirming the importance of hormones.
There's some evidence, though, that this isn't the whole story. For a start, it is possible to find genes that are differently expressed in males and females very early in development, before the sex organs are formed. These differences can't be due to circulating hormones. You can go further and create genetically modified mice in which chromosome status and biological sex are dissociated. For instance, if Sry (the mouse version of SRY) is deleted from the Y chromosome, you end up with a biologically female mouse with XY chromosome constitution. Or an autosomal Sry transgene can be added to a female to give a male mouse with XX constitution. A recent study using this approach showed that there are hundreds of mouse genes that are differently expressed in normal XX females vs. XY females, or in normal XY males vs. XX males. For these genes, there seems to be a direct effect of the X or Y chromosome on gene expression, which isn't due to hormonal differences in males and females.

Wijchers and Festenstein consider four possible mechanisms for such effects.
1. SRY has long been known to be important for development of testes, but that does not rule out a direct role of this gene in influencing development of other organs. An in mice there is indeed some evidence for a direct effect of Sry on neuronal development.
2. Imprinting of genes on the X chromosome. This is where it starts to get really complicated. We have already noted how genes on the X chromosome can be inactivated. I've told you that X-inactivation occurs at random, as illustrated by the calico cat. However, there's a mechanism known as imprinting whereby expression of a gene depends on whether the gene is inherited from the father or the mother. Imprinting was originally described for genes on the autosomes, but there's considerable interest in the idea of imprinting affecting genes on the X chromosome, as this could lead to sex differences. The easiest way to explain this is by a mouse experiment. It's possible to make a genetically modified mouse with a single X chromosome. The interest is then in whether the single X chromosome comes from the mother or the father. And indeed, there's growing evidence for differences in brain development and cognitive function between genetically modified mice with a single maternal or paternal X chromosome: i.e., evidence of imprinting. Now this has implications for sex differences in normal, unmodified mice. XY male mice have just one X chromosome, which always comes from the mother, and will always be expressed. But XX female mice have a mixture of active maternal and paternal X-chromosomes. Any effect that is specific to a paternally-derived X-chromosome will therefore only be seen in females.
What about humans? Here we can study girls with Turner syndrome, a condition in which there is one rather than two X chromosomes. Skuse and colleagues found differences in cognition, especially social functioning between girls with a single maternal X vs. those with a single paternal X. There are few studies of this kind, because it is difficult to recruit large enough samples, so the results need replicating. But potentially this finding has tremendous implications, not just for finding out about Turner syndrome itself, but for understanding sex differences in development and disorders of social cognition.
3. Although most X-chromosome genes are expressed from only one X-chromosome, as noted above, some genes escape inactivation, and for these genes females have two active copies. In the main, these are genes with a homologue on the Y-chromosome, but there are exceptions, and in such cases females have twice the dosage of gene product compared to males (see Figure 1). And even where there is a homologue gene on the Y chromosome, this may have different effects from the active X-chromosome gene.
4. The Y chromosome contains a lot of inactive DNA with no genes. Recent studies on fruit flies has found that this inactive DNA can affect expression of genes on the autosomes, by affecting availability in the cell nucleus of factors that are important for gene expression or repression. It's not clear if this applies to humans.

My interest in this topic has led me to study children who do not inherit the normal complement of sex chromosomes. These include girls with a single X chromosome (XO, Turner syndrome), girls with three X chromosomes (triple X or XXX syndrome), (see figure 2) and boys with an extra X (XXY or Klinefelter’s syndrome), and boys with an extra Y (XYY syndrome).(see Figure 3).

รูปที่ 2

รูปที่ 3
Affected children typically don’t have intellectual disability and attend regular mainstream school. As illustrated in Figures 2 and 3 , this makes sense because the genetic differences between those with missing or extra sex chromosomes and those with the normal XX or XY complement are not great. In Turner syndrome there is only one X chromosome, whereas children with XXX or XXY will have all but one X chromosome inactivated. The extra Y in boys with XYY contains only a few genes.

Nevertheless, although children with atypical sex chromosomes are not severely handicapped, distinctive neuropsychological profiles have been described. Girls with Turner syndrome often have poor visuospatial function and arithmetical ability, whereas language skills are typically impaired in children with an extra sex chromosome. To explain these effects, researchers have proposed a role for genes that normally escape inactivation, which will be underexpressed in Turner syndrome, or over-expressed in children with three sex chromosomes (sex chromosome trisomy) - see point 3 above.

Wijchers and Festenstein note the importance of individuals with sex chromosome anomalies for informing our understanding of sex chromosome effects on development, but their account is not very satisfactory, as they state that “females with triple X syndrome (47,XXX) seem normal in most cases.” Although it is the case that many girls with XXX go undetected, surveys of prenatally or neonatally identified cases indicate that they have cognitive problems. Language deficits are found at high levels in all three cases of trisomy, XXX, XXY and XYY, with a trend for lower overall IQ in girls with XXX than boys with XXY or XYY. We did a study based on parental report, and found a diagnosis of autism spectrum disorder was more common in boys with XXY and XYY than in boys with normal XY chromosome status. But there was considerable variability from child to child, with some having no evidence of any educational or social difficulties, and others with more serious learning difficulties or autism. We currently lack data that would allow us to relate the cognitive profile in such children to their detailed genetic makeup, but this in an area researchers are starting to explore. We are optimistic that such research will not only be helpful in predicting which children are likely to need additional help, but also may throw light on more global questions about the genetic basis of sex differences in cognitive abilities and disabilities.

What are the implications of this research for the debate about sex differences in everyday human behaviour? This was very much in the news in 2010 with the publication of Cordelia Fine’s book Delusions of Gender, which was reviewed in The Psychologist, with a reply by Simon Baron-Cohen. Fine focused on two key issues: first, she questioned the standards of evidence used by those claiming biologically-based sex differences in behaviour, and second she noted how there were powerful cultural factors that affected gender-specific behaviour and that were all too often disregarded by those promoting what she termed ‘neurosexism’. I don’t know the literature well enough to evaluate the first point, but on the second, I would agree with Fine that biological factors do not occur in a vacuum. The evidence I’ve reviewed on genes shows unequivocally that there are sex differences in gene expression, but it does not exclude a role for experience and culture. This is nicely illustrated by the research of Michael Meaney and his colleagues demonstrating that gene expression in rats and mice can be influenced by maternal licking of their offspring, and that this in turn may differ for male and female pups! Genes are complex and fascinating in their effects, but they are not destiny.


อ่านเพิ่มเติม
Davies, W., & Wilkinson, L. S. (2006). It is not all hormones: Alternative explanations for sexual differentiation of the brain. การวิจัยสมอง, 1126, 36-45. doi: 10.1016/j.brainres.2006.09.105.
Gould, L. (1996). Cats are not peas: a calico history of genetics: Copernicus.
Lemos, B., Branco, A. T., & Hartl, D. L. (2010). Epigenetic effects of polymorphic Y chromosomes modulate chromatin components, immune response, and sexual conflict. การดำเนินการของ National Academy of Sciences, 107(36), 15826-15831.doi/10.1073/pnas.1010383107.
Skaletsky, H., Kuroda-Kawaguchi, T., Minx, P. J., Cordum, H. S., Hillier, L., Brown, L. G., et al. (2003). The male-specific region of the human Y chromosome is a mosaic of discrete sequence classes. ธรรมชาติ, 423(6942), 825-837.doi: 10.1038/nature01722

Wijchers PJ, & Festenstein RJ (2011). Epigenetic regulation of autosomal gene expression by sex chromosomes. Trends in genetics : TIG, 27 (4), 132-40 PMID: 21334089


ดูวิดีโอ: Gene editing can now change an entire species -- forever. Jennifer Kahn (สิงหาคม 2022).