Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Распаковка Y-хромосомы приблизила старость самцов дрозофилы

NASA

Американские ученые выдвинули новую гипотезу, которая призвана объяснить, почему самцы живут меньше самок — в данном случае у мух. Они заметили, что в Y-хромосоме дрозофил больше «бессмысленных» повторов, чем в Х-хромосоме, и эти области ДНК сильнее скручены у молодых животных. С возрастом эпигенетические метки исчезают, ДНК разворачивается и «на свободу» выходят мобильные элементы, спрятанные внутри этих повторов. Создав линию самок с лишней Y-хромосомой и самцов без Y-хромосомы, исследователи подтвердили, что жизнь мухам сокращает именно она. Работа опубликована в журнале Nature Ecology & Evolution.

У многих видов животных самки в среднем живут дольше самцов. Чем вызвано такое неравенство, до сих пор не до конца ясно. Одни исследователи считают, что во всем виноваты половые хромосомы: у тех животных, у кого пол определяется сочетанием хромосом, гетерогаметный пол (то есть с разным типом хромосом) живет меньше. Другие же ученые полагают, что дело не в генетических факторах — по крайней мере, у млекопитающих, — а во влиянии среды: один пол может чаще подвергаться рискам или иметь более слабое здоровье.

В то же время известно, что одним из двигателей старения на клеточном уровне является раскручивание ДНК в «бессмысленных» участках. В таких областях генома нередко встречаются мобильные элементы, которые вслед за раскручиванием «выходят на свободу» и получают возможность перемещаться по геному, встраиваться в случайные места и нарушать работу отдельных генов. Эмили Браун (Emily Brown) и ее коллеги из Калифорнийского университета в Беркли предположили, что различие в продолжительности жизни может быть связано с разной структурой половых хромосом, поскольку у дрозофил Y-хромосома несет на себе больше «бессмысленных» последовательностей-повторов, чем Х-хромосома.

Для начала исследователи измерили количество гетерохроматина («скрученных» участков ДНК) в клетках молодых дрозофил и обнаружили, что, как и считалось раньше, у самок его примерно на 20 Мб меньше, чем у самцов. Подсчитав продолжительность жизни обоих полов, ученые подтвердили, что самки живут примерно на 10 дней дольше.

Затем исследователи сравнили количество гетерохроматина у мух в 8 дней и 64 дня жизни (это практически пик продолжительности жизни у самцов). Оказалось, что в старости у самцов дерепрессированными («раскрученными») становятся в полтора раза больше участков, чем у самок. При этом большинство таких участков находятся на Y-хромосоме. Среди них оказалось немало потенциально мобильных элементов. У самок с возрастом выросла экспрессия 6 мобильных элементов, а 14 — снизилась. У самцов же снизилась экспрессия только 4 мобильных элементов, а выросла — 32.

Чтобы проверить, насколько распаковка половых хромосом влияет на продолжительность жизни, авторы работы создали две линии мух с неклассическим набором хромосом. У дрозофил пол определяется отношением количества Х хромосом к числу соматических (неполовых) хромосом в присутствии Y-хромосомы. Поэтому возможно получить самцов с генотипом ХО (без Y-хромосомы) или XYY и самок XXY.

Как и следовало ожидать, самцы XYY прожили меньше, чем обычные самцы — около 40 дней вместо положенных 60. Жизнь самок XXY оказалась незначительно короче, чем у обычных самок. Зато самцы ХО получились долгожителями, обогнав и других самцов, и самок, и прожив до 80-90 дней. Таким образом авторы работы подтвердили, что именно Y-хромосома сокращает жизнь самцов, а избавление от нее, напротив, продлевает их дни.

Теперь в распоряжении геронтологов есть еще один аргумент против Y-хромосомы. Раньше считалось, что она может укорачивать жизнь самцов из-за того, что несет меньше генов, чем Х-хромосома, или же действовать опосредованно, через гормоны (которые, например, подавляют активность иммунитета). Сейчас ее обвинили еще и в том, что она может служить пристанищем мобильных элементов и выпускать их на волю с течением времени. Далее ученым предстоит проверить, насколько это актуально для других животных. У человека, например, с возрастом тоже увеличивается число активных мобильных элементов в клетках. Однако, как отмечают авторы статьи, и у людей, и у мух высок уровень внутривидового разброса по количеству повторов, поэтому пока неясно, насколько вклад половых хромосом оказывается важен по сравнению с индивидуальными различиями.

Ранее манипуляция эпигенетическими метками на ДНК позволила ученым заставить дрозофил трудиться. Кроме того, лишние эпигенетические метки в яйцеклетках вызвали расстройства поведения у мышей. Зато недавно возрастные эпигенетические изменения у человека впервые удалось «откатить назад».

Полина Лосева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.