Распаковка Y-хромосомы приблизила старость самцов дрозофилы
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
Для этого растению понадобилось 15 минут
Японские ученые отследили механизм работы белков семейства LAZY, занимающих ключевое место в восприятии силы тяжести растениями. В покое белки экспонированы на поверхности статолитов — органелл, имеющих высокую плотность и лежащих из-за этого в нижних частях клетки. Но наклон ростков резуховидки Таля приводил к тому, что статолиты перемещались в новые нижние участки клетки, оставляя отпечаток из белков LAZY. Белки, перенесенные с мембраны статолитов на цитоплазматическую мембрану, маркируют новое направление роста и изгиба корня. Исследование опубликовано в журнале Science. У корней большинства высших растений выражен гравитропизм, то есть движение в сторону источника силы тяжести. За гравитропизм корней отвечают клетки-статоциты, входящие в состав корневого чехлика. В них находятся органеллы статолиты — родственники хлоропластов, заполненные крахмалом и лежащие в нижней части клетки из-за более высокой, чем у цитоплазмы, плотности. Статолиты маркируют направление изгиба и роста корня, поскольку клетка экспортирует фитогормон ауксин в ту сторону, куда указывают органеллы, а ауксин вызывает растяжение клеток (по такому принципу поворачиваются растения подсолнечника в течение дня) и стимулирует их деление. Все эти детали были известны еще 50 лет назад, но механизмы, связывающие оседание статолитов и направление транспорта ауксина, за прошедшее время так и не были расшифрованы. Впрочем, было установлено, что белки семейств LAZY и RLD имеют отношение в гравитропизму, ведь корни растений, у которых выключены эти гены, перестают расти вниз. Молекулярные биологи и физиологи растений из нескольких университетов США и Японии при участии Миё Тэрао Морита (Miyo Terao Morita) из Национального института фундаментальной биологии в Окадзаки сосредоточились на изучении работы двух белков семейства LAZY — LZY3 и LZY4 — в корневом чехлике резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana). Анализ аминокислотной последовательности LZY3 и LZY4 показал, что у белков нет трансмембранного домена для заякоривания в мембране, зато есть гидрофобные и положительно заряженные участки для взаимодействия с фосфолипидами внутреннего слоя мембраны. Точечные мутации в этих участках белков нарушали гравитропизм у ростков резуховидки. Поскольку белок с таким строением неспособен прочно фиксироваться в мембране, но при этом критически важен для гравитропизма, то, предположили биологи, он может слабо прикрепляться попеременно к плазматической мембраной и к гликолипидам внешней мембраны статолитов. И действительно, LZY3 и LZY4 были обнаружены на поверхности обеих мембран. Далее ученые при помощи конфокальной микроскопии отследили, как меняется распределение LZY4 в живой клетке после наклона ростков на 90-135 градусов. Уже спустя три минуты статолиты оказывались в нижней части клетки. Через 15 минут обнаружились метки LZY4 на прилежащем участке плазмалеммы, а первые признаки изменения формы корня появились через полчаса с начала эксперимента. Помимо воздействия гравитацией, ученые подвигали амилопласты внутри живых клеток при помощи оптического пинцета, чтобы исключить, что полярность клетки управляется какими-либо другими органеллами, имеющими высокую плотность. Как и в эксперименте с наклоном ростка, через несколько минут флуоресцентная метка, пришитая к LZY4, переходила с пластид на плазматическую мембрану. После оседания LZY на мембране с ним связывались белки семейства RLD, которые, в свою очередь, привлекают на мембрану белки-экспортеры ауксина. Таким образом, японские ученые описали еще один механизм механорецепции живыми организмами. По словам авторов статьи, принцип работы LAZY-зависимых сенсоров, чувствующих направление силы притяжения, но не ее величину, похож на работу «аналогового» инклинометра. Человеческие же проприорецепторы, полукружные канальцы и отолитовые органы работают как акселерометры, детектирующие линейное или угловое ускорение при движении головы, внутренних органов или мышц. Подробнее о принципе их работы можно прочитать в нашем материале «Премия за самочувствие». Градиент ауксина в корне влияет на только на его рост в физиологических условиях, но и, к примеру, на заживление ран.