Генетики подтвердили токсичность Y-хромосомы для самцов плодовых мушек

Американские генетики подтвердили экспериментально, что с возрастом у самцов одного из вида плодовых мушек на Y-хромосоме падает количество репрессорных меток и усиливается активность некодирующих ДНК-повторов, что может приводить к уменьшению стабильности генома. Эти данные, опубликованные в PLoS Genetics, говорят в пользу гипотезы «токсичной Y-хромосомы», при помощи которой пытаются объяснить меньшую продолжительность жизни самцов многих видов.

Самцы и самки многих видов животных имеют разную продолжительность жизни, при этом вклад в сокращение жизни могут вносить непосредственно половые хромосомы. Статистика утверждает, что более короткую жизнь живут именно обладатели двух разных хромосом — в системе XY это самцы, а в системе ZW (как у птиц) это самки. По-видимому, это связано не только с наличием или отсутствием определенных генов на половых хромосомах, но и с особенностями их последовательностей ДНК, количеством повторяющихся последовательностей и мобильных элементов.

Большое количество таких последовательностей может плохо сказаться на стабильности генома, так как повторы имеют свойство рекомбинировать и изменять структуру хромосом, выкидывая или удваивая целые куски. К такому же результату приводит и активное перемещение мобильных элементов (часто это древние остатки вирусов, встроившихся в геном). Поэтому в норме в хромосомах нежелательные последовательности упакованы в гетерохроматин (неактивное состояние ДНК в комплексе с белками-гистонами) и не работают. Иначе обогащенная такой ДНК хромосома буквально становится токсичной для своего носителя.

Элисон Нгуен (Alison Nguyen) и Дорис Бэчтрог (Doris Bachtrog) из Калифорнийского университета в Беркли подтвердили этот феномен на плодовых мушках. Самки мушек с генотипом XXY живут меньше, чем нормальные самки XX. Поэтому ученые предположили, что Y-хромосома в какой-то момент становится токсичной, что и приводит к сокращению продолжительности жизни самцов.

Объектом их исследования стали мухи Drosophila miranda, самцы которых обладают относительно эволюционно молодой и более длинной Y-хромосомой. Ее размер увеличен в том числе за счет большого количества повторов и мобильных элементов. Генетики изучили транскрипционную активность ДНК этой хромосомы и динамику появления репрессорных гистоновых меток.

Оказалось, что у самцов D. miranda, как молодых, так и старых, активность мобильных элементов в целом выше, чем у самок, несмотря на то, что количество гетерохроматина у молодых самцов выше. Таким образом, упаковки в гетерохроматин у этого вида мух недостаточно, чтобы подавить мобильные элементы, и Y-хромосома действительно может провоцировать геномную нестабильность. Кроме того, с возрастом у самцов мух возрастает экспрессия так называемой сателлитной ДНК в составе повторов, за счет потери репрессорных гистоновых меток. То есть с возрастом токсичность Y-хромосомы увеличивается. Все это вполне может служить причиной сокращения жизни самцов по сравнению с самками.

В процессе эволюции у самцов D. miranda Y-хромосома оказалась увеличена в результате присоединения к предковой Y-хромосоме одной из аутосомных хромосом. Вероятно, в процессе естественного отбора со временем этот вид избавится от лишних токсичных последовательностей. По крайней мере, у других видов, в том числе млекопитающих, процесс деградации Y-хромосомы в процессе эволюции действительно зафиксирован. Можно предположить, что драйвером этого процесса была, в том числе, описанная токсичность.

О том, как Y-хромосома определяет (или нет) пол, можно прочитать в нашем материале «Легко ли стать мужчиной».

Дарья Спасская