» » Для успешного размножения мышам достаточно из Y-хромосомы всего двух генов

Для успешного размножения мышам достаточно из Y-хромосомы всего двух генов


Для успешного размножения мышам достаточно из Y-хромосомы всего двух генов

Рис. 1. Препараты семенников мышей, имеющих лишь два гена из Y-хромосомы. На рисунке А стрелочками отмечены нормально развивающиеся предшественники половых клеток, которые, тем не менее, останавливаются в развитии, дойдя максимум до 9-й стадии развития из 12. На рисунке В стрелочками показаны патологии семенников у таких мышей — многоядерные, отмирающие и мертвые клетки. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science


Исследователи из Гавайского университета продемонстрировали, что половые клетки самцов мышей, имеющих лишь два гена из всей Y-хромосомы, можно успешно использовать для искусственного оплодотворения. При этом получается здоровое потомство, которое также способно размножаться.

Y-хромосома млекопитающих определяет развитие организма по типу самца: зародыш, у которого есть хотя бы одна Y-хромосома, разовьется в самца, а зародыш, не имеющий Y-хромосом, — в самку. В норме самец обладает одной X-хромосомой и одной Y-хромосомой, а самка — двумя X-хромосомами; прочие же хромосомы у самцов и самок не отличаются. Y-хромосома млекопитающих содержит намного меньше генов, чем X-хромосома (например, у человека в Y-хромосоме только 86 генов — в 17 раз меньше, чем в X-хромосоме). И, как показали в своей работе американские исследователи, лишь два из них абсолютно необходимы для развития семенников и производства мужских половых клеток, которые после слияния с яйцеклеткой могут дать вполне здоровое потомство.

Ген Sry требуется для развития эмбриональных зачатков половых желез в семенники и, таким образом, абсолютно необходим для образования мужских половых клеток. Однако было показано, что мыши, не имеющие Y-хромосомы, но имеющие лишь один ее ген, Sry, хотя и имеют семенники, но не способны производить функциональных половых клеток, так как их деление и развитие в семенниках блокируется на ранних стадиях. Тогда исследователи продолжили поиск минимального набора генов, необходимого для производства мужских половых клеток, и выявили, что дополнить работу гена Sry необходимо лишь геном Eif2s3y. Этот ген обеспечивает размножение клеток-предшественников сперматозоидов. Вместе пара генов Sry и Eif2s3y способна обеспечить развитие функциональных мужских половых клеток.


Для успешного размножения мышам достаточно из Y-хромосомы всего двух генов

Рис. 2. Мыши, рожденные после искусственного оплодотворения яйцеклеток половыми клетками самцов, имевших лишь два гена Y-хромосомы, вполне здоровы и сами могут производить потомство. На фото — такая самка со своим пометом. А вот самцы (так же, как и их отцы) могут размножаться только с помощью искусственного оплодотворения. Фото из обсуждаемой статьи в Science


Мыши, имеющие лишь два гена из Y-хромосомы, конечно, не обладают нормально функционирующим половым аппаратом. Семенники у них существенно меньше, чем в норме, и в них наблюдаются множественные патологии — клетки с большим количеством ядер, отмирающие и мертвые клетки. К тому же, самих половых клеток у них намного меньше, чем в норме, и все они не развиваются в нормальные сперматозоиды, останавливаясь на более ранних стадиях развития (рис. 1). Тем не менее, благодаря развитию технологий искусственного оплодотворения, для получения нормального потомства сейчас можно использовать даже недоразвитые сперматозоиды, не имеющие хвостов и потому неподвижные. Но поскольку сперматозоид вводят в яйцеклетку при помощи специальной микроиглы, его подвижность не важна для успеха оплодотворения. Этим способом исследователям удалось слить недоразвитые половые клетки самцов с яйцеклетками самок. В результате сформировались нормально развивающиеся зародыши, которые были вживлены мышам — «суррогатным матерям» — и рождены на свет вполне здоровыми (рис. 2). Полученные таким методом самки успешно размножались, а самцы, поскольку, как и их отцы, не имели нормальной Y-хромосомы, могли размножаться только с помощью искусственного оплодотворения.

Конечно, регуляция процессов, происходящих на ранних стадия развития зародышей млекопитающих, очень сложна, и в ней обязательно должен принимать участие отцовский геном, внесенный сперматозоидом. Именно поэтому невозможно, например, получение нормально развивающихся зародышей при слиянии двух яйцеклеток. Тем удивительнее, что лишь двух генов Y-хромосомы достаточно, чтобы процесс развития нового организма прошел успешно.

Кроме того, исследователи выявили 6 генов (в число которых входили и два вышеупомянутых), которых достаточно для созревания нормальных сперматозоидов. Правда, когда из всего набора Y-хромосомы присутствуют лишь эти гены, сперматозоиды редко проходят все стадии развития и намного чаще останавливаются на более ранних стадиях (все стадии показаны на рис. 3). Тем не менее выявленные 6 генов образуют минимальный набор, необходимый для конструирования полностью зрелых мужских половых клеток. Интересно, что у особей с 6 генами из Y-хромосомы, семенники были более похожи на нормальные, чем у особей, имевших лишь два гена: они были больше по размеру, в них было меньше мертвых клеток и больше клеток развивалось нормально.


Для успешного размножения мышам достаточно из Y-хромосомы всего двух генов

Для успешного размножения мышам достаточно из Y-хромосомы всего двух генов

Рис. 3. Стадии развития сперматозоидов у мышей. У мышей, имеющих из всех генов Y-хромосомы лишь гены Sry и Eif2s3, сперматозоиды никогда не развиваются дальше стадии 9, но, тем не менее, могут быть использованы для искусственного оплодотворения. Авторы обсуждаемой работы также выявили минимальный набор из 6 генов Y-хромосомы, необходимый для формирования зрелых сперматозоидов у мышей. Рисунок из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science


Что касается людей (и других обезьянообразных), то в их Y-хромосомах вообще нет копии гена Eif2s3, поэтому для них минимальный набор генов Y-хромосомы, необходимый для производства функциональных мужских половых клеток, не такой, как для мышей. Но в Y-хромосоме людей присутствует ген EIF1A, чей продукт так же важен для процесса инициации синтеза белка, как и продукт гена Eif2s3. Известно, что уменьшение активности его работы может приводить к азооспермии — патологическому состоянию, при котором в эякуляте отсутствуют нормальные сперматозоиды. Таким образом, возможно, что у людей ген EIF1A — один из генов, входящих в минимальный набор для производства функциональных половых клеток. Входит ли в этот набор лишь два гена, как у мышей, сказать пока нельзя.

Известно, что Y-хромосома человека за время своего существования потеряла подавляющее большинство генов, в связи с чем некоторые исследователи даже предсказывают полную утрату ее функциональности в ближайшие несколько миллионов лет. Действительно, генам Y-хромосомы свойственна особенно высокая скорость мутирования, а поскольку большая часть Y-хромосомы не способна к рекомбинации (обмену участками хромосом, в ходе которого в них могут возникать новые комбинации генов), то большинство мутаций, возникших в Y-хромосоме и не «залеченных» особыми системами починки клеточной ДНК, остаются в ней и передаются дальше всем потомкам мужского пола. Поэтому можно сказать, что «хранить гены на Y–хромосоме» — рискованно, и можно ожидать, что и в дальнейшем число генов на Y-хромосомах млекопитающих будет уменьшаться.

С другой стороны, Y-хромосома человека со времени разделения нашего вида и макак-резусов, которое произошло 25 миллионов лет назад, потеряла всего один ген, что не позволяет предсказать дальнейшее уменьшение числа ее генов, а тем более полное их исчезновение в ближайшем будущем. Гены, оставшиеся в Y-хромосоме, важны для формирования зрелых сперматозоидов и нормального оплодотворения. Однако искусственное оплодотворение позволило выявить гены, абсолютно необходимые для формирования функциональных мужских половых клеток у мышей, и их оказалось только два.

Источник: Y. Yamauchi, J. M. Riel, Z. Stoytcheva, M. A. Ward. Two Y Genes Can Replace the Entire Y Chromosome for Assisted Reproduction in the Mouse // Science. V. 343. P. 69–72. DOI: 10.1126/science.1242544.

Юлия Кондратенко


05 октябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Обнаружен белок, отвечающий за слияние мышечных клеток в мышечные волокна

При формировании мышц во время эмбрионального развития одним из ключевых событий является слияние мышечных клеток в единое многоядерное мышечное волокно. Однако механизм, координирующий это слияние,

Рыбки Danio rerio наследуют модификации ДНК от отца

Активное/неактивное состояние генов в клетке обеспечивается химическими модификациями (метками) ДНК. До сих пор была распространена гипотеза, что сразу после оплодотворения все метки с родительской

Почему половой отбор не может обеспечить всех баранов большими рогами

Британские биологи, изучающие уникальную популяцию одичавших овец с острова Соэй, нашли ответ на вопрос, долго мучавший теоретиков: почему в популяции сохраняется наследственная изменчивость по

Выявлен белок, отвечающий за своевременное включение генов у эмбрионов

Ранние этапы эмбрионального развития животных идут под контролем материнских генов, а гены самого эмбриона остаются выключенными. Переломным моментом является «переход от материнского типа экспрессии

Эволюция полового размножения у дрожжей: надстройка меняется, базис остается

Американские биологи обнаружили, что генные сети, регулирующие половое размножение, по-разному устроены у разных видов дрожжей. У обычных пекарских дрожжей и ряда других видов спаривание (слияние
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Эффективна ли саентология?«Заливы Каролины»Почему одни нации богатые, а другие — бедные?Люди могут отращивать хрящи, как саламандрыСветодиодные светильники для наружного освещенияРоссийский аппарат к Луне стартует не раньше 2026 годаПочему мы стареем? Новая теория ученыхNASA получило новые снимки Большого красного пятна Юпитера