Variatie is het kruid van het leven - vooral als het gaat om genetica. Onze soort heeft DNA nodig om zich te vermengen om genetische diversiteit te creëren, wat cruciaal is voor de gezondheid en winterhardheid van de populatie. Terwijl cellen zich delen en groeien, kunnen alle 22 paren chromosomen in een mens genetische swaps uitvoeren over hun gehele lengte, behalve de geslachtschromosomen. Omdat X en Y verschillen in grootte en in de genen die ze dragen, blijven deze twee genetische bundels afstandelijk.
gerelateerde inhoud
- Waterberen zijn de meester-DNA-dieven van de dierenwereld
- Vissen kunnen de geslachtsbalans aanpassen aan stijgende temperaturen
- Wetenschappers identificeren een "DNA-klok" die kan helpen bij het voorspellen van sterfte
Maar onderzoek heeft aangetoond hoe de geslachtschromosomen soms genetische gegevens op bepaalde plekken verhandelen - en het lijkt erop dat hun swapping slordiger is dan aanvankelijk gedacht.
Een team onder leiding van Melissa Wilson Sayres van de Arizona State University biedt nieuwe details over wat er gebeurt als X- en Y-chromosomen DNA verwisselen tijdens de celdeling die aanleiding geeft tot eieren en sperma. Intrigerend is dat hun werk bevestigt dat wanneer de geslachtschromosomen converseren, een bepaald gen dat cruciaal is voor de ontwikkeling van mannen, soms per ongeluk wordt verplaatst. De resultaten kunnen helpen verklaren waarom sommige mensen vrouwelijk DNA hebben - een paar X-chromosomen - maar zich fysiek als mannelijk ontwikkelen.
Miljoenen jaren geleden waren onze X- en Y-chromosomen ruwweg equivalent en konden we genetisch materiaal vrij ruilen. In de meeste gevallen is evolutie voorstander van deze uitwisseling van DNA tussen chromosomen omdat het de diversiteit stimuleert. Maar vandaag is het X-chromosoom veel langer dan het Y-chromosoom en blijven er nog maar twee kleine overeenkomende regio's over. "We praten vaak over hoe verschillend X en Y zijn", zegt Wilson Sayres. "Maar er zijn twee regio's waarin ze identiek zijn", pseudoautosomale regio's genoemd. Dit is waar de X- en Y-chromosomen kunnen samenwerken en DNA kunnen verwisselen.
Eerder werk van genetici David Page bij MIT en Bruce Lahn aan de Universiteit van Chicago toonde aan dat miljoenen jaren geleden segmenten van het X-chromosoom werden gesneden, omgedraaid en opnieuw ingebracht. Het resultaat van deze mutatie, een inversie genoemd, is dat de X- en Y-chromosomen niet langer konden interageren in het omgekeerde gebied. Analyses uit het laboratorium van Wilson Sayres hebben eerder ook aangetoond dat inversies op het X-chromosoom tot negen keer hebben plaatsgevonden in onze evolutionaire geschiedenis.
Deze inversies "werden begunstigd door natuurlijke selectie omdat ze verhinderden dat het mannelijk bepalende gen recombineerde op de X en X en Y toestond om onafhankelijk te evolueren", zegt Qi Zhou, een postdoctorale fellow aan de Universiteit van Californië, Berkeley, die de evolutie van geslachtschromosomen bij fruitvliegen en vogels.
Omdat het proces van inversie de genen doormidden snijdt, kunnen wetenschappers de pseudo-autosomale grenzen op de chromosomen zien door eenvoudig naar de DNA-sequentie te kijken en de brokken van afgeknotte genen te identificeren. Dus Wilson Sayres vroeg zich af of genetische uitwisseling binnen de pseudo-autosomale regio's een duidelijke signatuur van diversiteit met scherpe randen zou kunnen achterlaten. "Omdat recombinatie plaatsvindt in de pseudo-autosomale gebieden, zou daar een grotere diversiteit moeten zijn ten opzichte van de andere delen van het X-chromosoom, " zegt Wilson Sayres.
Om het idee te testen, analyseerden zij en haar niet-gegradueerde medewerkers in de staat Arizona patronen van genetische diversiteit in de X-chromosomen van 26 niet-verwante vrouwen. Tot hun verbazing zag het team geen duidelijke grens. "Diversiteit neemt af met bijna een lineaire snelheid over de pseudo-autosomale grens, wat suggereert dat recombinatiegrenzen niet erg strikt zijn", zegt Wilson Sayres. In plaats daarvan lijkt het erop dat wanneer pseudo-autosomale regio's stukjes DNA verhandelen, nabijgelegen stukken van het omgekeerde gebied soms worden meegenomen voor de rit. Het team presenteert hun resultaten deze week op de 2015 bijeenkomst van de Society of Molecular Biology and Evolution in Wenen.
De bevinding "is echt belangrijk, want een van de genen op het Y-chromosoom die heel dicht bij die grens ligt, is SRY, de geslachtsbepalende regio van de Y", zegt Wilson Sayres. SRY is een gen dat cruciaal is voor het initiëren van de ontwikkeling van testes bij mannen. "Als de grens niet is vastgesteld, kun je het SRY-gen naar het X-chromosoom trekken, " zegt ze. In dat geval kan een individu met een XX-genotype, dat typisch vrouwelijk is, zich in plaats daarvan als mannelijk ontwikkelen. XX mannelijk syndroom, ook wel de la Chapelle-syndroom genoemd, komt voor bij 1 van de 20.000 mensen die uiterlijk mannelijk lijken. Personen met deze zeldzame aandoening zijn meestal steriel.
"Veel soorten zoogdieren hebben SRY, en het bevindt zich op zeer verschillende plaatsen op het Y-chromosoom, omdat de inversies vele malen onafhankelijk in verschillende lijnen plaatsvonden, " voegt Wilson Sayres toe. "Het is gewoon pech dat bij mensen het SRY-gen zich dicht bij de inversiegrens bevindt."
Een onderzoek uit 2012 door Terje Raudsepp aan de A&M University van Texas en haar collega's hadden al gesuggereerd dat fouten in XY-recombinatie SRY naar het X-chromosoom bij mensen en chimpansees kunnen verplaatsen. Het nieuwe werk versterkt dat resultaat en toont een waarschijnlijk mechanisme. Omdat de grenzen van het swapping-gebied zo vaag zijn, is het waarschijnlijk dat het mannelijk syndroom van XX geen recent "toeval" -fenomeen is bij moderne mensen, maar al minstens duizenden jaren voorkomt. "XX mannen kwamen waarschijnlijk met deze frequentie voor tijdens de menselijke evolutie", zegt Wilson Sayres.
De nieuwe analyse toont ook een onverwachte piek van genetische diversiteit in een omgekeerd deel van het X-chromosoom dat bij mensen werd gekopieerd en toegevoegd aan het Y-chromosoom. Een van de genen binnen die piek wordt protocadherine 11 genoemd, een gen waarvan wordt gedacht dat het betrokken is bij de ontwikkeling van de hersenen. "Mensen nemen meestal aan dat deze regio X-specifiek is, maar eigenlijk laten we zien dat er in die regio wordt gewisseld tussen X en Y", zegt Wilson Sayres. Dit is belangrijk omdat “het X-getransponeerde gebied eruit ziet als een nieuw derde pseudoautosomaal gebied. Dit zou kunnen leiden tot een nieuw proces voor door mannen beïnvloede genen uit de Y om op de X te springen, waar ze niet thuishoren, wat leidt tot extra geslachtschromosoom genetische aandoeningen. "
"Het werk van de groep van Dr. Wilson Sayres draagt zeker bij aan de diepgang van de analyse van de merkwaardige kenmerken van menselijke geslachtschromosomen, " zegt Raudsepp.
