stringtranslate.com

Х-хромосома

X -хромосома — одна из двух половых хромосом во многих организмах, включая млекопитающих, и встречается как у самцов, так и у самок. Она является частью системы определения пола XY и системы определения пола XO . Хромосома X была названа за свои уникальные свойства ранними исследователями, что привело к названию ее аналога Y-хромосомы , по следующей букве в алфавите, после ее последующего открытия. [3]

Открытие

Впервые то, что X-хромосома является особенной, было отмечено в 1890 году Германом Хенкингом в Лейпциге. Хенкинг изучал яички Pyrrhocoris и заметил, что одна хромосома не принимает участия в мейозе . Хромосомы так названы из-за их способности окрашиваться ( по -гречески chroma означает цвет ). Хотя X-хромосому можно было окрашивать так же хорошо, как и другие, Хенкинг не был уверен, является ли она другим классом объекта, и поэтому назвал ее X-элементом , [4] который позже стал X-хромосомой после того, как было установлено, что это действительно хромосома. [5]

Идея о том, что X-хромосома была названа из-за ее сходства с буквой «X», ошибочна. Все хромосомы обычно выглядят как аморфный сгусток под микроскопом и принимают четко определенную форму только во время митоза. Эта форма смутно напоминает X для всех хромосом. Совершенно случайно, что Y-хромосома во время митоза имеет две очень короткие ветви, которые могут выглядеть слитыми под микроскопом и выглядеть как нисходящая часть Y-образной формы. [6]

Впервые предположение о том, что Х-хромосома участвует в определении пола, высказал Кларенс Эрвин МакКланг в 1901 году. Сравнив свою работу по саранче с работой Хенкинга и других, МакКланг отметил, что только половина сперматозоидов получила Х-хромосому. Он назвал эту хромосому дополнительной хромосомой и настаивал (правильно), что это была настоящая хромосома, и предположил (ошибочно), что это была хромосома, определяющая пол самца. [4]

Модель наследования

Число возможных предков на линии наследования Х-хромосомы в данном предковом поколении следует последовательности Фибоначчи. (По Хатчисону, Л. «Выращивание генеалогического древа: сила ДНК в реконструкции семейных отношений». [7] )

Люк Хатчисон заметил, что ряд возможных предков на линии наследования Х-хромосомы в данном предковом поколении следует последовательности Фибоначчи . [7] У мужчины есть Х-хромосома, которую он получил от своей матери, и Y-хромосома , которую он получил от своего отца. Мужчина считается «источником» своей собственной Х-хромосомы ( ), а в поколении его родителей его Х-хромосома произошла от одного родителя ( ). Мать мужчины получила одну Х-хромосому от своей матери (бабушки сына по материнской линии) и одну от своего отца (дедушки сына по материнской линии), поэтому двое бабушек и дедушек внесли свой вклад в Х-хромосому потомка мужского пола ( ). Дедушка по материнской линии получил свою Х-хромосому от своей матери, а бабушка по материнской линии получила Х-хромосому от обоих своих родителей, поэтому три прабабушки и прадедушки внесли свой вклад в Х-хромосому потомка мужского пола ( ). Пять прапрапрадедушки и прабабушки внесли свой вклад в X-хромосому потомка мужского пола ( ) и т. д. (Обратите внимание, что это предполагает, что все предки данного потомка независимы, но если проследить генеалогию достаточно далеко назад во времени, предки начнут появляться в нескольких линиях генеалогии, пока в конечном итоге основатель популяции не появится во всех линиях генеалогии.)

Люди

Функция

Ядро клетки женской амниотической жидкости. Вверху: обе территории X-хромосомы обнаружены с помощью FISH . Показан один оптический срез, сделанный с помощью конфокального микроскопа . Внизу: то же ядро, окрашенное DAPI и записанное с помощью ПЗС-камеры . Тельца Барра обозначены стрелкой, они идентифицируют неактивную X (Xi).

X-хромосома у людей охватывает более 153 миллионов пар оснований (строительный материал ДНК ). Она представляет собой около 800 генов, кодирующих белки, по сравнению с Y-хромосомой, содержащей около 70 генов, из 20 000–25 000 общих генов в геноме человека. Обычно у каждого человека есть одна пара половых хромосом в каждой клетке. У женщин обычно есть две X-хромосомы, тогда как у мужчин обычно есть одна X- и одна Y-хромосома . И мужчины, и женщины сохраняют одну из X-хромосом своей матери, а женщины сохраняют свою вторую X-хромосому от отца. Поскольку отец сохраняет свою X-хромосому от своей матери, у женщины есть одна X-хромосома от ее бабушки по отцовской линии (со стороны отца) и одна X-хромосома от ее матери. Эта схема наследования следует числам Фибоначчи на заданной глубине предков. [ необходима цитата ]

Генетические нарушения , вызванные мутациями в генах на Х-хромосоме, описываются как Х-сцепленные . Если Х-хромосома имеет ген генетического заболевания, это всегда вызывает заболевание у пациентов мужского пола, поскольку у мужчин есть только одна Х-хромосома и, следовательно, только одна копия каждого гена. Женщинам, напротив, требуются обе Х-хромосомы для заболевания, и в результате они могут быть только носителями генетического заболевания, поскольку их вторая Х-хромосома перекрывает первую. Например, гемофилия А и В и врожденная красно-зеленая цветовая слепота передаются по семьям таким образом.

X-хромосома несет сотни генов, но лишь немногие из них, если таковые вообще имеются, имеют непосредственное отношение к определению пола. На ранних стадиях эмбрионального развития у самок одна из двух X-хромосом постоянно инактивируется почти во всех соматических клетках (клетках, отличных от яйцеклеток и сперматозоидов ). Это явление называется X-инактивацией или Лионизацией и создает тельце Барра . Если бы X-инактивация в соматической клетке означала полную дефункционализацию одной из X-хромосом, это гарантировало бы, что у самок, как и у самцов, будет только одна функциональная копия X-хромосомы в каждой соматической клетке. Ранее предполагалось, что это так. Однако недавние исследования показывают, что тельце Барра может быть более биологически активным, чем предполагалось ранее. [8]

Частичная инактивация Х-хромосомы происходит из-за репрессивного гетерохроматина , который уплотняет ДНК и предотвращает экспрессию большинства генов. Уплотнение гетерохроматина регулируется Polycomb Repressive Complex 2 ( PRC2 ). [9]

Гены

Количество генов

Ниже приведены некоторые оценки количества генов человеческой Х-хромосомы. Поскольку исследователи используют разные подходы к аннотации генома, их прогнозы количества генов на каждой хромосоме различаются (технические подробности см. в разделе прогнозирование генов ). Среди различных проектов проект по совместной консенсусной кодирующей последовательности ( CCDS ) придерживается крайне консервативной стратегии. Таким образом, прогноз количества генов CCDS представляет собой нижнюю границу общего количества генов, кодирующих человеческие белки. [10]

Список генов

Ниже приведен частичный список генов человеческой хромосомы X. Полный список можно посмотреть по ссылке в информационном поле справа.

Структура

Росс и др. (2005) и Оно (1967) выдвинули теорию, что Х-хромосома, по крайней мере, частично произошла от аутосомного (не связанного с полом) генома других млекопитающих, о чем свидетельствуют результаты межвидового выравнивания геномных последовательностей.

X-хромосома заметно больше и имеет более активную эухроматиновую область, чем ее аналог Y-хромосомы . Дальнейшее сравнение X и Y выявляет области гомологии между ними. Однако соответствующая область в Y выглядит намного короче и не имеет областей, которые сохраняются в X у всех видов приматов, что подразумевает генетическую дегенерацию Y в этой области. Поскольку у самцов только одна X-хромосома, у них больше шансов иметь заболевание, связанное с X-хромосомой.

По оценкам, около 10% генов, кодируемых Х-хромосомой, связаны с семейством генов «CT», названных так потому, что они кодируют маркеры, обнаруженные как в опухолевых клетках (у больных раком), так и в яичках человека (у здоровых пациентов). [18]

Роль в заболевании

Числовые аномалии

Синдром Клайнфельтера :

Трисомия X

Синдром Тернера :

Х-сцепленные рецессивные заболевания

Сцепление с полом было впервые обнаружено у насекомых, например, в 1910 году, когда Т. Х. Морган открыл закономерности наследования мутации белых глаз у Drosophila melanogaster . [23] Такие открытия помогли объяснить сцепленные с Х-хромосомой заболевания у людей, например, гемофилию А и В, адренолейкодистрофию и дальтонизм на красный и зеленый цвета .

Другие расстройства

Синдром XX-самца — редкое заболевание, при котором область SRY хромосомы Y рекомбинирует и располагается на одной из хромосом X. В результате комбинация XX после оплодотворения имеет тот же эффект, что и комбинация XY, в результате чего получается мужчина. Однако другие гены X-хромосомы также вызывают феминизацию.

X-сцепленная эндотелиальная дистрофия роговицы — крайне редкое заболевание роговицы, связанное с регионом Xq25. Эпителиальная дистрофия роговицы Лиша связана с Xp22.3.

Мегалокорнеа 1 связана с Xq21.3-q22 [ необходима медицинская ссылка ]

Адренолейкодистрофия — редкое и смертельное заболевание, которое передается по материнской линии на Х-клетке. Оно поражает только мальчиков в возрасте от 5 до 10 лет и разрушает защитную клетку, окружающую нервы, миелин в мозге. У женщины-носителя почти не проявляется никаких симптомов, поскольку у женщин есть копия Х-клетки. Это заболевание приводит к тому, что когда-то здоровый мальчик теряет все способности ходить, говорить, видеть, слышать и даже глотать. В течение 2 лет после постановки диагноза большинство мальчиков с адренолейкодистрофией умирают.

Цитогенетическая полоса

Идеограмма G-бэндинга человеческой X-хромосомы в разрешении 850 bphs. Длина полосы на этой диаграмме пропорциональна длине пары оснований. Этот тип идеограммы обычно используется в геномных браузерах (например, Ensembl , UCSC Genome Browser ).
Модели G-бэндинга человеческой Х-хромосомы в трех различных разрешениях (400, [24] 550 [25] и 850 [2] Длина полосы на этой диаграмме основана на идеограммах из ISCN (2013). [26] Этот тип идеограммы представляет собой фактическую относительную длину полосы, наблюдаемую под микроскопом в различные моменты митотического процесса . [27]

Исследовать

В июле 2020 года ученые сообщили о первой полной и без пробелов сборке человеческой Х-хромосомы . [ 32] [33]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Том Страхан; Эндрю Рид (2 апреля 2010 г.). Молекулярная генетика человека. Garland Science. стр. 45. ISBN 978-1-136-84407-2.
  2. ^ Страница оформления генома abc , NCBI. Данные идеограммы для Homo sapience (850 bphs, Assembly GRCh38.p3). Последнее обновление 2014-06-03. Получено 2017-04-26.
  3. ^ Энджер, Натали (2007-05-01). «Для материнской X-хромосомы пол — это только начало». The New York Times . Получено 2007-05-01 .
  4. ^ Джеймс Шварц, В погоне за геном: от Дарвина до ДНК , страницы 155-158, Издательство Гарвардского университета, 2009 ISBN 0674034910 
  5. ↑ Дэвид Бейнбридж, «X в сексе: как X-хромосома управляет нашей жизнью» , страницы 3–5, Издательство Гарвардского университета, 2003 ISBN 0674016211 . 
  6. ^ Бейнбридж, страницы 65-66
  7. ^ ab Hutchison, Luke (сентябрь 2004 г.). "Выращивание генеалогического древа: сила ДНК в восстановлении семейных отношений" (PDF) . Труды Первого симпозиума по биоинформатике и биотехнологии (BIOT-04) . Получено 03.09.2016 .
  8. ^ Carrel L, Willard H (2005). «Профиль инактивации X выявляет обширную изменчивость экспрессии генов, сцепленных с X-хромосомой, у женщин». Nature . 434 (7031): 400–4. Bibcode :2005Natur.434..400C. doi :10.1038/nature03479. PMID  15772666. S2CID  4358447.
  9. ^ Veneti Z, Gkouskou KK, Eliopoulos AG (июль 2017 г.). «Комплекс репрессора Polycomb 2 в геномной нестабильности и раке». Int J Mol Sci . 18 (8): 1657. doi : 10.3390/ijms18081657 . PMC 5578047. PMID  28758948 . 
  10. ^ Pertea M, Salzberg SL (2010). «Между курицей и виноградом: оценка количества человеческих генов». Genome Biol . 11 (5): 206. doi : 10.1186/gb-2010-11-5-206 . PMC 2898077. PMID  20441615 . 
  11. ^ "Результаты поиска - X[CHR] И "Homo sapiens"[Организм] И ("has ccds"[Свойства] И alive[prop]) - Ген". NCBI . Выпуск 20 CCDS для Homo sapiens . 2016-09-08 . Получено 2017-05-28 .
  12. ^ "Статистика и загрузки для хромосомы X". Комитет по номенклатуре генов HUGO . 2017-05-12. Архивировано из оригинала 2017-06-29 . Получено 2017-05-19 .
  13. ^ "Хромосома X: Сводка по хромосомам - Homo sapiens". Ensembl Release 88. 2017-03-29 . Получено 2017-05-19 .
  14. ^ "Хромосома человека X: записи, названия генов и перекрестные ссылки на MIM". UniProt . 2018-02-28 . Получено 2018-03-16 .
  15. ^ "Результаты поиска - X[CHR] И "Homo sapiens"[Организм] И ("генотип кодирование белка"[Свойства] И живой[свойство]) - Ген". NCBI . 2017-05-19 . Получено 2017-05-20 .
  16. ^ "Результаты поиска - X[CHR] И "Homo sapiens"[Организм] И ( ("genetype miscrna"[Свойства] ИЛИ "genetype ncrna"[Свойства] ИЛИ "genetype rrna"[Свойства] ИЛИ "genetype trna"[Свойства] ИЛИ "genetype scrna"[Свойства] ИЛИ "genetype snrna"[Свойства] ИЛИ "genetype snorna"[Свойства]) НЕ "genetype protein coding"[Свойства] И alive[prop]) - Ген". NCBI . 2017-05-19 . Получено 2017-05-20 .
  17. ^ "Результаты поиска - X[CHR] И "Homo sapiens"[Организм] И ("genetype pseudo"[Свойства] И alive[prop]) - Ген". NCBI . 2017-05-19 . Получено 2017-05-20 .
  18. ^ Росс М. и др. (2005). «Последовательность ДНК человеческой Х-хромосомы». Nature . 434 (7031): 325–37. Bibcode :2005Natur.434..325R. doi :10.1038/nature03440. PMC 2665286 . PMID  15772651. 
  19. ^ Гарольд Чен; Ян Кранц; Мэри Л. Уиндл; Маргарет М. Макговерн; Пол Д. Петри; Брюс Бюлер (2013-02-22). "Патофизиология синдрома Клайнфельтера". Medscape . Получено 18 июля 2014 г.
  20. ^ Висотсак Дж., Грэм Дж. М. (2006). «Синдром Клайнфельтера и другие анеуплоидии половых хромосом». Orphanet J Rare Dis . 1 : 42. doi : 10.1186/1750-1172-1-42 . PMC 1634840. PMID  17062147 . 
  21. ^ Бендер Б., Пак М., Салбенблатт Дж., Робинсон А. (1986). Смит С. (ред.). Когнитивное развитие детей с аномалиями половых хромосом . Сан-Диего: College Hill Press. С. 175–201.
  22. ^ "Синдром тройной Х-хромосомы". Genetics Home Reference . 2014-07-14 . Получено 2014-07-18 .
  23. ^ Морган, TH (1910). «Ограниченное полом наследование у дрозофилы». Science . 32 (812): 120–122. Bibcode :1910Sci....32..120M. doi :10.1126/science.32.812.120. PMID  17759620.
  24. ^ Страница оформления генома, NCBI. Данные идеограммы для Homo sapience (400 bphs, Assembly GRCh38.p3). Последнее обновление 2014-03-04. Получено 2017-04-26.
  25. ^ Страница оформления генома, NCBI. Данные идеограммы для Homo sapience (550 bphs, Assembly GRCh38.p3). Последнее обновление 2015-08-11. Получено 2017-04-26.
  26. ^ Международный постоянный комитет по цитогенетической номенклатуре человека (2013). ISCN 2013: Международная система цитогенетической номенклатуры человека (2013). Karger Medical and Scientific Publishers. ISBN 978-3-318-02253-7.
  27. ^ Sethakulvichai, W.; Manitpornsut, S.; Wiboonrat, M.; Lilakiatsakun, W.; Assawamakin, A.; Tongsima, S. (2012). «Оценка разрешений на уровне полос изображений хромосом человека». 2012 Девятая международная конференция по компьютерным наукам и программной инженерии (JCSSE). стр. 276–282. doi :10.1109/JCSSE.2012.6261965. ISBN 978-1-4673-1921-8. S2CID  16666470.
  28. ^ " p ": Короткое плечо; " q ": Длинное плечо.
  29. ^ Для номенклатуры цитогенетического распределения см. статью locus .
  30. ^ ab Эти значения (старт/стоп ISCN) основаны на длине полос/идеограмм из книги ISCN «Международная система цитогенетической номенклатуры человека» (2013). Произвольная единица .
  31. ^ gpos : Область, которая положительно окрашивается G-бэндингом , как правило, богата AT и бедна генами; gneg : Область, которая отрицательно окрашивается G-бэндингом, как правило, богата CG и богата генами; acen Центромера . var : Вариабельная область; stem : Стебель.
  32. ^ "Ученые впервые получили полную сборку человеческой Х-хромосомы". phys.org . Получено 16 августа 2020 г. .
  33. ^ Мига, Карен Х .; Корень, Сергей; Ри, Аран; Фоллгер, Митчелл Р.; Гершман, Ариэль; Бзикадзе, Андрей; Брукс, Шелис; Хау, Эдмунд; Порубский, Дэвид; Логсдон, Гленнис А.; Шнайдер, Валери А.; Потапова Тамара; Вуд, Джонатан; Чоу, Уильям; Армстронг, Джоэл; Фредриксон, Жанна; Пак, Евгения; Тиги, Кристоф; Кремицкий, Милинн; Маркович, Кристофер; Мадуро, Валери; Дутра, Амалия; Буффар, Жерар Г.; Чанг, Александр М.; Хансен, Нэнси Ф.; Уилферт, Эми Б.; Тибо-Ниссен, Франсуаза; Шмитт, Энтони Д.; Белтон, Джон-Мэтью; Сельварадж, Сиддарт; Деннис, Меган Й.; Сото, Даниэла С.; Сахасрабудхе, Рута; Кая, Гульхан; Квик, Джош; Ломан, Николас Дж.; Холмс, Надин; Луз, Мэтью; Сурти, Урваши; Рискес, Роза Ана; Линдси, Тина А. Грейвс; Фултон, Роберт; Холл, Айра; Пейтен, Бенедикт; Хоу, Керстин; Тимп, Уинстон; Янг, Элис; Малликин, Джеймс К.; Певзнер, Павел А.; Гертон, Дженнифер Л.; Салливан, Бет А. .; Эйхлер, Эван Э.; Филлиппи, Адам М. (14 июля 2020 г.). «Сборка теломер-теломер полной человеческой Х-хромосомы». Nature . 585 (7823): 79–84. Bibcode :2020Natur.585 ...79М. doi : 10.1038/s41586-020-2547-7 . ISSN  1476-4687. PMC 7484160. PMID  32663838 . 

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме X-хромосомы .