X hromosoma — funkcijas, dzimuma noteikšana un X inaktivācija

Uzzini X hromosomas funkcijas, dzimuma noteikšanas mehānismus un X inaktivāciju — kā tas ietekmē ģenētiku, slimības un fenotipu (piem., kaliko kaķu krāsojumu).

X hromosoma ir viena no divām zīdītāju dzimumhromosomām. Tā nes daudzus gēnus, kas ir svarīgi gan organisma attīstībā, gan pamata šūnu funkcijās, un kopā ar Y hromosomu nosaka indivīda dzimumu (dzimumu). Mātītēm parasti ir divas X hromosomas (XX), bet vīriešiem — viena X un viena Y (XY).

Funkcijas un ģenētiskais saturs

X hromosoma satur simtiem gēnu, kas ietekmē gan dzimumam specifiskas īpašības, gan vispārīgu šūnu darbību (piemēram, olbaltumvielu sintēzi, signālu pārraidi un vielmaiņu). Daļa gēnu atrodas īpašajās pseudoautosomālajās zonās, kuras mijiedarbojas un apmainās informāciju ar Y hromosomu mejozes laikā.

Dzimuma noteikšana un mantošana

Dzimums tiek noteikts pēc spermatozoīda nesamās hromosomas — olšūna vienmēr nes vienu X, bet spermatozoīds var nest X vai Y. Ja zigotā nonāk X no tēva, rodas XX (bioloģiska sieviete), ja Y — XY (bioloģisks vīrietis). Tāds mantojuma mehānisms ir raksturīgs cilvēkiem un lielākajai daļai citu zīdītāju.

Svarīgi aspekti, kas ietekmē mantošanu un izpausmi:

• Gēni, kas atrodas X hromosomā, mantojas X-saistīti: vīrieši, kuriem ir tikai viena X, biežāk izrāda recesīvas X-saistītas mutācijas (piemēram, daži krāsu redzes traucējumi vai hemofilija), jo viņiem nav rezerves kopijas.
• Sievietes var būt nēsātājas — viņām var būt viens normāls un viens mutēts gēns, un klīniskā izpausme var būt vāja vai vispār nebūt, atkarībā no X inaktivācijas un gēna īpašībām.

X inaktivācija (dosage compensation)

Lai gan mātītēm ir divas X hromosomas, katrā somatiskajā šūnā funkcionē tikai viena no tām. Agrīnā embrionu attīstībā notiek nejauša X inaktivācija, tādējādi tiek nodrošināta ģenētiskā līdzsvarošana (dosage compensation) starp XX un XY indivīdiem. Inaktivētā X hromosoma kondensējas un kļūst par tā saukto Barr ķermeni (Barr body).

Galvenie punkti par X inaktivāciju:

• Process parasti ir nejaušs — katrā šūnā inaktivējas vai nu mātes, vai tēva X hromosoma. Rezultātā sievietes kļūst par mozaīkām: dažās šūnās dominē viens X, citās — otrs. Tas izskaidro, piemēram, melno un oranžo krāsojumu kaliko kaķos — skat. kaliko kaķiem.
• X inaktivāciju iniciē XIST gēns, kura nesmērķētā (nésenstēta) RNS apņem hromosomu un piesaista hromatīna remodelling mehānismus (piem., DNS metilāciju un histonu modifikācijas), lai noturīgi slēgtu gēnu ekspresiju.
• Ne visi X gēni tiek pilnībā inaktivēti — daļa “izbēg” no inaktivācijas un tiek izteikti no abām X kopijām, kas ir svarīgi, jo šo gēnu pārmērīga vai nepietiekama ekspresija var ietekmēt fenotipu.
• Dažām sugām (piem., dažu zīdītāju radiniekiem) X inaktivācija var būt imprinted (paternāla), nevis pilnīgi nejauša.

Praktiskā un klīniskā nozīme

X hromosoma ir saistīta ar vairākām zināmām slimībām un sindromiem. Tā kā vīriešiem nav otras X kopijas, X-saistītas recesīvas mutācijas bieži izpaužas vīriešiem. Daži piemēri un fenotipi:

• X-saistītas recesīvas slimības: hemofilija A, daži formai krāsu akluma (sarkanzaļā aklība), Duchenne muskuļu distrofija.
• Sindromi, kas saistīti ar X hromosomu skaita novirzēm: Turnera sindroms (45,X) — sievietes ar vienu X; raksturo zems augums, olnīcu attīstības traucējumi un citas veselības problēmas. Klinefeltera sindroms (47,XXY) — vīrieši ar papildus X; var novērot augstu augumu, hipogonādismu un plānotu neauglību. Ir arī varianti 47,XXX un 47,XYY, kas var radīt dažādas klīniskās izpausmes.
• Genētiskā testēšana: kariotips, molekulārie testi un sekvencēšana ļauj atklāt anomālijas X hromosomā. Šādus testus izmanto diagnostikā, grūtniecības skrīningā un ģenētiskajā konsultācijā.

Mosaicisms un fenotipa variācijas

Daudzas īpašības un slimību izpausmes sievietēm ir atkarīgas no tā, kura X kopija ir inaktivēta konkrētajās audu šūnās. Šo mozaicisma rezultātā vienai personai var būt ļoti mainīgs fenotips, piemēram, daļēja izteiksme slimībām vai krāsojuma parādības ādā.

Papildinformācija un interesanti fakti

• X inaktivācijas process ir piemērs, kā organisms regulē gēnu devu, lai nodrošinātu līdzsvaru starp dzimumiem.
• Kaliko kaķu raksturojums ir klasisks demonstrācijas piemērs X inaktivācijai dabā — krāsu plankumu izvietojums atkarīgs no tā, kur inaktivējas konkrētā X hromosoma katrā šūnu līnijā (kaliko kaķiem).

Īsāk sakot, X hromosoma ir ne tikai “dzimuma noteicēja” — tā satur daudzus būtiskus gēnus, ietekmē slimību mantošanu un, caur X inaktivāciju, veido šūnu mozaicismu, kas spēcīgi ietekmē fenotipu un klīniskās izpausmes.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir X hromosoma?

J: Kāda ir vēl cita dzimuma hromosoma bez X hromosomas?

Jautājums: Cik daudz X hromosomu ir mātītēm?

J: Cik X hromosomu ir vīriešiem?

J: Kas ir olšūnas nesējs?

J: Ko nes spermatozoīdi?

J: Kas ir X inaktivācija?

Meklēt pēc burta