Hromosom Y

Hromosom Y (čovjek) je jedan od spolnih hromosoma kod sisara, uključujući i čovjeka i mnoge druge životinje. Drugi je X hromosom. Y je spolno-determinirajući sistem mnopgih vrsta, jer prisustvo ili odsustvo Y određuje muški ili ženski spol. U sisara, Y hromosom sadrži gen SRY, što izaziva razvoj testisa. DNK u ljudskom Y hromosomu se sastoji od oko 59 miliona baznih parova (bp).[1] Y hromosom prelazi samo od oca na sina, pa se analiza Y-romosomske DNK može iskoristiti u genealoškim istraživanjima. Sa 30% razlike između ljudi i čimpanzi, Y hromosom je jedan od najbrže evoluirajućih dijelova ljudskog genoma.[2] Do danas je identificirano preko 200 Y-vezanih gena.[3] Svi Y-vezani geni su izraženi, osim dupliciranih gena (kod hemizigota; u kojima je samo jedan hromosom sa takvim genom), osim u slučajevima aneuploidije kao što su Klinefelterov sindrom (47, XXY) ili XXYY sindrom.

OtkrićeUredi

Y hromosom, kao seks-određujući hromosom, otkrila je Neti Stevens u Bryn Mawr College, 1905., tokom studija o insektu brašnaru (Tenebrio molitor). Iste godine je nezavisnoEdmund Beecher Wilson otkrio iste mehanizme. Stevens je pretpostavljao da je ovaj hromosom uvijek u paru, a i da je Y hromosom parnjak X hromosoma otkrio je Hermann Henking, 1890. Shvaćeno je da je prethodna ideja Clarence Erwin McClung, da X hromosom određuje spol, ispravna i da je Seks-određujući sistem ustvari, uvijek u vezi sa prisustvom ili odsustvom Y hromosoma. Stevens je proglasio simbol hromosoma "Y", a zbog pojednostavljenja praćenjaja, iz Henkingove postavke je preuzeo "X" i ove spolne hromosome predao po abecedi.[4][5] Rasprostranjeno mišljenje da je Y hromosom je dobio ime po sličnosti slovu "Y" je pogrešna. Svi hromosomi obično se pojavljuju kao amorfna masa pod mikroskopom, a dobro se raspoznaju samo tokom ćelijske diobe (mitoza i mejoza). Oblik slova X je nejasan za sve hromosome. Potpuno je slučajo da Y hromosom, tokom mitoze, ima dva vrlo kratka terminalna ogranka što mu daje oblik Y-a.[6]

VarijacijeUredi

Većina sisara imaju samo jedan par spolnih hromosoma u svakoj ćeliji. Muškarci imaju po jedan Y i X hromosom (XY), dok žene imaju dva X hromosoma (XX). U sisara, Y hromosom sadrži gen SRY, što izaziva embrionalni razvoj muškarca. Y hromosom ljudi i drugih sisara sadrži i druge gene potrebne za normalnu proizvodnju sperme. Međutim, u tom pogledu, postoje i iznimke. Na primjer, kodkljunara, XY spolno-određujući sistem se zasniva na pet parova hromosoma.[7] Platypus sex chromosomes in fact appear to bear a much stronger homology (similarity) with the avian Z chromosome,[8] and the SRY gene so central to sex-determination in most other mammals is apparently not involved in platypus sex-determination.[9] Among humans, some men have two Xs and a Y ("XXY", see Klinefelter syndrome), or one X and two Ys (see XYY syndrome), and some women have three Xs or a single X instead of a double X ("X0", see Turner syndrome). There are other exceptions in which SRY is damaged (leading to an XY female), or copied to the X (leading to an XX male). For related phenomena, see Androgen insensitivity syndrome and Intersex.

Porijeklo i evolucijaUredi

 
Komparativni prikaz evolucije Y hromosoma kod primata

Prije postanka Y hromosomaUredi

Mnogi ektotermi (poikilotermni) kičmenjaci nemaju spolne hromosome. Ako oni imaju različite spolove, oni su određeni više ekološki nego genetički. Za neke od njih, posebno reprile spol zavisi od temperature inkubacije; drugi su hermafrodit (što znači da ista jedinka producira i muške i ženske spolne ćelije).

PorijekloUredi

X i Y hromosomi su evoluirali iz para identičnih hromosoma.[10][11] termed autosomes, kada su se kod sisarskih predaka razvile alelne varijacije, takozvanog seks lokusa- jednostavno posjedovanje ovog alela odredilo je da takav organizam bude mužjak.[12] Hromosom s ovim alela postao je Y, dok je drugi član para postao X hromosom. Vremenom, geni koji su bili korisni za mužjake i štetni ili nisu imali naikakvog efekta kod ženki, razvili su Y hromosom, ili su ga stekli u procesu hromosomskih translokacija.[13] Sve do nedavno, za X i Y hromosome se mislilo da su se razišli prije oko 300 milijuna godina. Međutim, istraživanje objavljeno u 2010.,[14] and particularly research published in 2008 documenting the sequencing of the platypus genome,[8] e sugeriralo je da se XY seks-determinirajući sistem nije bio prisutan pre više od 166 miliona godina, na evolucijskoj raskrsnici monotremata i drugih sisara.[9] Ova re-estimacija starosti terijskog XY sistema temelji se na zaključku da sekvence koje se nalaze na X hromosomu torbara i placentnih sisara su prisutni na autozsomma kljinara i ptica.[9] Starije procjene su počivale na pogrešnim nalazima da kljunarovi X hromosomi sadrže takve sekvence.[7][15]

Inhibicija rekombinacijeUredi

Rekombinacije između X i Y hromosoma su se pokazala kao štetne, jer su kod mužjaka rezultirale nedostatkom potrebnih gena, a kod ženki pojavom nepotrebnim ili čak štetnih gena. Kao rezultat toga, korisni geni mužjaka u blizini gena za determinaciju spola određuju i rekombinacije u ovoj regiji, koje su potisnute u cilju očuvanja ove muški specifične regije.[12] Vremenom, Y hromosom se promijenio na takav način da inhibira područja oko gena za određivanje spola, iz međusobnog kombinuja sa X hromosomom. Kao rezultat tog procesa, 95% ljudskog Y hromosom je u stanju da rekombinuje, pri čemu rekombiniraju samo vrhovi Y i X hromosoma. Segmenti Y hromosoma koji mogu rekombinirati sa X hromosomom nazivaju se pseudoautosomalne regije. Ostatak Y hromosoma senetaknut prenosi na sljedeću generaciju. Zato se respektira pravilo da je Y hromosom vrhunski alat za istraživanje nedavne ljudske evolucije (muškoj liniji).

DegeneracijaUredi

Po jednoj procjeni, ljudski Y hromosom je izgubio 1.393 od svojih 1.438 gena tokom svog postojanja, a linearna ekstrapolacija ovog gubitka 1.393 gena trajala je više od 300 miliona godina, što daje stopu genetičkog gubitka od 4,6 gena po milionu godina.[16] Nastavili se takav gubitak gena, taj proces bi mogao rezultirati nastankom Y hromosoma bez funkcionalnih gen, što znači da bi Y hromosom ipotpuno zgubio svoju današnju funkciju - u narednih 10 miliona godina, ili pola tog vremena sa aktuelnim procjenom o 160 miliona godina od postanka.[12][17] Comparative genomic analysis reveals that many mammalian species are experiencing a similar loss of function in their heterozygous sex chromosome. Degeneration may simply be the fate of all non-recombining sex chromosomes, due to three common evolutionary forces: high mutation rate, inefficient selection, and genetic drift.[12] Međutim, poređenja ljudskog i šimpanzinog Y hromosoma (prvi put objavljeno u 2005.) pokazuju da je ljudski hromosom Y nije izgubio bilo kakve gene od divergencije ljudi i čimpanzi prije između 6-7 miliona godina,[18], a u izvještaju iz 2012. Se navodi da se kod ljudi izgubljen samo jedan, otkako su se razišli s rezus makakijem, prije 25 miliona godina.[19] Ove činjenice pružaju direktan dokaz da je linearni model ekstrapolacije manjkav i ukazuju na to da je trenutni ljudski Y hromosom više ne smanjuje ili se smanjuje mnogo sporije od 4,6 gena po miliona godina (procijenjeno po linearnom modelu ekstrapolacije).

Rata mutiranjaUredi

Zbog svog okruženja, ljudski Y hromosom ima posebno visoku stopu mutiranja. Y hromosom se prenosi isključivo putem sperme, koja prolazi kroz višestruke ćelijske diobe u procesu gametogeneze. Svaka ćelijskadioba pruža više mogućnosti da se akumuliraju mutacije baznih parova. Pored toga, sperma se čuva u vrlo oksidativnom okruženju testisa, što podstiče daljnje mutacije. Kombinacija ova dva uvjeta stavlja Y hromosom u veći rizik od mutacija od ostatka genoma[12] Povećani rizik od mutacija za Y hromosom je izvijestio Graves kao faktor 4.8.[12] Međutim, referentni originalni iznos relativne stope mutacija u muškim i ženskim germinativnim linijama vodi ka situaciju kao kod ljudi.[20]

Neefikasnost selekcijeUredi

Bez mogućnosti da rekombinuje tokom mejoze, Y hromosom ne podliježe prirodnoj selekciji pojedinih alela. Štetni aleli se "provlače" s korisnim susjedima, što omogućava propagiraje maladaptivnih alela u sljedeću generaciju. Nasuprot tome, prednost alela može biti neutralirana ako su okruženi štetnim alelima. Zbog ove nemogućnosti da se sortiraju u paketu sa sadržajem okolnih gena, Y hromosom je posebno sklonn akumulaciji nekodirajućih DNK sekvenci. Massivne akumulacije retrotransposibilnih elemenata su rasute širom Y.[12] Slučajna ubacivanje DNK segmenata često remete kodirajuće sekvence gena i čini ih nefunkcionalnim. Međutim, Y hromosom nema načina izbacivanja ovih "skakajućih gena". Bez mogućnost da se izoluju ti aleli, izbor ne može efikasno djelovanje na njih. Kvantitativni pokazatelj ove neefikasnosti je rata entropije Y hromosoma. Dok su svi ostali hromosomi u ljudskog genoma imaju stope entropije 1,5-1,9 bita po nukleotidu (u odnosu na teorijki maksimum od točno 2 bez viška aktivnih), entropijska stopa Y hromosom je tek 0,84.[21] To znači da Y hromosom sadrži mnogo manje informacije u odnosu na svoju ukupnu dužine; to sugerira pretpostavku da je više suvišan.

Genetički driftUredi

Čak i ako nije dobro prilagođen, Y hromosom uspijeva da održi genetičke aktivnosti izbjegavajući akumulacije mutacija, ali nije apsolutno sigurno da će se naći narednim generacijama. Veličina populacije Y hromosoma je po sebi ograničena na 1/4 one kod autosoma: diploidni organizmi sadrže dvije kopije autosomnih hromosoma, dok samo polovina stanovništva sadrži jedan Y hromosom . Genetički drift je, dakle, izuzetno jaka sila koja djeluje na Y hromosom. Pukom slučajnim asortimanom, odrasla muška osoba možda nikada neće proslijediti Y hromosom ako ima samo žensko potomstvo. Stoga, iako je muškarac može imati dobro prilagođen Y hromosom (bez pretjeranih mutacija), možda nikada neće učestvovati u formiranju genskog fonda naredne generacije.[12] Ponavljanje slučajnog gubitka dobro prilagođenog Y hromosoma, zajedno sa njegovom tendencijom da evoluira ka više štetnih mutacija, doprinosi degeneracije vrste i cijelog Y hromosoma.[22]

Genska konverzijaUredi

Y hromosom nije u stanju da rekombinuje tokom mejoze kao i drugi ljudski hromosomi. Međutim, 2003., istraživači iz MIT-a (Massachusetts Institute of Technology) otkrili su proces koji može usporiti proces njegove degradacije. Otkrili su da je ljudski Y hromosom je u stanju da "rekombinuje" sa samim sobom, pomoću sekvence palindrom baznog para. Takva "rekombinacija" se zove genskaconverzija. U slučaju Y hromosoma, na palindromima nije nekodirajuća DNK; ovi nizovi baza sadrže funkcionalne gene važne za mušku plodnost. Većina parova sekvence su identični više i od 99,97%. Česta pojava konverzije gena može imati značajnu ulogu u sposobnosti Y hromosoma za popravljanje genetičke greške i održavanju integriteta njegovih malobrojnih gena. Drugim riječima, budući da je Y hromosom jednokrat, duplikate svojih gena ima na sebi, umjesto na drugom, homolognom, hromosomu. Kada dođe do grešaka, može koristiti i druge sopstvene dijelove kao predložak da ih ispravi. Komparacijom sličnih regija Y hromosoma kod ljudi, običnog šimpanze (Pan troglodytes), bonoba (patuljasti šimpanzo, Pan paniscus) i gorila (Gorilla gorilla), nalazi su potvrdili da isti fenomen konverzije gena traje više od 5 miliona godina, kada su se ljudi i ne-hominidni primati međusobno udaljili.

Buduća evolucijaUredi

U terminalnim fazama degeneracije Y hromosoma, drugi hromosomi sve više preuzimaju gene i funkcije koji su bili ranije povezani s njom. Konačno, Y hromosom nestaje u potpunosti, a javlja se novi sistem određivanje spola.[23] Nekoliko sestrinskih vrsta je u skupini glodara.Several species of rodent in the sister families Muridae and Cricetidae have reached these stages,[24][25] u sljedećim pravcima:

  • Transkavkaska krtičasta voluharica (Ellobius lutescens), Zaisan krtičasta voluharica (Ellobius tancrei) te (u japanskoj zemlji pacova – Ryukyu) Tokudaia osimensis i Tokudaia muenninki, u potpunosti su izgubili su Y hromosom i SRY.[12][26][27] Tokudaia str. Ima relocirane neke druge ancestralne gene, prisutne na Y hromosomu na X hromosom.[27] Both genders of Tokudaia str. and Ellobius lutescens have an XO genotype,[27] whereas all Ellobius tancrei possess an XX genotype.[12] Novi seks-determinirajući sistem ovih glodara je nejasan.
  • Kod šumskog leminga (Myopus schisticolor), [[Arktik|arktičkog leminga, (Dicrostonyx torkvat), i više vrsta u rodu poljskog ]]miš]]a (Akodon) razvile su plodne ženke čiji genotip uglavnom kodiran za mužjake (XY). Pored predačkih XX ženki, ta transformacija se odvijala kroz razne modifikacije na X i Y hromosomu.[24][28][29]
  • U voluharice Microtus oregoni, ženke, uz samo jedan X hromosom kod svake jedinke, proizvode se samo X gameti, a mužjaci, XY, proizvode Y gamete ili gamete bez ijednog spolnog hromosoma, uzrokovane odsustvom disjunkcije hromosoma (nondisjunkcija).[30]
  • Izvan glodara, u kosmatog crnog muntjak ( Muntiacus crinifrons, razvio se novi X i Y hromosomski sistem putem fuzije predačkih spolnih hromosoma i autosoma.[31]

Y hromosom čovjekaUredi

Kod ljudi, Y hromosom sadrži oko 58 miliona baznih pariva . Njegova DNK) predstavlja oko 2% od ukupne DNK u muškoj ćeliji (biologija).[32] The human Y chromosome contains over 200 genes, at least 72 of which code for proteins.[1] Osobine koje se nasljrđuju preko Y hromosom nazivaju se [[ "Y-vezane osobine (uobičajeno u biologiji) ili holandrične osobine (medicina). Ljudski Y hromosom je obično u mogućnosti da rekombinuje s X hromosom, osim kratkih sekvenci (pseudoautosomne regije na telomerama (koji čine oko 5% od dužine hromosoma). Ove regije su relikti drevnih homologija između X i Y hromosoma. Većina Y hromosoma, koja ne rekombinuje naziva se "NRY" (ne-međusobno rekombinirajći Y).[33] To je SNP na ovim prostorima, koji se koriste za traženje direktne očinske linije predaka.

GeniUredi

Ne uključujući gene pseunoautosomalnog regiona, Y hromsom sadrži:

ReferenceUredi

  1. ^ a b "Ensembl Human MapView release 43". February 2014. Pristupljeno 14. 4. 2007.
  2. ^ Wade, Nicholas (13. 1. 2010). "Male Chromosome May Evolve Fastest". New York Times.
  3. ^ Genes and Disease. Bethesda, Maryland: National Center for Biotechnology Information.
  4. ^ David Bainbridge, 'The X in Sex: How the X Chromosome Controls Our Lives, pages 3-5, 13, Harvard University Press, 2003 ISBN 0674016211.
  5. ^ James Schwartz, In Pursuit of the Gene: From Darwin to DNA, pages 170-172, Harvard University Press, 2009 ISBN 0674034910
  6. ^ Bainbridge, pages 65-66
  7. ^ a b Grützner F, Rens W, Tsend-Ayush E; et al. (2004). "In the platypus a meiotic chain of ten sex chromosomes shares genes with the bird Z and mammal X chromosomes". Nature. 432 (7019): 913–917. doi:10.1038/nature03021. PMID 15502814. Izričita upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  8. ^ a b Warren WC, Hillier LDW, Graves JAM; et al. (2008). "Genome analysis of the platypus reveals unique signatures of evolution". Nature. 453 (7192): 175–183. doi:10.1038/nature06936. PMC 2803040. PMID 18464734. Izričita upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  9. ^ a b c Veyrunes F, Waters PD, Miethke P; et al. (2008). "Bird-like sex chromosomes of platypus imply recent origin of mammal sex chromosomes". Genome Research. 18 (6): 965–973. doi:10.1101/gr.7101908. PMC 2413164. PMID 18463302. Izričita upotreba et al. u: |author= (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  10. ^ Muller, HJ (1914). "A gene for the fourth chromosome of Drosophila". Journal of Experimental Zoology. 17 (3): 325–336. doi:10.1002/jez.1400170303.
  11. ^ Lahn B, Page D (1999). "Four evolutionary strata on the human X chromosome". Science. 286 (5441): 964–7. doi:10.1126/science.286.5441.964. PMID 10542153.
  12. ^ a b c d e f g h i j Graves, J. A. M. (2006). "Sex chromosome specialization and degeneration in mammals". Cell. 124 (5): 901–914. doi:10.1016/j.cell.2006.02.024. PMID 16530039.
  13. ^ Graves J.A.M., Koina E., Sankovic N. (2006). "How the gene content of human sex chromosomes evolved". Curr Opin Genet Dev. 16 (3): 219–24. doi:10.1016/j.gde.2006.04.007. PMID 16650758.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
  14. ^ Hamilton, Jon (13. 1. 2010). "Human Male: Still A Work in Progress". NPR.
  15. ^ Graves, Jaclyn M.; Riggs, Arthur (1992). "Gene mapping studies confirm the homology between the platypus X and echidna X1 chromosomes and identify a conserved ancestral monotreme X chromosome". Chromosoma. 101 (10): 596–601. doi:10.1007/BF00360536. |first3= nedostaje |last3= (pomoć)
  16. ^ Graves, J. A. M. (2004). "The degenerate Y chromosome—can conversion save it?". Reproduction Fertility and Development. 16 (5): 527–534. doi:10.1071/RD03096. PMID 15367368.
  17. ^ Goto, H.; Peng, L.; Makova, K. D. (2009). "Evolution of X-degenerate Y chromosome genes in greater apes: conservation of gene content in human and gorilla, but not chimpanzee". Journal of Molecular Evolution. 68 (2): 134–144. doi:10.1007/s00239-008-9189-y. PMID 19142680.
  18. ^ Hughes, Jennifer F.; et al. (2005). "Conservation of Y-linked genes during human evolution revealed by comparative sequencing in chimpanzee". Nature. 437 (7055): 100–103. doi:10.1038/nature04101. PMID 16136134. Izričita upotreba et al. u: |last2= (pomoć)
  19. ^ Hsu, Christine. "Biologists Debunk the 'Rotting' Y Chromosome Theory, Men Will Still Exist". Medical Daily. Arhivirano s originala, 25. 2. 2012. Pristupljeno 6. 10. 2014.
  20. ^ Lindblad-Toh et al. (2005). "Genome sequence, comparative analysis and haplotype structure of the domestic dog" Nature 438, str. 803–819. doi:10.1038/nature04338 PMID 16341006
  21. ^ Liu, Zhandong; Venkatesh, Santosh S.; Maley, Carlo C. (2008). "Sequence space coverage, entropy of genomes and the potential to detect non-human DNA in human samples". BMC Genomics. 9: 509. doi:10.1186/1471-2164-9-509. PMC 2628393. PMID 18973670. Fig. 6, using the Lempel-Ziv estimators of entropy rate.
  22. ^ Charlesworth, B.; Charlesworth, D. (2000). "The degeneration of Y chromosomes". Philosophical Transactions of the Royal Society B. 355 (1403): 1563–1572. doi:10.1098/rstb.2000.0717.
  23. ^ Greška kod citiranja: Nevaljana oznaka <ref>; nije naveden tekst za reference s imenom Graves, JAM 2006
  24. ^ a b Marchal, J. A.; Acosta, M. J.; Bullejos, M.; de la Guardia, R. D.; Sanchez, A. (2003). "Sex chromosomes, sex determination, and sex-linked sequences in Microtidae". Cytogenetic and Genome Research. 101 (3–4): 266–273. doi:10.1159/000074347.
  25. ^ Wilson, M. A.; Makova, K. D. (2009). "Genomic analyses of sex chromosome evolution". Annual Review of Genomics and Human Genetics. 10: 333–354. doi:10.1146/annurev-genom-082908-150105. PMID 19630566.
  26. ^ Just, W.; Baumstark, A.; Suss, A.; Graphodatsky, A.; Rens, W.; Schafer, N.; Bakloushinskaya, I.; et al. (2007). "Ellobius lutescens: Sex determination and sex chromosome". Sexual Development. 1 (4): 211–221. doi:10.1159/000104771. PMID 18391532. Izričita upotreba et al. u: |last8= (pomoć)
  27. ^ a b c Arakawa, Y.; Nishida-Umehara, C.; Matsuda, Y.; Sutou, S.; Suzuki, H. (2002). "X-chromosomal localization of mammalian Y-linked genes in two XO species of the Ryukyu spiny rat". Cytogenetic and Genome Research. 99 (1–4): 303–309. doi:10.1159/000071608. PMID 12900579.
  28. ^ Hoekstra, H. E.; Edwards, S. V. (2000). "Multiple origins of XY female mice (genus Akodon): phylogenetic and chromosomal evidence". Proceedings of the Royal Society B. 267 (1455): 1825–1831. doi:10.1098/rspb.2000.1217. PMC 1690748. PMID 11052532.
  29. ^ Ortiz, M. I.; Pinna-Senn, E.; Dalmasso, G.; Lisanti, J. A. (2009). "Chromosomal aspects and inheritance of the XY female condition in Akodon azarae (Rodentia, Sigmodontinae)". Mammalian Biology. 74 (2): 125–129. doi:10.1016/j.mambio.2008.03.001.
  30. ^ Charlesworth, B.; Dempsey, N. D. (2001). "A model of the evolution of the unusual sex chromosome system of Microtus oregoni". Heredity. 86 (4): 387–394. doi:10.1046/j.1365-2540.2001.00803.x. PMID 11520338.
  31. ^ Zhou, Q.; Wang, J.; Huang, L.; Nie, W. H.; Wang, J. H.; Liu, Y.; Zhao, X. Y.; et al. (2008). "Neo-sex chromosomes in the black muntjac recapitulate incipient evolution of mammalian sex chromosomes". Genome Biology. 9 (6): R98. doi:10.1186/gb-2008-9-6-r98. PMC 2481430. PMID 18554412. Izričita upotreba et al. u: |last8= (pomoć)
  32. ^ National Library of Medicine's Genetic Home Reference
  33. ^ ScienceDaily.com Apr. 3, 2008

Također pogledajteUredi