Гилберт с. Биология развития: в 3-х т. Т. 3: Пер. С англ. – м.: Мир, 1995. – 352с.

248 ГЛАВА 21

Рис 21.15. Модель регуляторного каскада, предлагаемая для объяснения детерминации пола у Drosophila. Стрелки показывают активацию, а квадраты в конце линии – репрессию. Локусы msl, находящиеся под контролем гена Sxt, регулируют дозу компенсаторной транскрипции мужской Х-хромосомы. (По Baker et al, 1987.)

гомозиготных по гену intersex (ix), формируется ннтерсексуальный (промежуточный) фенотип, когда в одном органе можно встретить и мужскую, и женскую ткань. Ген doublesex (dsx) имеет важное значение для половой дифференцировки обоих полов. Гомозиготные рецессивные аллели dsx превращают как мух XX, так и мух XY в интерсексов (Baker, Ridge, 1980; Belote et al., 1985a).

Представления о роли этих генов в развитии основаны на: 1) интерпретации генетических скрещиваний, следствием которых оказываются мухи, несущие две или более мутаций, и 2) анализе последствий, к которым приводит полное отсутствие продуктов одного из этих генов. Эти исследования позволили создать модель такого регуляторного каскада (рис. 21.15).

Кульминационная роль гена Sex lethal в детерминации пола

Первый этап детерминации пола у Drosophila заключается в прочтении информации, касающейся отношения Х:А. Какие элементы Х-хромосомы будут «считываться» и как будет использоваться эта информация? Оказывается, высокие значения Х:А отвечают за активацию гена Sex-lethal (Sxl), «включающего» феминизацию. При низких значениях X:А (у самцов) Sxl остается неактивным (Cline, 1983; Salz et al., 1987). У ХХ-дрозофил ген Sxl активен в течение первых двух часов после оплодотворения; он транскрибирует особый эмбриональный тип Sxl-мPHK, который обнаруживается приблизительно еще два часа (Salz et al, 1989). Коль скоро активация гена Sxl произошла, он останется активным, несмотря на любые дальнейшие изменения отношения Х:А (Sanchez, Nothiger, 1983). Функционирование гена Sxl необходимо для того, чтобы ХХ-зародыши стали развиваться по женскому пути, а также для поддержания необходимого уровня транскрипции обеих Х-хромосом. У ХХ-особей, где Sxl не функционирует, возникает мужской фенотип и Х-хромосомы транскрибируются значительно быстрее (так, как транскрибировалась бы единственная Х-хромосома у нормального мужского зародыша, которая должна дать столько генного продукта, сколько дают две Х-хромосомы нормальной самки). У зародышей XX эта сверхстимуляция транскрипции Х-хромосомы летальна.

Полагают, что эта секс-специфическая транскрипция стимулируется «нумераторными элементами» Х-хромосомы, что составляет часть «X» отношения Х:А. Клайн (Cline, 1988) показал, что два

Гилберт с. Биология развития: в 3-х т. Т. 3: Пер. С англ. – м.: Мир, 1995. – 352с.

ДЕТЕРМИНАЦИЯ ПОЛА 249

таких нумераторных элемента представляют собой гены Х-хромосомы sisterless-a и sisterless-b. В упомянутой работе этот автор обнаружил вариант аутосомы дрозофилы, содержащий два участка Х-хромосомы, включившиеся в аутосому путем инсерции. У самцов такая хромосома обусловливала летальный исход, потому что самцы, получившие эту хромосому, активировали свой ген Sxl так, как если бы они унаследовали две Х-хромосомы. Активированный ген Sxl вызывал компенсацию дозы Х-хромосомы по женскому типу (т.е. уменьшал транскрипцию), но, поскольку у самца была только одна Х-хромосома. это приводило к летальному исходу. Так, у Клайна появилась возможность изучать нумераторные гены. Ими должны быть гены на той части аутосомы, которая произошла от Х-хромосомы и чье присутствие активировало ген Sxl Используя эту методику, Клайну удалось обнаружить гены sisterless-a и sisterless-b. Обладание двумя копиями этих генов приводило к гибели зародышей XY, а одновременная делеция одной копии каждого локуса sis приводила к гибели самок (у этих зародышей не активировался ген Sxl даже несмотря на генотип XX). Следовательно, присутствие двух копий каждого из генов sis равноценно наличию двух копий Х-хромосомы. Гены sis, вероятно, являются не единственными нумераторными элементами, так как Клайн приводит случаи, когда генетический фон мухи-самца дикого типа оказывался нечувствительным к двойным дозам этих генов.

Геи Sxl, по-видимому, не реагирует на нумераторные элементы без материнского гена, продукт которого содержится в цитоплазме яйца. Активация Sxl не происходит без продукта гена daughterless (da). Активность гена daughterless необходима матерям самок. Если он не работает в яичниках, то яйца будут лишены этого продукта. Отсутствие белка daughterless препятствует активации гена Sxl. Это не влияет на зародышей XY (так как у них в любом случае не активируется Sxl), но окажется летальным для зародышей-самок, потому что механизм компенсации дозы вызовет более быструю, мужскую, транскрипцию обеих Х-хромосом (Cline, 1986; Cronmiller, Cline, 1987), откуда происходит и название мутации. Таким образом, вскоре после оплодотворения гены sis-a. sis-b и da обусловливают транскрипционную активность Sxl только у зародышей женского пола.

Вскоре после того как произойдет транскрипция этих генов, активируется второй промотор гена Sex-lethal; этот ген транскрибируется как у самцов, так и у самок. Однако анализ кДНК от мРНК Sxl свидетельствует о том, что мРНК Sxl самцов отличается от мРНК Sxl самок (Bell et al., 1988). Это результат дифференциального процессинга РНК. Более того, оказывается, что белок Sxl связывается с предшественником своей собственной мРНК, обеспечивая сплайсинг по женскому типу. Поскольку у самцов нет белка Sxl, их новые транскрипты Sxl проходят процессинг по мужскому типу. Мужская мРНК Sxl нефункциональна. Если специфичная для самок мРНК Sxl кодирует белок из 354 аминокислот, то транскрипт Sxl, специфический для самцов, после аминокислоты 48 содержит кодон, терминирующий трансляцию (УГА). Дифференциальный процессинг РНК, помещающий этот терминирующий кодон в мРНК, специфическую для самцов, представлен на рис. 21.16. У самцов сплайсинг ядерного транскрипта дает три экзона, причем

Рис. 21.16. Секс-специфический сплайсинг РНК в трех основных генах детерминации пола у дрозофилы. Пре-мРНК изображены в центральной части схемы; они идентичны в ядрах самок и самцов. В каждом случае транскрипт, специфический для самки, располагается слева, а транскрипт – результат «отсутствия условий» (будь то мужской или неспецифический) – показан справа. Экзоны обозначены цифрами, отмечено положение терминирующих кодонов и поли(А)-сайтов. (По Baker, 1989.)