Инактивация х-хромосомы у млекопитающих

У млекопитающих факультативный гетерохроматин проявляется в феномене инактивации Х-хромосомы. В 1949 г. ученые Барр и Бертрам обнаружили в ядрах нейронов кошки интенсивно окрашенные тельца, расположенные вблизи ядерной оболочки. Позже эти тельца, названные тельцами Барра, были обнаружены у самок многих млекопитающих, в том числе и у человека; было показано, что они представляют собой неактивную Х-хромосому. Это означает, что, хотя в клетках самок содержатся две Х-хромосомы, а в клетках самцов - только одна, у самок транскрипционно активна может быть лишь одна Х-хромосома. Этот феномен называют компенсацией дозы гена. Оказывается, 1) В ходе раннего развития самок млекопитающих обе Х-хромосомы активны. 2) Впоследствии одна из Х-хромосом в каждой клетке выключается. 3) Эта инактивация происходит случайным образом. В одних клетках инактивируется отцовская Х-хромосома, тогда как в других - материнская. 4) Этот процесс является необратимым. Коль скоро Х-хромосома инактивировалась, она будет неактивной у всех потомков этой клетки. Таким образом, все ткани у самок млекопитающих являются мозаиками из клеток двух типов.

Инактивация одной из двух Х-хромосом млекопитающих в разных тканях происходит в разное время. В пределах зародыша эта инактивация происходит во всех клетках эпибласта до дифференцровки тканей. В отличие от этого во внезародышевых тканях инактивация Х-хромосомы может происходить неслучайным образом и в различное время. Впервые инактивацию Х-хромосомы наблюдали в трофической эктодерме мыши, где специфически инактивируется Х-хромосома, полученная от отца. У мыши последующая инактивация Х-хромосомы происходит в тканях гипобласта и затем, наконец, в эпибласте зародыша. То, что инактивация Х-хромосомы происходит подобным образом в плаценте мыши, вовсе не означает, что аналогичным образом она происходит в плаценте всех других млекопитающих. В ворсинках хориона человека некоторые клетки содержат две активные Х-хромосомы, а те Х-хромосомы, которые инактивированы, могут реактивироваться. Кроме того, инактивация Х-хромосом в плаценте человека носит случайный характер; может быть выключена любая Х-хромосома - отцовская или материнская. Однако все это справедливо в отношении соматических клеток. В женских половых клетках неактивная Х-хромосома реактивируется незадолго до вхождения клеток в мейоз, и в зрелых ооцитах обе Х-хромосомы оказываются активными.

Вторая группа исключений касается случайного характера инактивации Х-хромосом. Правило случайности справедливо, однако иногда наблюдается предпочтительная инактивация отцовской Х-хромосомы. В тканях трофобласта самки мыши (у человека наблюдается иная ситуация) экспрессия материнской Х-хромосомы доминирует в такой степени, что отцовская Х-хромосома практически не экспрессируется. У сумчатых отцовская Х-хромосома также предпочтительно инактивируется во всех тканях зародыша. В-третьих, инактивация Х-хромосомы может не распространяться на всю длину хромосомы. Почти все известные гены Х-хромосомы картированы на ее длинном плече. Четвертое исключение на самом деле подтверждает правило. Окраску волосяного покрова у самцов некоторых млекопитающих можно объяснить лишь в том случае, если у этих животных происходит инактивация Х-хромосомы. К числу таких примеров относятся мозаичные и черепаховые коты. Характерная пятнистая окраска наблюдается обычно у кошек, и это рассматривается как следствие описанных выше правил. Но в редких случаях пятнистая окраска обнаруживается также у котов. Как это может происходить? Оказалось, что такие коты имеют генотип ХХУ. Имеющаяся Y-хромосома обусловливает их мужской пол, но, как и у кошек, одна Х-хромосома у этих котов инактивируется. Таким образом, в клетках этих котов содержатся тельца Барра, сохраняющиеся после случайной инактивации одной из Х-хромосом.

Исходя из всего сказанного, становится очевидным, что один из механизмов регуляции генов на уровне транскрипции заключается в переводе большого числа генов в гетерохроматин и, следовательно, в транскрипционно инертное состояние.