Половой диморфизм дрозофил зависит от активности регулятора сплайсинга TraF в каждой клетке

Есть две основные стратегии поддержания полового диморфизма в соматических тканях. Одна стратегия — развитие специфичных для самок и самцов желез и органов, вырабатывающих системные сигналы. Эти органы определяют половые различия соматических клеток, независимо от «пола» самих клеток. Вторая стратегия основана на активности половых хромосом, которые и определяют половые различия клеток. У дрозофил, например, половые различия не зависят от гормонов. У самок в клетках содержатся две X-хромосомы, у самцов — X и Y-хромосомы. Набор половых хромосом в каждой клетке вызывает каскад реакций, в конце которого вырабатывается РНК-связывающий белок — TransformerF (TraF). Он производится только в женских клетках и регулирует сплайсинг, взаимодействуя с Transformer 2 (Tra2). Tra2 содержится в клетках самок и самцов.

TraF отвечает за специфичный для пола сплайсинг двух целей — doublesex (dsx) и fruitless (fru). Они определяют половой диморфизм. Мужская изоформа fruM играет важнейшую роль в выработке транскрипционных факторов в нейронах, которые отвечают за ориентацию и агрессию. Мужские (dsxM) и женские (dsxF) формы dsx тоже кодируют транскрипционные факторы. DsxM контролирует развитие специфичных для самцов нейронов и влияет на поведение. DsxF активирует экспрессию гена yolk protein, необходимого для развития яйцеклеток. Dsx и fru экспрессируются только в части клеток и нужны только в определенные периоды времени. Но DsxM, например, экспрессируется в семенниках постоянно. Была предложена двугенная модель половой дифференциации: и самцы, и самки — мозаики, состоящие из dsx/fru-положительных и dsx/fru-отрицательных клеток, которые имеют и не имеют потенциал к половой дифференцировке. Но недавние исследования показали, что половые хромосомы влияют на работу некоторых клеток, не экспрессирующих dsx и fru. В новой работе исследователи из Франции оценили значение «пола» всех клеток на организменном уровне.

Сначала они ответили на вопрос, определен ли «пол» каждой клетки. Считается, TraF в большинстве органов не работает. Но это предположение не проверялось. Авторы слили белок TraF с Gal4 и подтвердили выработку TraF в тканях с экспрессией dsx и fru, например, в жировом теле. Но оказалось, что TraF экспрессировался во многих других органах, таких как мозг и трахея, на всех стадиях. Дополнительные исследования подтвердили, что большая часть органов самки потенциально может контролировать свою половую дифференцировку через механизм, не зависящий от dsx и fru. Каждый орган имеет свою собственную половую идентичность, определяемую наличием половых хромосом. Это опровергает теорию, что самцы и самки мушек — мозаики с сексуально дифференцированными и не дифференцированными клетками.

Согласно двугенной модели, конверсии dsx- и fru-экспрессирующих клеток достаточно, чтобы поменять пол (фенотип). Авторы получили трансгенные линии и проверили, приведет ли маскулинизация самок в dsx- и fru-отрицательных клетках к изменению половых признаков. Нокаут tra в dsx- и fru-отрицательных клетках привел к частичному изменению размеров органов и веса тела по мужскому типу. Самки также утратили фертильность. То есть неканоничный TraF-зависимый механизм контролирует важные аспекты половой дифференцировки в dsx- и fru-отрицательных клетках. С другой стороны, экспрессия traF в dsx- and fru-отрицательных клетках самцов увеличила размер крыльев и вес тела, а также привела к утрате фертильности.

Таким образом, TraF влияет на сплайсинг в различных клетках, включая те, что не экспрессируют dsx- и fru. Экспрессия TraF в этих клетках необходима и достаточна для изменения фенотипа. Также важно, чтобы TraF сохранил способность влиять на сплайсинг. В этой работе впервые было показано, что половая принадлежность всех соматических клеток влияет на фенотип.

У пчел пол определяется сочетаниями полиморфизмов гена Csd