У колючей мыши нет Y-хромосомы, но есть другой механизм определения пола

У млекопитающих определение пола обеспечивается половыми хромосомами X и Y, причем ген Sry, находящийся на Y-хромосоме, запускает развитие по мужскому типу. Известны, однако, несколько видов млекопитающих, у которых Y-хромосома и ген Sry отсутствуют, а гены, способные функционально заменить его, не выявлены. К таким видам относится колючая мышь Tokudaia osimensis — эндемик с группы островов Амами в архипелаге Рюкю. Авторы статьи, опубликованной в PNAS, показали, что у колючей мыши за развитие по мужскому типу отвечает специфичная для самцов дупликация энхансера, контролирующего аутосомный ген Sox9. Активация этого гена — важный этап детерминации пола. Обычно для нее необходим Sry и энхансер TES, но колючие мыши, очевидно, используют другой механизм. Известно, что в семенниках у самцов этого вида экспрессируется Sox9.

Авторы исследования под руководством Асато Куроивы из Университета Хоккайдо собрали de novo геном самца колючей мыши. Затем, чтобы выявить различия в геномах животных разных полов, ученые секвенировали геномы трех самок и трех самцов и идентифицировали различия, которые могут быть связаны с половой принадлежностью. Лучшей находкой оказалась дупликация на коротком плече хромосомы 3 выше гена Sox9. Эта дупликация размером примерно в 17 тысяч пар оснований присутствовала в геномах всех отсеквенированных самцов и отсутствовала у самок. Изучение пространственной организации хроматина в этом геноме показало, что дупликация находится в том же топологически ассоциированном домене, что и Sox9, таким образом, не исключена возможность взаимодействия между этими участками. Кроме того, положение дупликации соответствует энхансеру Enh14 в геноме мыши, который предположительно контролирует экспрессию Sox9. Последовательности Enh14 обыкновенной мыши и колючей мыши идентичны на 87,7%.

Авторы выдвинули предположение, что дупликация энхансера Enh14 необходима для усиленной экспрессии Sox9 в семенниках самцов колючей мыши. Чтобы изучить функции Enh14, ученые вставили две его последовательности перед промотором мышиного Sox9, под контролем которого также находится репортерный ген lacZ. Так были получены трансгенные мышиные эмбрионы с кариотипами XX и XY. Дополнительный Enh14 колючей мыши действительно усилил экспрессию Sox9 в яичках самцов.

Взрослые мыши XX, у которых путем геномного редактирования вместо мышиной версии Enh14 вставили две его копии от колючей мыши, не демонстрировали признаков маскулинизации или нарушений в строении яичников. Тем не менее в гонадах этих мышей стала слабее экспрессия Foxl2 (маркера развития по женскому типу) и появились клеточные структуры, экспрессирующие Sox9, хотя уровень экспрессии был, по-видимому, недостаточным для дифференциации клеток Сертоли.

Вывод, которые сделали авторы: у колючей мыши дупликация Enh14 функционально заменила ген Sry, а та третья хромосома, которая несет дупликацию, стала по сути новой Y-хромосомой — если она присутствует в кариотипе, то развитие происходит по мужскому типу. Вероятно, пара энхансеров через еще неизвестный транскрипционный фактор регулирует Sox9 настолько эффективно, что для детерминирования пола перестают быть необходимыми другие энхансеры, в том числе TES. Удивительно, что такое незначительное изменение, как короткая дупликация в аутосоме, сделало возможной потерю половой хромосомы.

Дивергенция половых хромосом и постепенная деградация хромосомы, определяющей пол (например, Y-хромосомы у млекопитающих или W-хромосомы у птиц), характерна для самых разных видов. Эта хромосома может исчезнуть, и тогда роль половой хромосомы начинает выполнять одна из соматических хромосом; такое явление описано у рыб. У птиц и млекопитающих система определения пола очень консервативна, однако у некоторых видов грызунов, например, у слепушонок (Ellobius), как и у колючей мыши, утрачена Y-хромосома. Пока неизвестно, какой механизм стоит за этим.