У птиц обнаружили дозовую компенсацию Z-хромосомы

Молекулярные механизмы половой дифференциации у птиц до сих пор изучены не до конца. Пол у птиц определяется набором половых хромосом, однако, в отличие от млекопитающих, самка является гетерогаметным полом (ZW хромосомы), а самец — гомогаметным (ZZ хромосомы). В клетках млекопитающих имеется механизм конденсации и инактивации одной из копий X-хромосомы, получивший название дозовой компенсации. Он позволяет выровнять уровень экспрессии генов X-хромосомы у самок и самцов. У птиц подобные механизмы конденсации Z-хромосомы отсутствуют. Тем не менее, проведенная учеными из России, Японии и Таиланда работа показала, что у птиц присутствует дозовая компенсация Z-хромосомы на уровне, сравнимом с млекопитающими.

Авторы изолировали фибробласты из эмбрионов птиц семи видов, включив в анализ представителей всех трех основных клад (Paleognathae, Neoaves и Galloanserae). В работе применяли метод кэп-анализа экспрессии генов (cap analysis gene expression, CAGE), заключающийся в секвенировании 5`-концов мРНК с дальнейшим картированием полученных результатов на геном. CAGE позволяет с высокой точностью определять транскрипционные стартовые сайты (TSS) и не подвержен погрешностям, связанным с размером транскрипта. Это делает метод эффективным при выявлении небольших различий в уровне экспрессии (в данном случае между самками и самцами).

В среднем в фибробластах авторы обнаружили 8582 пика TSS, которые соответствовали 7608 генам. Их этих генов 95,4% (7269) не различались по экспрессии между самцами и самками. Среди оставшихся 4,5% экспрессия 189 была повышена у самцов и 150 — у самок. Половой диморфизм в экспрессии генов вносил существенный вклад в кластеризацию образцов, включая ранее описанные маркеры W-хромосомы (HINTW, CHDB1 и ATP5A1W). Стоит также отметить, что большое число аутосомных генов демонстрировало различия в экспрессии между полами (или тенденцию к ним) — это может указывать на то, что гены половых хромосом контролируют половую дифференциацию путем регуляции аутосомных генов.

Далее авторы проанализировали различия в экспрессии генов половых хромосом. У курицы различия в экспрессии между полами показывали 132 гена (115 на Z-хромосоме и 17 на W-хромосоме). Иными словами, в фибробластах курицы только 30% (115 из 387) генов, расположенных на Z-хромосоме, различаются уровнем экспрессии между полами. Схожие результаты наблюдались и в фибробластах других видов. Наименьший процент генов с дифференциальной экспрессией присутствовал у перепела (6%, 23 из 392 генов), наибольший (35%, 123 из 356) — у индейки. Полученные результаты свидетельствуют о высоком проценте генов на Z-хромосоме, подверженных дозовой компенсации — в среднем 78% генов не показывали различий в экспрессии между полами. Это значение значительно выше предыдущих расчетов для птиц и сопоставимо с уровнем дозовой компенсации у человека (70–75% по разным источникам). Авторы также отмечают, что компенсированные гены были неравномерно распределены по хромосоме, что может быть связано с механизмом компенсации, который до сих пор не описан для птиц.

В работе также приведен полный список генов Z-хромосомы, не подверженных компенсации. Единственным геном, чья экспрессия в фибробластах всех семи видов была значимо выше у самцов, чем у самок, оказался RPS6 — высококонсервативный ген рибосомального белка. Исследователи отмечают, что он, как и некоторые другие не подверженные компенсации гены, может вносить вклад в так называемую автономную клеточную половую идентичность (cell autonomous sex indentity, CASI) — свойство организма птиц, заключающееся в том, что аутосомные клетки уже имеют половую дифференциацию в экспрессии генов еще до дифференциации и оформления гонад (в отличие от млекопитающих).

Приведенные результаты демонстрируют присутствие ярко выраженной дозовой компенсации Z-хромосомы у птиц. Несмотря на отсутствие морфологически выраженной инактивации Z-хромосомы, ее дозовая компенсация у птиц работает не менее эффективно, чем у млекопитающих.

Дополнительная хромосома у самок дрозофилы передается благодаря аномальной сегрегации при мейозе