96

ÂWIAT NAUKI

Zaktualizowane ze Âwiata Nauki numer 4/2001

Chromosomy determinujàce p∏eç ludzi – Xi Y – bardzo si´ od siebie ró˝nià. Pozosta-

∏e 22 pary chromosomów w naszych komórkach sà dobrze dobrane – jeden chromosom

z ka˝dej pary pochodzi od matki, drugi od ojca, ale obydwa sà tej samej wielkoÊci i ma-

jà te same geny. Natomiast chromosom Y jest znacznie mniejszy od X, wr´cz lilipuci. Za-

wiera zaledwie kilkadziesiàt genów, podczas gdy chromosom Xa˝ 2–3 tys. Wiele genów

znajdujàcych si´ w Y nie ma odpowiedników w X. Ponadto w Y jest niezmiernie du˝o

CHROMOSOM Y

Nasze chromosomy X i Y
to osobliwa para.
X przypomina
inne chromosomy,
ale Y – êród∏o m´skoÊci
– jest niezwyk∏y

Karin Jegalian i Bruce T. Lahn

y

BIOPHOTO ASSOCIA

TES

Photo R

esear

chers, Inc.

C O D A L E J ?

Dlaczego

Êmieciowego DNA: sekwencji nukleoty-
dów nie stanowiàcych instrukcji wytwa-
rzania bia∏ek.

Do niedawna biolodzy nie potrafili

wyjaÊniç powodów odmiennoÊci Y. By-
∏y wprawdzie ró˝ne teorie na ten temat,
nie umiano jednak ich udowodniç. Sy-
tuacja uleg∏a zmianie dzi´ki Projek-
towi Poznania Ludzkiego Genomu i
innym wysi∏kom zmierzajàcym do od-
czytania sekwencji ludzkiego DNA we
wszystkich 24 chromosomach – czyli
X, Y i 22 autosomach (chromosomach
nie determinujàcych p∏ci). Podobnie jak
paleontolodzy, którzy badajàc szkiele-
ty wspó∏czesnych zwierzàt oraz skamie-
nia∏oÊci ich przodków, Êledzà ewolucj´
gatunków, biolodzy molekularni potra-
fià obecnie odtworzyç ewolucj´ chro-
mosomów i genów, rozszyfrowujàc se-
kwencje DNA.

Z najnowszych danych wynika, ˝e hi-

storia chromosomów p∏ci by∏a niezwy-
kle dynamiczna. Cechowa∏a jà seria
nag∏ych zmian w chromosomie Y, kom-
pensowanych zmianami w X. Te prze-
miany i oddzia∏ywania trwajà nadal.

Co wi´cej, chromosom Y – od daw-

na uwa˝any za niedobitka, przydatnego
w zasadzie tylko do rozpocz´cia pro-
gramu rozwoju osobnika p∏ci m´skiej
– okaza∏ si´ znacznie wa˝niejszy, ni˝
podejrzewa∏a wi´kszoÊç biologów. Przez
oko∏o 300 mln lat zachowa∏ niewielkà
liczb´ genów wa˝nych do prze˝ycia
samców i pozyska∏ nowe, potrzebne do
rozmna˝ania. Zamiast staç si´ Rod-
neyem Dangerfieldem* chromosomów
(tak niektórzy nazywali niezbyt szano-
wany chromosom Y), jest bardziej po-
dobny do Woody’ego Allena: mimo nie-
pozornego wyglàdu potrafi tak wiele
dokonaç.

jest taki dziwny

taki

CHROMOSOM X

CHROMOSOMY X i Y setki milionów lat temu stanowi∏y dobranà par´.
Jednak Y skurczy∏ si´ znacznie, podczas gdy X pozosta∏ taki sam.
Zaczynamy rozumieç, jak to si´ sta∏o. Mikrofotografie przedstawiajà
chromosomy podczas metafazy – jednej z faz podzia∏u komórkowego.

WYDANIE SPECJALNE

ÂWIAT NAUKI

97

Si∏à nap´dowà wi´kszoÊci badaƒ nad

ewolucjà ludzkich chromosomów p∏ci
by∏a zwyk∏a ciekawoÊç. Ale istnia∏ te˝
inny powód: ch´ç zrozumienia przy-
czyn i leczenia bezp∏odnoÊci m´˝czyzn.
Odkrycie genów Y, majàcych wp∏yw na
zdolnoÊç do rozmna˝ania, mog∏oby za-
owocowaç nowymi terapiami dla osób,
u których brak tych genów lub sà uszko-
dzone [ramka na stronie 101].

Ostatnie osiàgni´cia to efekt ponad-

stuletnich badaƒ. W XIX wieku biolo-
dzy uwa˝ali, ˝e o p∏ci ludzi i innych ssa-
ków decyduje Êrodowisko, podobnie jak
u wspó∏czesnych gadów (temperatura
zarodka we wczesnym stadium rozwo-
ju rozstrzyga o p∏ci gadziego potomka).
Na poczàtku XX wieku naukowcy zrozu-
mieli, ˝e w przypadku niektórych ga-
tunków p∏eç jest determinowana przez
chromosomy. Oko∏o 20 lat póêniej wyka-

zano, ˝e dotyczy to tak˝e ssaków, a za
okreÊlenie p∏ci podczas rozwoju zarod-
kowego odpowiadajà chromosomy Xi Y.

Przybywa dowodów

W CI

ÑGU

nast´pnych kilkudziesi´ciu lat

naukowcy zidentyfikowali Y jako spraw-
c´ m´skoÊci i uznali, ˝e Xi Y wyewo-
luowa∏y z pary autosomów dawnego
przodka. Przypadkowo, tu˝ przed poja-
wieniem si´ ssaków lub wkrótce po tym
wydarzeniu, mutacja w jednej kopii au-
tosomu, który przekszta∏ci∏ si´ w prze-
sz∏oÊci w Y, spowodowa∏a, ˝e z zarod-
ków dziedziczàcych ten zmieniony
chromosom powstawa∏y samce, a z pozo-
sta∏ych – samice.

W 1990 roku genetycy okreÊlili, która

cz´Êç Y jest odpowiedzialna za m´s-
koÊç: gen zwany SRY (sex-determining
region Y – okreÊlajàcy p∏eç obszar Y).
Bia∏ko kodowane przez SRY odpowia-
da za wykszta∏cenie jàder, aktywujàc
zapewne geny na ró˝nych chromoso-
mach. Nast´pnie testosteron i inne sub-
stancje wytwarzane w jàdrach decydu-
jà o powstaniu cech m´skich.

98

ÂWIAT NAUKI

EWOLUCJA CZ¸OWIEKA /NOWE SPOJRZENIE

Regiony pseudoautosomalne,
w których zachodzi wymiana DNA
(rekombinacja) z X

†

Geny metabolizmu podstawowego

‡

Geny majàce odpowiedniki w X,
ale aktywne tylko w jàdrach

SRY

odpowiada za wykszta∏cenie si´

jàder. Pochodzi od genu SOX3
i jest podobny do genu SOX3 w X,
ale pe∏ni innà funkcj´

*

HESED P

ADILL

A-NASH

National Institutes of Health

(mikr

ofotografia

); ALFRED T

. KAMAJIAN i

HEIDI NOL

AND (

ilustracje z

lewej i

na gór

ze

)

1

7

13

19

20

21

22

X

Y

2

8

14

3

9

15

4

10

16

5

11

17

6

12

18

BPY2

PRY

CDY

DAZ

RBMY ‡

PRY

TTY2

RBMY ‡

EIF1AY †

SMCY †

Zmniejszona

zdolnoÊç

do produkcji

plemników

Zmniejszona

zdolnoÊç

do produkcji

plemników

CDY

XKRY

VCY ‡

USP9Y †
DBY †
UTY †

Centromer

PRY

TTY1
TTY2

TSPY

AMELY

RPS4Y †

SRY

(okreÊla

p∏eç m´skà)

TTY1

TSPY

Zmniejszona

zdolnoÊç

do produkcji

plemników

Niski

wzrost

Obszar

nie zawierajàcy

funkcjonalnych genów

Geny Y majàce
odpowiedniki
w X

Geny Y (lub rodziny genów)
nie spotykane w X i czynne
tylko w jàdrach

*

Konsekwencje

zwiàzane

z delecjà

odcinków Y

CHROMOSOM Y

ZFY †

PCDHY

TB4Y †

GADZI PRZODKOWIE SSAKÓW

350 mln

lat temu?

CZAS

Powstaje gen SRY

PARA AUTOSOMÓW

U GADZIEGO PRZODKA

POWSTAJÑCY

Y

SRY

Centromer

Identyczne
chromosomy
zdolne do
rekombinacji
(wymiany
odcinków)

CHROMOSOMY z normalnej komórki m´˝czyzny (zdj´cie) to 22 pary autosomów
(nie determinujàcych p∏ci) oraz X i Y; w ka˝dej parze jeden chromosom pochodzi od matki,
a drugi od ojca. Geny w regionie nierekombinujàcym chromosomu Y (NRY – non-recombining
region Y; niebieski na diagramie) pomog∏y w zrozumieniu ewolucji X i Y. Region ten zosta∏
tak nazwany, gdy˝ w jego obr´bie nie zachodzi rekombinacja (wymiana DNA) z X.
Zestawiono tylko te geny, które sà nadal funkcjonalne. Oko∏o po∏owy ma odpowiedniki
w X (czerwony); niektóre z nich to geny metabolizmu podstawowego, niezb´dne do prze˝ycia
ogromnej wi´kszoÊci komórek. Pewne geny w NRY sà aktywne tylko w jàdrach (fioletowy),
decydujàc prawdopodobnie o m´skiej p∏odnoÊci.

Naukowcy doszli do wniosku, ˝e ludz-

kie chromosomy p∏ci rozpocz´∏y ˝ycie
jako dopasowana para, dlatego ˝e ich
koƒce sà bardzo podobne i zdolne do
rekombinacji. Podczas mejozy (podzia-
∏u komórek rozrodczych) chromosomy
homologiczne ustawiajà si´ w pary
i wymieniajà odcinki, po czym po jed-
nej kopii ka˝dego autosomu oraz po
jednym chromosomie p∏ci przechodzi
do ka˝dej komórki rozrodczej. Choç X
i Y sà obecnie podobne tylko w niewiel-
kim stopniu, podczas mejozy u sam-
ców ich koƒce ustawiajà si´ obok siebie
(jest to konieczne do w∏aÊciwego po-
dzia∏u chromosomów do plemników).
Inne dowody, ˝e Xi Y by∏y kiedyÊ po-
dobne, pochodzà z tej cz´Êci Y, która
z Xnie rekombinuje. Wiele genów znaj-
dujàcych si´ w owym regionie nadal
ma odpowiedniki w X.

Nierekombinujàcy obszar – 95% Y

– Êwiadczy, jak bardzo ten chromosom
sta∏ si´ w∏asnym cieniem. Rekombi-
nacja sprzyja zachowaniu integralnoÊci
chromosomów, jej brak zaÊ prowadzi
do nagromadzenia si´ w genach z niere-
kombinujàcych regionów niszczàcych
mutacji, wskutek czego te fragmenty
chromosomu cz´sto zanikajà. Przypusz-

czano wi´c, ˝e coÊ spowodowa∏o wy-
mian´ DNA mi´dzy du˝ymi cz´Êciami
Xi Y, po czym geny w nierekombinujà-
cym regionie Y przesta∏y funkcjonowaç.
Przez kilkadziesiàt lat nie wiedziano jed-
nak, w jaki sposób dosz∏o do zahamo-
wania rekombinacji po powstaniu Y.

Nowy wizerunek

WYNIKI BADA

¡

przeprowadzonych w cià-

gu ostatnich lat wype∏ni∏y wiele luk. Na
przyk∏ad w 1999 roku Lahn oraz David
C. Page z Whitehead Institute for Bio-
medical Research w Cambridge w Mas-
sachusetts wykazali, ˝e Y nieoczekiwa-
nie straci∏ zdolnoÊç do wymiany DNA
z Xi by∏ to proces wieloetapowy. Po-
czàtkowo zjawisko to dotyczy∏o DNA
otaczajàcego gen SRY, a nast´pnie roz-
przestrzeni∏o si´ w kilku odr´bnych
etapach na nieomal ca∏à d∏ugoÊç chro-
mosomu Y. W rezultacie utraty wymia-
ny X–Y uwsteczni∏ si´ tylko Y, X zaÊ na-
dal podlega∏ rekombinacji, gdy dwie
jego kopie spotyka∏y si´ podczas mejo-
zy u samic.

Czym mo˝na wyt∏umaczyç zaburze-

nie rekombinacji mi´dzy Xi Y? Gdy
wczesne wersje obu tych chromosomów
mia∏y wymieniaç si´ odcinkami pod-

czas mejozy u jakiegoÊ odleg∏ego przod-
ka wspó∏czesnych ssaków, cz´Êç DNA
Y prawdopodobnie si´ odwróci∏a, czy-
li znalaz∏a si´ do góry nogami wzgl´-
dem równowa˝nej cz´Êci X. Poniewa˝
rekombinacja wymaga ustawienia si´
dwóch podobnych sekwencji DNA obok
siebie, taka inwersja mog∏a spowodo-
waç zniesienie interakcji mi´dzy uprzed-
nio dopasowanymi regionami Xi Y.

Gdy zbadaliÊmy sekwencje nukleoty-

dów 19 genów, które pojawiajà si´
w nierekombinujàcym regionie zarów-
no X, jak i Y (niektóre z kopii Y ju˝ nie
dzia∏ajà), odkryliÊmy, ˝e do zaniku re-
kombinacji dosz∏o w serii kolejnych
zdarzeƒ. Na ogó∏ jeÊli para genów traci
t´ zdolnoÊç, ich sekwencje z up∏ywem
czasu stajà si´ coraz bardziej ró˝ne.
Stosunkowo niewielka liczba ró˝nic
wskazuje na niedawne zaprzestanie re-
kombinacji, du˝a zaÊ – ˝e nie zachodzi
ona ju˝ od dawna.

Wi´kszoÊç par X–Y nale˝a∏a do jednej

z czterech grup. W ka˝dej z nich chro-
mosomy te ró˝ni∏y si´ w zasadzie w tym
samym procencie, co wskazywa∏oby, ˝e
rekombinacja usta∏a mniej wi´cej w
tym samym czasie. Ale ró˝nice pomi´-
dzy grupami by∏y jednak wyraêne. Ko-

WYDANIE SPECJALNE

ÂWIAT NAUKI

99

SSAKI

320–240 mln

lat temu

170–130 mln

lat temu

130–80 mln

lat temu

50–30 mln

lat temu

Obecnie

1

przypadek

niezdolnoÊci
do rekombinacji,
prowadzàcy
do degeneracji
i skrócenia
cz´Êci Y

2

przypadek

niezdolnoÊci
do rekombinacji,
powodujàcy
dalsze
uwstecznienie Y

3

przypadek

niezdolnoÊci
do rekombinacji,
wiodàcy
do kolejnego
skrócenia Y

4

przypadek

niezdolnoÊci
do rekombinacji,
prowadzàcy
do obecnego,
silnie
uwstecznionego Y

POWSTAJÑCY

X

Y X

JAK U TORBACZY

1

2

3

4

Y X

JAK U STEKOWCÓW

Y X

JAK U MA¸P

Y X

U LUDZI

Obszary
niezdolne ju˝
do rekombinacji

Obszary
nadal zdolne
do rekombinacji

W jakimÊ
nieznanym
momencie SRY
przemieÊci∏ si´
na krótkie
rami´ Y

DEGENERACJA Y przebiega∏a w czterech odr´bnych etapach, od oko∏o 300 mln lat, gdy b´dàcy przodkiem ssaków gad ssakokszta∏tny
zyska∏ nowy gen (SRY) na jednym ze swoich autosomów. Ka˝dy z epizodów by∏ nast´pstwem braku rekombinacji (wymiany DNA)
mi´dzy X i Y podczas mejozy, podzia∏u komórki prowadzàcego do powstania komórek jajowych lub plemników. JeÊli rekombinacja nie jest
mo˝liwa, geny z tych obszarów przestajà funkcjonowaç i ulegajà degeneracji. Przedstawiona tu sekwencja zdarzeƒ jest bardzo uproszczona.
Na przyk∏ad w pewnych okresach Y powi´ksza∏ si´ wskutek wprowadzania DNA autosomów do regionów nadal zdolnych
do rekombinacji, zanim jej utrata spowodowa∏a jego kurczenie si´.

pie genów Y, które zacz´∏y ró˝nicowaç
si´ od swoich odpowiedników na X
w chwili powstania genów SRY, wyka-
zywa∏y w stosunku do swoich partne-
rów najwi´kszà odmiennoÊç, natomiast
w obr´bie innych grup ró˝nice te by∏y
coraz mniejsze.

Porównujàc sekwencje DNA mi´dzy

gatunkami, biolodzy mogà w przybli˝e-
niu wyliczyç, kiedy podobne wczeÊniej
geny (a wi´c i obszary, w których si´
znajdujà) zacz´∏y si´ ró˝nicowaç. Wy-
nika stàd, ˝e autosomalne prekursory
Xi Y by∏y nadal podobne i nie zmienio-

ne u gadów ˝yjàcych w okresie poprze-
dzajàcym oddzielenie si´ ewolucyjnej
linii ssaków. Stekowce (jak dziobak i kol-
czatka), które najwczeÊniej oddzieli∏y
si´ od innych grup ssaków, majà zarów-
no gen SRY, jak i przyleg∏y do niego,
nierekombinujàcy region. A zatem do
powstania tego genu i zaniku rekombi-
nacji w jego otoczeniu dosz∏o prawdo-
podobnie wówczas, gdy oddzieli∏a si´
linia ewolucyjna wiodàca do ssaków,
czyli oko∏o 300 mln lat temu.

Stosujàc analiz´ „zegara molekular-

nego”, uzyskaliÊmy wi´cej informacji

na ten temat. Biolodzy sà w stanie
oszacowaç, kiedy mo˝e dojÊç do zmia-
ny sekwencji DNA, o ile nie jest na nie
wywierany szczególny nacisk, by po-
zosta∏y takie same. Mno˝àc stopieƒ roz-
bie˝noÊci sekwencji w parach X–Y
przez szacunkowe tempo zmian, wyli-
czyliÊmy, ˝e pierwsza inwersja, która
zatrzyma∏a rekombinacj´, zasz∏a przed
320–240 mln lat. Podobne analizy
wskazujà, ˝e nast´pna zdarzy∏a si´
170–130 mln lat temu, na krótko przed
oddzieleniem si´ torbaczy od linii pro-
wadzàcej do ssaków ∏o˝yskowych. Trze-

100

ÂWIAT NAUKI

EWOLUCJA CZ¸OWIEKA /NOWE SPOJRZENIE

RAZI SEARLES

Br

uce Coleman Inc.

(kot

); ALFRED T

. KAMAJIAN

ZDARZENIE 1

Kopia genu na Y

degeneruje si´

ze wzgl´du

na brak

rekombinacji

mi´dzy X i Y

ZDARZENIE 2

Podwaja si´

aktywnoÊç

genu na X, by

skompensowaç

niedobór bia∏ka

u samców

ZDARZENIE 3

Samice

inaktywujà

losowo jednà

kopi´ genu

w ka˝dej

komórce

Stan
wyjÊciowy

Komórka

m´ska

Komórka

˝eƒska

EFEKT KO¡COWY

Wyrównanie

poziomu bia∏ek

u samców

i samic

EFEKT

Samce wytwarzajà
dwa razy mniej bia∏ka
ni˝ samice

EFEKT

Brak zmian
u samic

EFEKT

Samice
wytwarzajà teraz
za du˝o bia∏ka

EFEKT

Ogólna produkcja
bia∏ek u samców
powraca do normy

EFEKT

Brak zmian
u samców

EFEKT

Poziom bia∏ka
u samic powraca
do normy

Bia∏ka
kodowane
przez gen

Aktywne
kopie
genu

Wy∏àczony

gen

Utracony

gen

Y

X

X

X

EWOLUCJA INAKTYWACJI X, wy∏àczania
wi´kszoÊci genów na jednym z tych
chromosomów w komórkach samic,
zachodzi∏a niewàtpliwie etapami
– po jednym lub po kilka genów
jednoczeÊnie – by skompensowaç utrat´
genów na chromosomie Y (schemat).
Jeden z efektów inaktywacji X mo˝na
zaobserwowaç u kotów szylkretowych.
Gen okreÊlajàcy, czy barwa sierÊci jest
pomaraƒczowa, czy czarna
(tzn. nie pomaraƒczowa) znajduje si´
w chromosomie X. Futro samic majàcych
pomaraƒczowà wersj´ genu na jednym
chromosomie X, a czarnà na drugim,
b´dzie w czarne i pomaraƒczowe plamy,
zale˝nie od tego, który X i w której komórce
jest wy∏àczony. Inny gen jest odpowiedzialny
za bia∏e fragmenty sierÊci.

cia wystàpi∏a przed 130–80 mln lat, nim
dosz∏o do ró˝nicowania si´ ssaków ∏o-
˝yskowych. Ostatnia inwersja w Y na-
stàpi∏a oko∏o 50–30 mln lat temu, po
wyodr´bnieniu si´ linii ewolucyjnej
ma∏p wàskonosych, ale zanim rozdzie-
li∏y si´ drogi ma∏p cz∏ekokszta∏tnych
i cz∏owieka.

Wbrew ogólnie obowiàzujàcej prawi-

d∏owoÊci dla par X–Y cz´Êç genów w
nierekombinujàcym obszarze drugie-
go z tych chromosomów koduje bia∏ka,
które niewiele ró˝nià si´ od bia∏ek ko-
dowanych przez ich odpowiedniki
na X, nawet w regionach, gdzie naj-
wczeÊniej dosz∏o do inwersji. Wynika
to zapewne z prostego prawa ewolucji:
jeÊli gen jest konieczny do prze˝ycia or-
ganizmu, zazwyczaj zostaje zachowany.
Faktycznie, geny Y, które ma∏o si´ zmie-
ni∏y, sà na ogó∏ tzw. genami metaboli-
zmu podstawowego („housekeeping”
genes) – niezb´dnymi do prawid∏owe-
go funkcjonowania i integralnoÊci nie-
omal wszystkich komórek organizmu.

Nadrabianie strat

Z ZASAD LOGIKI

– i rezultatów wielu ba-

daƒ – wynika, ˝e brak rekombinacji mi´-
dzy Xi Y, a w konsekwencji degenera-
cja wielu genów w tym drugim, musia∏y
wywo∏aç kolejny proces, który by te zjawi-
ska kompensowa∏. Wyglàda to nast´pujà-
co: nie w ka˝dej komórce aktywne sà
wszystkie geny. Ale gdy potrzebne jest jej
dane bia∏ko, na ogó∏ w∏àczona zostaje
zarówno ojcowska, jak i matczyna kopia
odpowiedniego genu. IloÊç bia∏ka wypro-
dukowana dzi´ki ka˝dej kopii jest precy-
zyjnie dopasowana do optymalnego roz-
woju i codziennego funkcjonowania
organizmu. Tak wi´c gdyby geny na Y za-
cz´∏y zanikaç, produkcja kodowanych
przez nie bia∏ek spad∏aby u samców o po-
∏ow´, o ile gatunki, u których ten proces
zachodzi, nie wykszta∏ci∏yby czegoÊ, co
rekompensowa∏oby t´ strat´.

Wiele zwierzàt, na przyk∏ad muszka

owocowa, radzi sobie z tym, podwaja-
jàc aktywnoÊç odpowiedników utra-
conych z Y genów, obecnych na chro-
mosomie X. Pewne organizmy majà
bardziej z∏o˝onà strategi´. Najpierw
dochodzi do zwi´kszenia aktywnoÊci
genów w Xu przedstawicieli obu p∏ci –
w ten sposób uzupe∏niany jest niedo-
bór bia∏ek u samców, ale u samic two-
rzy si´ ich za du˝o, a nast´pnie (np.
w przypadku nicieni) zmniejsza si´ ak-
tywnoÊç genów w Xu samic. U innych,

w tym ssaków, zachodzi proces zwany
inaktywacjà X, podczas którego komór-
ki wczesnych zarodków ˝eƒskich lo-
sowo wy∏àczajà wi´kszoÊç genów w
jednym z chromosomów X. Sàsiednie
komórki mogà wyciszaç ró˝ne kopie
tego chromosomu, ale wszyscy potom-
kowie danej komórki b´dà wykazywa-
li ten sam wzór jego inaktywacji.

Choç jest ona od dawna uwa˝ana za

odpowiedê na degeneracj´ genów w Y,
nie by∏o na to dowodów. JeÊli utrata
funkcji genów w Y powodowa∏a unie-
czynnienie X, to mo˝na przypuszczaç,
˝e geny w Xmajàce funkcjonalne odpo-
wiedniki w nie podlegajàcym rekom-

binacji regionie Y b´dà u samic nadal
dzia∏aç, tak by iloÊç bia∏ek u osobni-
ków obu p∏ci by∏a podobna. Analizu-

WYDANIE SPECJALNE

ÂWIAT NAUKI

101

MARK HARMEL

Stone

OPRÓCZ POZNANIA historii chromosomów p∏ci badania chromosomu Y pomagajà
wyjaÊniç niektóre przypadki bezp∏odnoÊci. Za mniej wi´cej po∏ow´ z ogólnej ich liczby
ca∏kowità lub cz´Êciowà win´ ponosi m´˝czyzna, który produkuje za ma∏o plemników
bàdê nie wytwarza ich wcale. Przyczyny tego stanu cz´sto sà niejasne. Z nowych badaƒ
wynika jednak, ˝e Y zawiera pewnà liczb´ genów p∏odnoÊci i zaburzenia choçby
w jednym sà przyczynà tego typu dolegliwoÊci u oko∏o 10% dotkni´tych nià m´˝czyzn.

Po raz pierwszy na rol´ Y zwrócono uwag´ w latach siedemdziesiàtych, gdy stwierdzono,

˝e u wielu bezp∏odnych m´˝czyzn brakuje ma∏ych odcinków tego chromosomu.
DziÊ wiadomo, ˝e delecje (ubytki) w którymkolwiek z trzech regionów Y mogà powodowaç
bezp∏odnoÊç i ˝e ka˝dy z nich – okreÊlany jako AZF (azoospermia factor – czynnik
azoospermii) a, b i c– zawiera wiele genów.

Wi´kszoÊç z nich jest bardzo aktywna

w jàdrach, gdzie wytwarzane sà
plemniki. (Oznacza to, ˝e powstajà
tam du˝e iloÊci bia∏ek kodowanych
przez te geny). A zatem geny
w regionach AZF sà istotne w produkcji
plemników, choç nie znamy dok∏adnie
ich funkcji ani interakcji z genami
p∏odnoÊci w innych chromosomach.

OkreÊlenie delecji w Y uwa˝ane

jest przez niektórych specjalistów
od bezp∏odnoÊci za element
diagnostyki. JeÊli m´˝czyêni z tego
typu zmianami w ogóle wytwarzajà
plemniki, mo˝na im zaproponowaç
terapi´ zwanà w skrócie ICSI
(intracytoplasmic sperm injection
– wstrzykiwanie plemnika
do cytoplazmy komórki jajowej),
w której uzyskane z jàder m´skie
komórki rozrodcze wprowadza si´
do komórek jajowych w laboratorium.
Niestety, ich synowie odziedziczà
wadliwy chromosom Y i zapewne
b´dà mieli te same problemy
z bezp∏odnoÊcià.

Gdy naukowcy poznajà dok∏adnie rol´ bia∏ek kodowanych przez geny z regionów AZF,

byç mo˝e b´dà w stanie wyleczyç bezp∏odnych m´˝czyzn z delecjami Y, podajàc im
brakujàce bia∏ka, a mo˝e nawet geny. Z kolei takie informacje przyczyni∏yby si´
zapewne do opracowania nowych, zak∏ócajàcych wytwarzanie plemników Êrodków
antykoncepcyjnych dla m´˝czyzn.

DOSTARCZENIE PLEMNIKA (widocznego
w mikroigle) wprost do komórki jajowej to
prawdopodobnie sposób na pokonanie
bezp∏odnoÊci u niektórych m´˝czyzn
majàcych mutacje w chromosomie Y.

TAJEMNICA M¢SKIEJ BEZP¸ODNOÂCI

KARIN JEGALIAN i BRUCE T. LAHN uzy-
skali stopnie doktorskie w laboratorium
genetyka Davida C. Page’a w Whitehead
Institute for Biomedical Research w Cam-
bridge w stanie Massachusetts oraz w Mas-
sachusetts Institute of Technology. Jega-
lian zajmuje si´ obecnie popularyzacjà
nauki w National Institutes of Health.
Lahn, który pochodzi z Chin, jest bada-
czem w Howard Hughes Medical Insti-
tute i profesorem na Wydziale Genetyki
Cz∏owieka University of Chicago.

O

AUTORZE

jàc aktywnoÊç utrzymanych par X–Y
u ponad 20 gatunków ssaków, Jegalian
oraz Page stwierdzili kilka lat temu,
˝e kopie funkcjonalnych genów Y w X
unikajà inaktywacji. Badacze ci wyka-
zali tak˝e, ˝e unieczynnienie X, zacho-
dzàce obecnie „na poczekaniu”, nie po-
wsta∏o od razu, ale raczej stopniowo,
odcinek po odcinku lub byç mo˝e gen
po genie.

Nowe motywy

CO DZIWNIEJSZE

, nie podlegajàcy rekom-

binacji region chromosomu Y ma nie tyl-
ko garstk´ cennych genów obecnych
tak˝e w X, ale równie˝ kilkanaÊcie zwià-
zanych z m´skà p∏odnoÊcià, które kodu-
jà bia∏ka wytwarzane wy∏àcznie w jà-
drach (zapewne biorà udzia∏ w produkcji
plemników). Prawdopodobnie niektóre
z nich przeskoczy∏y na Y z innych chro-
mosomów. Pozosta∏e by∏y na tym chro-
mosomie od poczàtku, ale pierwotnie
pe∏ni∏y odmienne funkcje, z up∏ywem
czasu zaÊ naby∏y nowych. Degeneracja
stanowi wi´c tylko jeden z elementów
istotnych w ewolucji chromosomu Y.
Drugi, znany dopiero od niedawna, to
nabycie lub powstanie genów p∏odnoÊci.

Teoretycy nie sà zgodni, jakie si∏y

przekszta∏ci∏y Y w magnes przyciàga-
jàcy takie geny. Byç mo˝e obecnoÊç wy-
∏àcznie u samców genów szkodliwych
lub oboj´tnych dla samic jest dla ga-
tunku korzystna. Niewykluczone, ˝e
Y ochrania m´skie geny p∏odnoÊci, gwa-
rantujàc ich przechodzenie bezpoÊred-
nio od samca do samca, z pomini´ciem
samicy (która mog∏aby je zgubiç bez
szkody dla siebie).

Inna zagadka: w jaki sposób geny

p∏odnoÊci sà w stanie istnieç, jeÊli nie
zachodzi rekombinacja, czyli w warun-
kach, które spowodowa∏y degeneracj´
wi´kszoÊci genów w Y. Prawdopodob-
nie przyczynà tego jest fakt, ˝e niemal
ka˝dy gen m´skiej p∏odnoÊci obecny
w Y ma wiele kopii. Mo˝e to znosiç
efekty szkodliwych mutacji, które w da-
nym momencie zachodzà tylko w jednej
z nich. Gdy wskutek nagromadzenia
mutacji pewne kopie przestajà pe∏niç
swoje funkcje, pozosta∏e podtrzymujà
zdolnoÊç samca do rozmna˝ania i mo-
gà si´ same namna˝aç.

Najdok∏adniej badano ewolucj´ ludz-

kich chromosomów p∏ci. Porównujàc
uzyskane informacje z wynikami ba-
daƒ innych gatunków, okreÊlono ogól-
ne zasady determinacji p∏ci, dzia∏ajà-
ce nie tylko u ssaków. U niektórych
zwierzàt, na przyk∏ad ptaków i motyli,
funkcjonuje system determinacji p∏ci
W–Z. Gdy dziedziczenie jednej kopii
specyficznego chromosomu jest wy-
znacznikiem p∏ci m´skiej, chromosom
jest okreÊlany jako Y, a jego partner ja-
ko X. Natomiast jeÊli dziedziczenie
jednej kopii takiego chromosomu wa-
runkuje rozwój samicy, chromosom na-
zywa si´ W, a jego partner w parze – Z.

Godne uwagi jest to, ˝e chromoso-

my p∏ci pochodzà od autosomów. Jed-
nak autosomy te mogà byç ró˝ne. Pta-
sie chromosomy W i Z powsta∏y na
przyk∏ad z innych chromosomów ni˝
X i Y ssaków oraz muszek owocowych.

W przypadku wi´kszoÊci rozmna˝a-

jàcych si´ p∏ciowo gatunków, u których
powsta∏y chromosomy p∏ci, stawa∏y si´

one coraz mniej podobne do siebie,
przechodzàc jeden lub wi´cej cykli z∏o-
˝onych z trzech kolejnych etapów:
wstrzymania rekombinacji, degeneracji
nierekombinujàcych cz´Êci chromoso-
mu specyficznego dla p∏ci (Y lub W)
oraz kompensacji utraconych genów
przez drugi chromosom. W tym czasie
chromosom specyficzny dla p∏ci móg∏
staç si´ wa˝ny dla p∏odnoÊci organi-
zmu, tak jak Y u ludzi i owadów.

Nale˝y zastanowiç si´ nad przysz∏o-

Êcià naszego gatunku. Czy cykl ten
b´dzie trwaç dalej, a˝ ca∏kowicie unie-
mo˝liwi rekombinacj´ mi´dzy chromo-
somami p∏ci i ostatecznie zniszczy
Y za tysiàce czy miliony lat? Z nowych
odkryç wynika, ˝e samce potrafià chro-
niç te geny z Y, które sà wa˝ne do prze-
˝ycia i rozmna˝ania. Niemniej ca∏ko-
wita degeneracja Y jest teoretycznie
mo˝liwa.

Cz´sto podejmuje si´ badania genów,

by zrozumieç i leczyç choroby. Chromo-
somem Y zaj´to si´ w∏aÊnie z ch´ci zro-
zumienia rozwoju samców i leczenia
bezp∏odnoÊci. Jednak wiele badaƒ nie
koncentrowa∏o si´ na terapii. W miar´
analizy coraz wi´kszej liczby genów
w Xi Y, identyfikowanych za pomocà
testów medycznych i systematycznego
sekwencjonowania, naukowcy zajmujà-
cy si´ ewolucjà zadali podstawowe pyta-
nie – czy geny te powiedzà coÊ nowego
o odleg∏ej przesz∏oÊci dziwnie niedobra-
nej pary chromosomów Xi Y? Opo-
wieÊç okaza∏a si´ bardzo ciekawa.

n

* Rodney „No Respect” Dangerfield – komik ame-
rykaƒski o przydomku „Bez Szacunku” (przyp. red.).

102

ÂWIAT NAUKI

EWOLUCJA CZ¸OWIEKA /NOWE SPOJRZENIE

GDY W LUTYM 2001 ROKU ukaza∏ si´
numer Nature w ca∏oÊci poÊwi´cony
sekwencji genomu ludzkiego, zaledwie
2.5 z jego 216 stron dotyczy∏y chromoso-
mu Y. Autor tego krótkiego artyku∏u Da-
vid C. Page, u którego doktoryzowali si´
Karin Jagelian i Bruce T. Lahn, opisywa∏
przygotowanie mapy chromosomu Y, za-
dania wyjàtkowo trudnego ze wzgl´du
na liczne powtarzajàce si´ sekwencje
obecne w jego DNA. Jeszcze wówczas

STRUKTURA chromosomu Y.

K O M E N TA R Z

A jednak Y si´ trzyma!

X-transponowane

X-zdegenerowane

Amplikonowe

Heterochromatyczne

Pseudoautosomalne

Inne