Ученые измерили, как X- и Y-хромосомы влияют на глобальную экспрессию генов. Они построили график, отображающий изменение экспрессии каждого гена в клетках в зависимости от количества X- и Y-хромосом. Исследователи использовали образцы тканей людей, у которых естественно варьируется число половых хромосом, начиная от одной до четырех X-хромосом и от нуля до четырех Y-хромосом. Такие вариации половых хромосом встречаются у всей человеческой популяции и приводят ко множеству нарушений здоровья, но, в отличие от дупликаций большинства других хромосом, совместимы с жизнью. Так ученые смогли математически смоделировать, как количество X и Y-хромосом влияют на экспрессию генов.
Для этого проекта исследователи рассмотрели два типа клеток, которые они выбрали из-за простоты сбора образцов — лимфобластоидные клетки, тип иммунных клеток, и фибробласты, полученные из клеток кожи, которые помогают формировать наши соединительные ткани. Затем исследователи измерили, как экспрессия генов меняется в каждом типе клеток с каждым дополнительным X или Y.
Оказалось, что тысячи генов изменили уровень своей экспрессии в ответ на изменения количества присутствующих X- и/или Y-хромосом. Эффекты масштабировались линейно, а это означает, что каждая дополнительная X- или Y-хромосома изменяла экспрессию генов на одинаковую величину. Влияние на конкретные гены и степень изменений различаются в зависимости от типа клеток. Это позволяет предположить, что каждый тип клеток в организме может иметь уникальный ответ на регуляцию со стороны генов X- и Y-хромосом.
Ученые обнаружили, что два гена — ZFX (на X-хромосоме) и ZFY (на Y-хромосоме) — играют важную роль в этом процессе. Эти гены демонстрируют похожие регуляторные эффекты, хотя ZFX иногда оказывает более сильное влияние, чем ZFY. ZFX и ZFY унаследовали роль влиятельных регуляторов генов от своего общего предка и независимо сохранили ее, несмотря на то, что их соответствующие хромосомы разошлись. Гены, регулируемые ZFX и ZFY, участвуют во всех видах важных биологических процессов. Следовательно, половые хромосомы вносят значительный вклад в функции, выходящие за рамки тех, которые связаны с половыми характеристиками. Другие гены на X и Y-хромосомах, вероятно, тоже являются важными регуляторами генов. Но, чтобы понять, как разные гены X и Y влияют на регуляцию генов, необходимы дополнительные исследования.
Есть некоторая сложность в понимании роли половых хромосом. Обычно мы думаем о половых хромосомах как о Х и Y, но на самом деле есть два типа Х-хромосом. Только один из них отличается у мужчин и женщин. Каждый человек имеет одну активную Х-хромосому, которая одинакова у мужчин и женщин. Эта хромосома присутствует повсеместно, и ее наличие не влияет на пол. Однако то, что отличает мужчин и женщин, это хромосома, которая сочетается с активной Х: мужчины имеют Y-хромосому, а женщины — неактивную Х-хромосому. Дополнительные Х-хромосомы всегда остаются неактивными Х-хромосомами.
Неактивные X и Y изменяют экспрессию генов. Активная Х-хромосома ведет себя как аутосома (неполовая хромосома), в то время как неактивная Х-хромосома и Y-хромосома функционируют и как половые хромосомы, и как регуляторы генов. Ранее считалось, что они лишь способствуют половой дифференциации.
