Генные заболевания мужчин
Брайан Сайкс: «Человеческая Y-хромосома разрушается у нас на глазах»
Y-хромосома — карлик среди хромосом человека. Если ее эквивалент X содержит более 1000 генов, включая гены, необходимые для метаболизма у обоих полов, то в Y их менее 100. Раньше Y была идентична X, но примерно 300 миллионов лет назад она начала меняться и постепенно уменьшаться, и теперь она хранит меньше генетического материала, чем любая другая хромосома. Хромосомы 21 и 22 меньше Y по размеру, но несут больше генов.
Y-хромосома еще и одинока. Х-хромосомы в женских организмах парные, a Y всегда ведет одинокую жизнь среди мужчин. Такое изолированное существование может быть вредным. Поскольку женщины несут две Х-хромосомы, одна из которых инактивирована, у них всегда есть «запаска» на случай мутации одного из генов. Если это жизненно необходимый ген, как, например, ген дистрофина, участвующего в развитии мышц, то вторая X может компенсировать его дефект, и женщина останется здоровой.
Мужчинам повезло меньше. Их вторая хромосома Y почти не несет генов. Она не может послужить запасным вариантом. Если единственная X несет мутированный ген дистрофина, то развивается мышечная дистрофия Дюшена - заболевание, усаживающее мальчиков в инвалидные кресла и убивающее их к тридцати годам в результате паралича мышц, необходимых для дыхания. Многие другие серьезные заболевания, например гемофилия и тяжелый комбинированный иммунодефицит, также сцеплены с Х-хромосомой и поражают преимущественно мальчиков. Женщины могут быть переносчиками, но редко наследуют две мутированные Х-хромосомы, приводящие к развитию заболевания.
Ослабление мужчин
Х-сцепленные заболевания - не единственное явление, ставящее мужчин в невыгодное положение. Отсутствие аналога в человеческом геноме также препятствует участию Y в рекомбинации — процессе, позволяющем другим хромосомам защитить себя от мутаций и увядания. Как мы видели в главе 6, когда клетки делятся посредством мейоза, парные хромосомы обмениваются участками ДНК. Благодаря этому они избегают храповика Мёллера - процесса, в результате которого в каждом поколении накапливаются мутации, что со временем приводит к необратимой порче генетического материала.
Если у женщин Х-хромосомы могут рекомбинировать с другими Х-хромосомами, они не способны рекомбинировать с Y. Хотя раньше X и Y были одной и той же хромосомой, эволюция постепенно лишила их способности обмениваться ДНК друг с другом. Некоторые гены на Y повредили бы женщинам, и наоборот: например, если бы SRY перешел на Х-хромосому, то женщины стали бы мужчинами. Определенные гены на X также необходимы для здорового развития обоих полов. Рекомбинация лишила бы мужчин жизненно необходимых частей генома. В отсутствие партнера для рекомбинации Y-хромосома увядает более или менее согласно храповику Мёллера. Каждая мутация, не приводящая к смерти или бесплодию носителя, сохраняется у потомков мужского пола. И хотя это очень помогло генеалогам, прослеживающим историю человечества, для набора генов Y это плохие новости. Все больше и больше генов выключалось мутациями, и осталась лишь бледная тень когда-то существовавшей Y-хромосомы.
Можно ожидать, что эта история генетического увядания продолжится и мужская хромосома потеряет еще больше генов. Австралийский генетик Дженни Грейвз предположила, что медленно, но верно Y-хромосома исчезает. Эта идея стала известной благодаря книге британского генетика Брайана Сайкса «Проклятье Адама» (2003), в которой он предполагает, что, согласно современной скорости мутаций, мужчинам осталось всего 125 000 лет. Он предсказывает, что конец мужчин близок, а с ним, возможно, и конец человечества.
«Если один процент мужчин бесплоден из-за проблем с Y-xpoмосомой, то у нас остается еще 99 процентов нормальных фертильных мужчин. Природа стремится избавиться от Y-хромосом, снижающих плодовитость» Робин Ловелл-Бедж
Избежать проклятья Адама
Большинство ученых не разделяют пессимизма Сайкса. Во-первых, необходимо помнить о естественном отборе. Некоторые гены Y-хромосомы необходимы для производства спермы. Спонтанные мутации, отключающие эти гены, самоустранятся из генофонда за счет снижения фертильности мужчин. Аналогичные размышления применимы и к главному гену Y-хромосомы SRY. Если он мутирован или не работает, зародыш разовьется в бесплодную женщину без матки и яичников. Центральная роль Y в мужественности и половом размножении делает ее неподвластной храповику Мёллера: вредные варианты могут появляться, но они не будут распространяться по генофонду, потому что их носители не смогут размножаться. Это не единственный аргумент против «заката мужчин». Y-хромосома также обладает уникальной системой восстановления мутаций. Когда в 2003 году была окончательно секвенирована последовательность Y-хромосомы, оказалось, что Y претерпела значительно меньше генетического увядания, чем ожидалось через 300 миллионов лет в соответствии с храповиком Мёллера. Было показано, что большие участки Y содержат палиндромы. Как «а роза упала на лапу Азора», они читаются в любом направлении одинаково. Такие палиндромные фразы достигают длины в 3 миллиона пар оснований.
Их существование неслучайно: они защищают геном Y-хромосомы и позволяют исправлять ошибки. При репликации генов Y происходит процесс, носящий название конверсии генов. Для исправления ошибок новые копии проверяются относительно зеркального отражения, содержащегося в палиндроме. Вместо рекомбинации с парной хромосомой Y-хромосома рекомбинирует сама с собой. Стив Джонс из Университетского колледжа Лондона заметил: «Ее спасение лежит в очень мужской привычке заниматься сексом с самим собой».
Мужчины могут существовать благодаря одинокой и выродившейся хромосоме, но слухи о ее смерти — и всех мужчин — сильно преувеличены.
Наследственное бесплодие
Почти в половине современных процедур экстракорпорального оплодотворения используется метод внутрицитоплазматической инъекции сперматозоида (И КС И), в ходе которого сперматозоид напрямую вводят в яйцеклетку для ее оплодотворения. ИКСИ совершил революцию в лечении мужского бесплодия, поскольку он позволяет мужчинам, чьи сперматозоиды слишком слабы, чтобы доплыть до яйцеклетки и войти в нее, стать отцами. Можно помочь даже мужчинам, которые совсем не эякулируют сперматозоиды: неподвижные сперматозоиды без хвостов можно хирургическим путем выделить из яичек и ввести в яйцеклетку для создания эмбриона.
ИКСИ, однако, обладает одним недостатком. Если такие мужчины бесплодны из-за мутаций или делеций в Y-хромосоме, то введение их спермы, скорее всего, приведет к тому, что их бесплодие передастся мужскому потомству. Мало кто считает, что это делает метод неэтичным: бесплодные сыновья впоследствии сами смогут использовать ИКСИ. Но это яркий пример того, как наука добилась чего-то, что невозможно в природе, — наследования бесплодия.
Слепушонка
Другой способ борьбы мужского пола против разрушающих Y-хромосому сил был продемонстрирован небольшим грызуном, обитающим в кавказских горах, — слепушонкой. Самцы этого вида совсем потеряли Y-хромосому, но все равно остаются самцами.
Хотя У и ее важный груз — ген SRY — были слепушонками утеряны, у них эволюционировала наскоро сколоченная альтернатива. Функция определения пола была передана другой хромосоме, которая запускает процессы маскулинизации, за которые обычно отвечает SRY. Брайан Сайкс предположил, что данный процесс можно повторить посредством генетической инженерии и создать «хромосому Адониса», передающую мужественность без слабостей У. Однако такая хромосома, как и У, со временем тоже начнет увядать.