Взгляд на мозг находящейся под угрозой исчезновения колючей крысы у побережья Японии, проведенный ученым из Центра наук о жизни Бонда Университета Миссури (MU) Шерил Розенфельд, может пролить свет на тонкие генетические влияния, которые стимулируют клетки млекопитающего развиваться как мужские, а не женщина при отсутствии Y-хромосомы.
Корень ответа находится в хромосомах этого конкретного млекопитающего. Самцы колючей крысы Амами (Tokudaia osimensis) не похожи на большинство терианских млекопитающих - название, используемое для обозначения живорожденных животных, включая плацентарных млекопитающих и сумчатых. В отличие от большинства млекопитающих, у этих самцов нет Y-хромосомы, которая была утеряна за эоны эволюции. И у них только одна Х-хромосома.
«Я интересовалась этими крысами уже много лет, и неясно, как происходит половая дифференциация гонад и мозга у этого вида, поскольку и самцы, и самки имеют одну Х-хромосому», - сказала Шерил Розенфельд. ведущий автор исследования и исследователь MU.
Поскольку большинство млекопитающих наследуют хромосомы от обоих родителей - X от нашей матери и либо X, либо Y хромосому от нашего отца - единственный способ развиться как мужчина - это унаследовать Y хромосому. Эта мужская хромосома содержит ген определяющей пол области Y (SRY), который стимулирует мужскую половую дифференциацию у многих видов млекопитающих, включая человека. SRY заставляет плод становиться мужчиной, производя белок, который связывает ДНК, что приводит к развитию яичек и последующему производству тестостерона. Затем этот стероидный гормон стимулирует развитие остальной части мужского репродуктивного тракта. Этот всплеск тестостерона в яичках также программирует маскулинизацию мозга.
Естественно, Розенфельд заинтересовался тем, как отсутствие Y-хромосомы и SRY может повлиять на различия в экспрессии генов у самцов и самок колючих крыс Amami. В сотрудничестве с Асато Куроива из Университета Хоккайдо Такамити Джогахара из Научно-исследовательского центра Frontier в Японии и Скоттом Гиваном, заместителем директора Центра исследований информатики MU, ее лаборатория получила образцы мозга как самцов, так и самок этого вида.
Они взяли эти мозги, выделили из них РНК и секвенировали образцы самцов и самок, чтобы сравнить транскрипты между двумя полами. Транскрипты - это шаг между геном и белком, по сути, фрагмент РНК, который кодирует информацию для создания определенного белка. Незначительные изменения в полученной РНК могут изменить конечный белок, порождая альтернативные формы, которые могут проявлять повышенную или пониженную активность. Исследователи обнаружили серьезные различия между мужчинами и женщинами.
«Несколько различных транскриптов или изоформ кодируют один и тот же ген, и хотя может быть, например, 10 транскриптов для определенного гена, некоторые транскрипты более эффективны, чем другие, и имеют больший эффект в отдельных клетках», - сказал Розенфельд.. «Когда мы сравнивали самцов и самок, у самцов было на несколько сотен больше транскриптов, чем у самок. Мы считаем, что, поскольку у обоих одинаковые половые хромосомы, результирующие различия могут быть связаны с тем фактом, что у самцов может быть больше одной из более мощные расшифровки."
Экспрессионные различия в таких транскриптах также могут возникать из-за эпигенетических изменений, которые представляют собой изменения, влияющие на включение/выключение определенных участков ДНК, но не затрагивающие саму ДНК. Потенциально у самок эти более эффективные транскрипты не экспрессируются из-за таких эпигенетических изменений.
Когда группа, в которую входила студентка MU Мэдисон Ортега, участвующая в программе MU Initiative for Maximizing Student Diversity (IMSD), пригляделась поближе, они обнаружили, что многие транскрипты, экспрессируемые у мужчин, кодируют различные гены белков цинковых пальцев. У мужчин эти гены могут быть включены SRY, и считается, что они значительно влияют на половое развитие.
"Что, по нашему мнению, может происходить, так это то, что самцы могут включать все эти другие транскрипты цинковых пальцев, которые могут компенсировать отсутствие SRY, поэтому они влияют на недифференцированную гонаду, чтобы она стала яичками, и помогают программировать мозг, чтобы быть «Без этих транскриптов белков цинковых пальцев может возникнуть женская половая дифференциация гонад и головного мозга», - сказал Розенфельд. «Возможно, это скорее потенциальный градиент внутри этих грызунов, где вам нужно включить все эти другие транскрипты белков цинковых пальцев у самцов, чтобы стимулировать мужскую половую дифференциацию и компенсировать отсутствие SRY."
Ввиду возможного исчезновения колючих крыс Амами на горизонте, дальнейшее исследование имеет определенную степень срочности.
«Выяснение большего количества механизмов у этого исчезающего вида, я думаю, может помочь нам спасти этот вид или облегчить его разведение в неволе», - сказал Розенфельд..
Она надеется, что это исследование продолжится, и ее команда полностью секвенирует геном колючих крыс Amami, чтобы более внимательно изучить, что происходит и как это может привести к лучшему пониманию нюансов того, как животные без Y-хромосомы подвергается мужской половой дифференциации.
«Если вы выйдете за пределы млекопитающих, то увидите всевозможные половые хромосомы и исключения, такие как утконос, у которого пять наборов X и Y, и они не могут найти различий между самцами и самками», - сказал Розенфельд.. «Люди сосредоточены на половых хромосомах и гене SRY и забывают о других способствующих факторах. Понимание этих аномальных видов открывает идею о том, что механизмы, регулирующие гонадную и мозговую половую дифференциацию, довольно сложны и до конца не изучены».