新南威爾士大學(xué)悉尼分校的研究人員通過(guò)對(duì)鴨嘴獸和雞獨(dú)特而多樣的性染色體系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)了雄性和雌性在生物過(guò)程中的根本差異。
今天發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》(PNAS)上的研究結(jié)果，在遺傳學(xué)領(lǐng)域是一個(gè)驚喜。這些發(fā)現(xiàn)將有助于更好地理解性染色體是如何進(jìn)化的，我們的身體是如何運(yùn)作的——它們可能會(huì)導(dǎo)致生物學(xué)上的新發(fā)現(xiàn)。
“哺乳動(dòng)物，比如人類，雌性有兩條X染色體，雄性有一條X染色體和一條Y染色體，這造成了兩性之間的不平衡，”新南威爾士大學(xué)生物技術(shù)和生物分子科學(xué)學(xué)院的首席作者尼古拉斯·利斯特博士說(shuō)。
“這種不平衡通過(guò)一種叫做性染色體劑量補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程得到糾正。”
科學(xué)家們?cè)缇椭?，?dòng)物有辦法平衡性別染色體差異，實(shí)現(xiàn)“正常”功能。
李斯特博士說(shuō):“在雌性哺乳動(dòng)物中，比如人類和老鼠，XX雌性和XY雄性的X染色體數(shù)量不同。為了平衡這種差異，女性的一條X染色體通常是沉默的。
“沉默女性的一條X染色體使性染色體上的基因產(chǎn)物相等。
“這可以防止雌性從X染色體中產(chǎn)生比雄性多一倍的蛋白質(zhì)。”
平衡天平
我們體內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞都使用蛋白質(zhì)來(lái)執(zhí)行特定的功能。
“它們是由信使RNA翻譯而來(lái)的，信使RNA攜帶著細(xì)胞制造蛋白質(zhì)的指令，”該研究的負(fù)責(zé)人、同樣來(lái)自新南威爾士大學(xué)生物技術(shù)和生物分子科學(xué)學(xué)院的副教授保羅·沃特斯說(shuō)。
“男性或女性會(huì)影響X染色體基因的mRNA水平，我們預(yù)計(jì)這會(huì)影響蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。”
沃特斯說(shuō)，這項(xiàng)研究首次證明，即使在mRNA水平不平衡的情況下，兩性之間也存在蛋白質(zhì)平衡。
他說(shuō):“研究結(jié)果表明，在性染色體分化的物種中，劑量補(bǔ)償是確保蛋白質(zhì)水平平衡的關(guān)鍵過(guò)程。”
“這些結(jié)果很重要，因?yàn)樗鼈儽砻餍匀旧w的劑量補(bǔ)償畢竟是必不可少的——對(duì)所有脊椎動(dòng)物物種都是如此，而不僅僅是胎盤(pán)和有袋類哺乳動(dòng)物。”
為什么是鴨嘴獸和雞?
這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是鴨嘴獸和雞，這兩個(gè)物種的性染色體系統(tǒng)截然不同，為研究劑量補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)化和機(jī)制提供了有價(jià)值的見(jiàn)解。
“鴨嘴獸是單目哺乳動(dòng)物，具有有趣的性染色體系統(tǒng)，”李斯特博士說(shuō)。
“雌性有5對(duì)X染色體，雄性有5對(duì)X染色體和5對(duì)y染色體。
“鳥(niǎo)類——比如雞——有一個(gè)ZW系統(tǒng)，雄性有兩個(gè)Z染色體，雌性有一個(gè)Z和一個(gè)W染色體。”
科學(xué)家們已經(jīng)在胎盤(pán)類和有袋類哺乳動(dòng)物中觀察到雄性和雌性之間近乎完美的性染色體劑量補(bǔ)償。
“然而，在鳥(niǎo)類和單孔目動(dòng)物中，兩性之間的mRNA存在不平衡，”他說(shuō)。
“這是我們認(rèn)為不可能的事情。我們首次證明，這種不平衡在蛋白質(zhì)水平上得到了糾正。這意味著鴨嘴獸和雞有一種新的劑量補(bǔ)償機(jī)制，這與我們?nèi)祟惖淖龇ú煌?rdquo;
我們的基因真的在控制嗎?
來(lái)自拉特羅布大學(xué)環(huán)境與遺傳學(xué)系的合著者珍妮·格雷夫斯教授早在1986年就證明了人類X染色體上不活躍的基因不會(huì)被復(fù)制成RNA。
RNA水平的沉默隨后成為所有表觀遺傳沉默的范例。
格雷夫斯教授說(shuō):“由于基因無(wú)法產(chǎn)生RNA，所以劑量補(bǔ)償?shù)目刂票徽J(rèn)為只在RNA水平上，而不是在制造蛋白質(zhì)的水平上。”
“但是鴨嘴獸和雞的性染色體基因的mRNA水平是不平衡的，”她說(shuō)。
“因此，科學(xué)家們質(zhì)疑劑量補(bǔ)償對(duì)生命至關(guān)重要的假設(shè)。”
沃特斯說(shuō)，由于技術(shù)上的挑戰(zhàn)，測(cè)量蛋白質(zhì)水平比測(cè)量mRNA水平要棘手得多。
“現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)更加敏感，我們可以看到雄性和雌性之間性染色體的劑量補(bǔ)償在鴨嘴獸和雞的蛋白質(zhì)水平上被觀察到。”沃特斯說(shuō)。“這些物種的雄性和雌性產(chǎn)生的蛋白質(zhì)數(shù)量相似，盡管mRNA的數(shù)量存在差異。”
如何應(yīng)用這些知識(shí)?
作者強(qiáng)調(diào)遺傳調(diào)控的復(fù)雜性和考慮基因表達(dá)中多個(gè)水平控制的重要性。
來(lái)自新南威爾士大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院的合著者Shafagh Waters博士說(shuō)，這項(xiàng)研究為更深入地理解基因調(diào)控鋪平了道路。
她說(shuō):“研究像鴨嘴獸這樣的獨(dú)特物種，為我們提供了對(duì)細(xì)胞和分子機(jī)制的新見(jiàn)解，這些機(jī)制可以調(diào)節(jié)人類生理的各個(gè)方面，或者與疾病狀態(tài)有關(guān)。”
“因此，雖然這些過(guò)程可能不直接適用于人類劑量補(bǔ)償，但它們闡明了我們的身體如何管理基因表達(dá)和蛋白質(zhì)生產(chǎn)。我們的發(fā)現(xiàn)有可能推進(jìn)進(jìn)化生物學(xué)的知識(shí)，并導(dǎo)致醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)的創(chuàng)新療法。了解不同物種之間的這些機(jī)制可以幫助確定蛋白質(zhì)功能障礙是關(guān)鍵的疾病的新靶點(diǎn)。”
Lister博士說(shuō)，未來(lái)的研究將會(huì)檢查劑量補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制。
“這項(xiàng)工作將幫助我們發(fā)現(xiàn)自然界中的其他劑量補(bǔ)償系統(tǒng)，”他說(shuō)。“我們可以找出這些是如何進(jìn)化的，以及它們?nèi)绾卧谄渌锓N中起作用。了解其他物種的這些過(guò)程可以從根本上加強(qiáng)我們對(duì)基因調(diào)控的掌握。”
（文章來(lái)源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-7/20240730235547175.htm） | 
