Оказывается, природа заложила в 50% человечества генетическую мину.
Учёные обнаружили тревожную закономерность — представители сильного пола с возрастом утрачивают Y-хромосому из клеток своего организма, и эта потеря связана с серьёзными заболеваниями по всему телу, сокращающими продолжительность жизни.
Y-хромосома представляет собой одну из двух половых хромосом человека, определяющую мужской пол. В отличие от других хромосом, содержащих тысячи генов, Y-хромосома несёт всего 51 ген, кодирующий белки. Большинство этих генетических элементов отвечают за формирование мужских половых признаков и производство сперматозоидов, поэтому долгое время считалось, что утрата данной хромосомы из обычных клеток тела не должна влиять на здоровье.
Новые методы обнаружения генов Y-хромосомы показали, что её исчезновение в тканях пожилых мужчин происходит гораздо чаще, чем предполагалось. Статистика впечатляет своей чёткой зависимостью от возраста — среди 60-летних представителей сильного пола утрату демонстрируют 40%, а среди 90-летних уже 57%.
На скорость исчезновения влияют не только годы, но и факторы окружающей среды. Курение и воздействие канцерогенных веществ значительно ускоряют процесс пропажи мужской хромосомы из клеток организма.
Y-хромосома особенно подвержена ошибкам во время деления клеток — она может отстать и оказаться в небольшом мембранном мешочке, который затем теряется. Логично предположить, что ткани с быстро делящимися клетками больше страдают от утраты данной хромосомы.
На первый взгляд, исчезновение этой маленькой хромосомы не должно создавать проблем. Y-хромосома представляет собой странное образование в человеческом геноме. По сравнению с тысячами генетических элементов на других хромосомах, её 51 ген кажется ничтожным вкладом. Она играет ключевую роль в определении пола и функции сперматозоидов, но больше, казалось бы, ничего важного не делает.
В лабораторных условиях Y-хромосома исчезает из клеток особенно часто. Это единственная хромосома, утрата которой не убивает клетку. Такая особенность намекает, что функции, кодируемые генами данной хромосомы, не нужны для роста и нормального функционирования большинства клеток.
Эволюционная история также не внушает особого уважения к Y-хромосоме. У некоторых видов сумчатых самцы избавляются от неё ещё на раннем этапе развития. У млекопитающих данная хромосома деградирует уже 150 миллионов лет и у некоторых грызунов полностью исчезла, заменившись другими механизмами определения пола.
Поэтому утрата Y-хромосомы в тканях тела на склоне лет не должна была бы стать драмой. Однако накапливающиеся научные данные показывают обратное — исчезновение этого элемента оказывает серьёзное влияние на здоровье.
Несмотря на кажущуюся бесполезность для большинства клеток организма, доказательства связи утраты Y-хромосомы с тяжёлыми заболеваниями множатся. Среди них сердечно-сосудистые и нейродегенеративные болезни , а также онкологические патологии.
Частота исчезновения Y-хромосомы в клетках почек связана с почечными заболеваниями. Несколько исследований установили связь между утратой данной хромосомы и сердечными болезнями. Например, масштабное немецкое исследование показало, что мужчины старше 60 лет с высокой частотой потери имеют повышенный риск инфарктов.
Исчезновение Y-хромосомы также связано со смертностью от COVID-19, что может объяснить половые различия в летальности от этой инфекции. У пациентов с болезнью Альцгеймера обнаружена в 10 раз более высокая частота утраты данного элемента.
Множество исследований задокументировали связь исчезновения Y-хромосомы с различными видами рака у мужчин. Она также ассоциируется с худшими прогнозами для онкологических больных. В самих раковых клетках утрата данной хромосомы встречается часто наряду с другими хромосомными аномалиями.
Разобраться в причинах связи между исчезновением Y-хромосомы и проблемами со здоровьем — сложная задача. Возможно, медицинские проблемы вызывают утрату данного элемента, или третий фактор влияет на оба процесса одновременно. Даже сильные статистические связи не могут доказать причинность. Корреляция с болезнями почек или сердца может быть результатом быстрого деления клеток во время восстановления органов.
Связи с онкологией могут отражать генетическую предрасположенность к нестабильности генома . Исследования показывают, что частота утраты Y-хромосомы примерно на треть определяется генетически и включает 150 выявленных генов, в основном связанных с регуляцией клеточного цикла и восприимчивостью к раку. Однако одно исследование на мышах указывает на прямое воздействие. Учёные пересадили клетки крови, лишённые Y-хромосомы, облучённым мышам. У животных затем появились возрастные патологии, включая ухудшение работы сердца и последующую сердечную недостаточность.
Аналогично исчезновение Y-хромосомы из раковых клеток, похоже, напрямую влияет на рост и злокачественность, возможно, способствуя развитию меланомы глаза, которая чаще встречается у мужчин.
Клинические эффекты утраты Y-хромосомы говорят о том, что она выполняет важные функции в клетках тела. Но учитывая малое количество генов, как это возможно?
Ген SRY, определяющий мужской пол, активен по всему организму. Но единственный приписываемый ему эффект в мозге — участие в развитии болезни Паркинсона. Четыре гена, необходимых для производства сперматозоидов, активны только в яичках. Среди остальных 46 генов Y-хромосомы несколько широко экспрессируются и выполняют важные функции в активности и регуляции генетических элементов. Некоторые из них известны как подавители опухолей.
У всех этих генов есть копии на X-хромосоме, поэтому и мужчины, и женщины имеют по две версии каждого. Возможно, отсутствие второй копии в клетках без Y-хромосомы вызывает некую дисрегуляцию.
Помимо элементов, кодирующих белки, Y-хромосома содержит много некодирующих генов. Они транскрибируются в молекулы РНК, но никогда не переводятся в белки. По крайней мере некоторые из этих некодирующих элементов контролируют функции других генов.
Это может объяснить, почему Y-хромосома способна влиять на активность генов многих других хромосом. Утрата данного элемента влияет на экспрессию некоторых генов в клетках, производящих кровяные тельца, а также других генетических компонентов, регулирующих иммунную функцию. Она также может косвенно влиять на дифференцировку типов клеток крови и работу сердца.
ДНК человеческой Y-хромосомы была полностью секвенирована всего пару лет назад — так что со временем учёные смогут выяснить, как именно конкретные гены вызывают негативные эффекты для здоровья. И тогда мужчины будут спасены.
