Як вірус робить з дівчинки хлопчика

Історія однієї науково-популярної качки, народженої спільними зусиллями журналістів-популяризаторів з різних країн

А історія ця почалася приблизно десять років тому. Ні, насправді вона почалася приблизно мільярд років тому, так буде точніше. І щоб не заплутати Новомосковсктеля ще більше, ми будемо розповідати її по частинах. На цей раз без поспіху.

Глава перша. Мільярди років тому

Дуже-дуже давно на наших предків напали паразити. Як виглядали тоді наші предки, сказати важко, але майже напевно вони були одноклітинними. А паразити, схоже, виглядали точь-в-точь як нинішні віруси. Наприклад, деякі з них вже оволоділи хитрістю, яку в наші дні демонструють вірус герпесу або куди більш неприємний вірус імунодефіциту людини (ВІЛ): вони убудовувалися в геном клітини (нагадую, нашого предка!) І таїлися в ньому як завгодно довго, подвоюючи разом з хромосомами. А потім як вискочать!

Але деякі так і не вискочили. По-перше, самі прагматичні віруси в якийсь момент зрозуміли, що влаштовувати весь цей балаган з епідеміями немає необхідності: можна так само весело жити, просто залишаючись вбудованим в хромосому і розмножуючись разом з господарем. Ну хіба що іноді стрибати з місця на місце. Таким напоумити вірусам вже не потрібні всякі білки, з яких буде будуватися вірусна частка: досить простий машинки, яка буде робити копії ДНК і вставляти їх потім в інші місця. Згодом вони стали настільки несхожі на віруси, що їх і назвали по-іншому: транспозони.

По-друге, наш предок теж був не такий уже простий - про що ми знаємо хоча б тому, що його нащадки дожили до сьогоднішнього дня, і в їх числі ми з вами. Він досить швидко навчився мати справу з вірусом, навіть якщо той був вбудований в хромосому і замаскований під звичайний ген. Наш предок придумав, що треба злегка зіпсувати вірусну ДНК. Найпростіший і історично перевірений спосіб - навісити на неї хімічні мітки, метил. Тоді зіпсовані метилом вірусні гени вже не зможуть працювати: то є не тільки зрілі частки вірусу будуть утворюватися, але навіть тупо стрибати з місця на місце вже не вийде.

Такі віруси (і транспозони) залишилися жити в наших хромосомах назавжди. За мільярд років їх побільшало досить: кажуть, 40% нашого геному - це залишки вірусів і транспозони на різних стадіях розкладання. Але ні-ні, та й прискаче звідки-небудь новий транспозон. І тоді організму знову треба контролювати його поведінку, прівешівая на нього молекулярні мітки, щоб не занадто проявляв активність і не заважав клітинам нормально жити.

Поступово виробився баланс між інтересами транспозона і господаря: господар контролює транспозон (в тому числі за допомогою метилювання), знижуючи його активність, але час від часу транспозон все ж відтягується і перестрибує на інше місце. Якщо не зловживати такими стрибками, господареві це не зашкодить, але ж губити свого єдиного господаря зовсім не в транспозони інтересах. Була користь і для господаря: транспозони, стрибаючи з місця на місце, забезпечували мобільність всього генома - незайва річ, якщо тобі треба якось еволюціонувати.

Отже, в результаті через мільярд років наш геном виявився битком набитий транспозонами. І не тільки наш: і у мишок, і у зайчиків, і у рибок, і у мушок-дрозофіл їх повним-повнісінько. Один з них називається LINE1. З якихось причин їх особливо багато на статевих хромосомах. Тобто на хромосомах Х і Y - тих, що визначають стать дитини.

Глава друга: сотні мільйонів років тому

Тоді сталося ось що: у наших предків склався механізм визначення статі у зародка. Як саме склався - це інше питання; можливо, почалося все так, як ми тут розповідали в одній замітці про пташок. Але в підсумку ситуація така: все хромосоми парні, а одна - не зовсім. У дівчаток вона як і раніше парна, називається Х, саме вони і присутні у всіх яйцеклітинах. А у хлопчика одна Х - велика, жирна, зовсім нормальна хромосома з генами і всіма причандаллям. А інша Y - маленька, майже без генів. Хлопчачі сперматозоїди несуть або Х, або Y, і якщо до яйцеклітини добереться Y, там її вже буде чекати X, і народиться хлопчик. А якщо добереться Х, то вийде два Х, і народиться дівчинка.

Але у дівчинки проблема: генів, які сидять на Х-хромосомі, буде рівно в два рази більше, ніж у хлопчика. Це погано, неакуратно. Тому одну з дівчачих Х-хромосом треба якось прибрати з очей геть, позбавити сили. А позбавляти сили непотрібні гени наш предок вже давно вмів: він же на той час вже довго-довго інактивована транспозони.

Англійська генетик Мері Лайон (Mary F. Lyon). прожила на Землі 90 років і залишила цей світ два роки тому, припустила - і не без підстав - ось що. Ми, еукаріоти, чудово вміємо нейтралізовувати шматки хромосоми, де один за іншим, як повторювані ланки ланцюга, покладені тіла колись активних вірусів або транспозони. Цілком логічно, що коли у наших предків виникла вся ця кухня з двома різними статевими хромосомами, і одну з них треба було якось заглушити, вони просто використовували давно випробуваний метод. Благо що ця сама Х-хромосома і так в значній частині складається з вищезгаданих LINE1, покладених один за іншим. Розумієте, це з точки зору розумних сучасних біологів LINE1 - чужак і прибулець. А з точки зору нашого дурного, але досвідченого предка все було якраз навпаки: транспозони були давнім і звичним аксесуаром, а ось тільки що виниклу проблему з різними хромосомами у хлопчиків і дівчаток треба було вирішувати з нуля. Ну і скористався наш предок тим, що було: просто трішки підрегулював машину, яка вже відмінно себе зарекомендувала при вирішенні інших завдань. Є повторюється низка транспозони - а ми їх повернемо в компактний клубок, щоб їх стрибучі гени не заважали нам жити. Є зайва хромосома - ну так ми і її звернемо тим же манером, благо на ній цих транспозони - як грибів за лазнею.

Ось що виходить: на базі вірусів, які колись були паразитами, наші предки зробили дуже потрібну в повсякденному житті штуку - якщо вже позбутися їх у них свого часу не вийшло.

Глава третя: десять років тому

Тут ми на час розлучимося з нашими друзями-транспозонами, і звернемося до зовсім іншої області біології. Є у різних організмів такий білок, фермент AlkB: він вміє, наприклад, видаляти метильную мітку з однією з букв ДНК, - а саме, з букви А, з аденіну. Є він у бактерій, де буква А і правда нерідко буває позначена метилом. Але є він і у мишей, і у нас з вами. Якось завжди вважалося, що у нас метилом буває мечена тільки буква Ц. Навіщо ж тоді потрібна спеціальна машинка, яка видаляє мітку саме з літери А?

Щоб зрозуміти це, десять років тому норвезькі дослідники вивели мишей, у яких не було цієї машинки AlkB (втім, у мишей ця штука називається Alkbh1). А шість років назадрассказалі про результати. Миші без машинки були дуже дивні: на вигляд хворі, потворні, не дуже плодовиті. Кістки черепа у них виростали неправильно, часто вони народжувалися одноокими. А головне - в потомстві переважали хлопчики. Тобто якщо у тата-миші не було машинки для деметилирования літери А - нащадки такого тата були в основному хлопчиками (до 80%) і виглядали препаршіво. А якщо машинки не було у мами, то з співвідношенням хлопчиків-дівчаток все було ОК, хоча мишенята теж були так собі. Інтригуючий результат - особливо якщо згадати, що деметильованих букву А ніби як взагалі нема чого, оскільки, за тодішніми даними, вона у ссавців ніколи і не буває метилірованої.

Але якісь припущення висловити можна. Раз у тата-мутанта народжуються в основному хлопчики - це значить, що татові спермии дуже рідко несуть нормальну татову Х-хромосому. А раз так, значить, ця сама машинка Alkbh1 потрібна для того, щоб якось підготувати татову Х-хромосому до урочистого моменту запліднення. Іншими словами, коли у тата-мутанта зріє сперма, з Х-хромосомою не відбувається якийсь важливий обряд, в якому, мабуть, мала б брати участь ця сама машинка-деметілазу.