Репарація ДНК, її біологічне значення

Мы не будем углубляться  в рассмотрение других ауто- сомных синдромов, каждый из которых также характеризуется комплексом определенных признаков. Отметим лишь, что не все исследованные до сего времени такие комплексы оказались связанными с относительно простыми случаями нерасхождения хромосом в их чистом виде. Иногда возникновение несбалансированных хромосомных комплексов носит более сложный характер, в других случаях оно не связано с изменениями числа хромосом. Их мы не касаемся вовсе. Однако существование тех и других важно подчеркнуть в том отношении, что опо оставляет свободу и место для поисков других причин развития

аномалий, связанных с  поведением хромосом в процессе клеточных  делений.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ТЕЛЕЦ БАРРА

В заключение краткого знакомства с исключительными половыми и  аутосомными типами у человека необходимо остановиться на относительной частоте  их возникновения и связанном  с ней вопросе о происхождении  телец Барра и их числе в  клетках рассматриваемых пациентов.

В настоящее время можно  считать установленным, что аберрантные  половые типы у человека, примерами  которых являются синдромы Тернера, Клайнфельтера и трисо- мии-Х, составляют гораздо более обширную группу по сравнению с аутосомными нарушениями типа синдрома Дауна. Причину этого явления, несомненно, следует усматривать в специфической роли половых хромосом и аутосом. По-видимому, отсутствие в клетках любой из 22 аутосом нарушает их жизнедеятельность настолько, что они становятся полностью нежизнеспособными и приводят организм к гибели еще до его появления на свет. Равным образом наличие в клетках одной, даже самой маленькой, избыточной аутосомы, например 21-й, приводит к развитию индивидов с синдромом Дауна. Это предположение хорошо согласуется с аналогичными данными для дрозофилы.

В самое последнее время  важные наблюдения были сделаны и  на человеческих зародышах. Оказалось, что процент плодов с несбалансированными наборами хромосом среди самопроизвольных абортов (выкидышей) в десять раз больше такового среди медицинских абортов. Не менее примечателен и тот факт, что среди самопроизвольных абортов плоды с нехваткой какой-либо одной хромосомы составляли пятую часть всех других хромосомных аберраций вместе взятых и что их развитие прекращалось раньше, чем развитие других абортированных зародышей.

Что касается несбалансированных хромосомных комплексов с избыточными аутосомами из группы наиболее крупных, то они вообще не известны, а все описанные аутосомные синдромы человека и в том числе синдром Дауна связаны с наличием избыточных аутосом из группы самых мелких.

Аналогичные отношения установлены  у мышей: избыточные аутосомы во всех описанных случаях относились к группе самых мелких, случаи же их нехваток также не известны.

С рассматриваемой точки  зрения половые хромосомы и аутосомы находятся в неодинаковых условиях. В отношении аутосом клетки представителей обоих полов уравнены: каждая аутосома представлена в них двойным, диплоидным числом и состоянием.

У самок млекопитающих  и у женщин имеются две, а у  самцов и у мужчин — только одна Х-хромосома. Следовательно, казалось бы, между женскими и мужскими клетками должна быть диспропорция в отношении суммарного результата биохимической активности Х-хромосом и их влияния на процессы развития и метаболизма. Между тем такой диспропорции не существует: наследственные признаки, зачатки которых находятся в Х-хромосоме, развиваются одинаково у самцов и самок, у мужчин и женщин.

Устранение этой диспропорции как раз и связывают с образованием телец Барра. Согласно общепринятой в настоящее время гипотезе, в женских клетках млекопитающих животных и человека функциональной является лишь одна Х-хромосома, другая же Х-хромосома переходит в неактивное состояние, образуя тельце Барра. Если в результате нерасхождения половых хромосом в гаметогенезе число Х-хромосом в клетках увеличивается до трех, четырех и даже до пяти, число телец Барра также увеличивается соответственно до двух, трех и четырех, т. е. на единицу меньше числа Х-хромосом (табл. 5).

Как было отмечено выше, в  овогониях перед их превращением в зрелые половые клетки тельца Барра не обнаружены.

Что касается У-хромосомы, то у человека она играет роль лишь в определении мужского пола. И поскольку одна У-хромосома выполняет ее столь же эффективно, как и две, то нет и необходимости перехода в неактивное состояние избыточной или избыточных У-хромосом. У дрозофилы роль У-хромосомы еще более ограничена. Кроме того, что она является партнером Х-хромосомы в процессе деления клетки, она определяет лишь плодовитость самца, вследствие чего самцы ХО у дрозофилы бесплодны. Наконец, у некоторых насекомых, например у клопов, У-хромосома вообще отсутствует и Х-хромосоме предоставлена неограниченная «свобода» выбора — оставаться ли в яйце или отходить в редукционное тельце.

Способность Х-хромосом переходить в неактивное состояние создает более благоприятные возможности выживания разнообразных комплексов, не сбалансированных по половым хромосомам. Это эволюционно выработавшееся приспособление делает возможным существование особей с одной и даже с двумя избыточными Х-хромосомами.

Однако некоторые органы и их функции оказываются восприимчивыми к п л рунIон и н> нормальных хромосомных комплексов. К их числу относятся умственные способности, расстройство которых имеет место у многих несбалансированных половых типов, а также развитие и функции половой системы в целом, свидетельством чего являются также видовыо гибриды. Несбалансированные хромосомные комплексы гибридов, хоти н оставляют возможность для их удовлетворительного развития и существования, приводят к полному бесплодию.

Вопрос о наличии телоц  Барра у бабочек и птиц не решен ввиду скудности и противоречивости имеющихся в настоящее время сведений. Одни исследователи находили сходные хроматиновые образования у представителей обо-

йх полов кур, уток и  попугайчиков, а такжё у женскйх  личинок шелкопряда, другим авторам  эти наблюдения подтвердить не удавалось. Очевидно, что ясность в этот вопрос внесут лишь дальнейшие исследования.

РОЛЬ ПОЛОВЫХ ХРОМОСОМ В ОПРЕДЕЛЕНИИ ПОЛА

У ЧЕЛОВЕКА

Итак, мы подошли к заключительному  этапу рассмотрения интересующей нас основной темы и теперь в состоянии ответить на вопрос, почему каждый из нас родился представителем именно данного, а не противоположного пола. Попутно мы познакомились с механизмом определения пола у многих представителей животного мира. Поэтому в заключение нам остается сделать некоторые сравнения и подвести итоги.

У высших раздельнополых организмов, т. е. размножающихся половым путем, существуют два типа определения пола, сущность которого сводится к отлйчию мужских и женских особей в одной паре хромосом и тем последствиям, которые возникают на этой основе в процессе гаметообразования и последующего оплодотворения. Эти хромосомы играют решающую роль в определении пола и потому называются половыми.

У представителей одной группы организмов, к которой относятся  бабочки и птицы, самцы обладают одинаковыми половыми хромосомами и образуют сперматозоиды одного типа (с Х-хромосомой). У самок половые хромосомы неодинаковы, и потому они продуцируют яйца двух типов — на самцов (с Х-хромосомой) и на самок (с У-хро- мосомой) — и тех и других поровну. Все эти особенности выражают кратко, говоря: у бабочек и птиц мужской пол гомогаметен, т. е. образует гаметы (сперматозоиды) одного типа, а женский пол — гетерогаметен, т. е. образует гаметы (яйца) двух типов. Этот тип определения пола впер

вые был открыт у бабочек; поэтому он носит название типа бабочек.

У организмов этой группы тол  зародыша определяется, в процессе созревания яиц, т. а еще до их оплодотворения, и зависит от того, будет ли зрелое яйцо содержать Х-хро- мосому (из такого яйца после, оплодотворения разовьется самец) или У-хромосому (тоща при том же условии разовьется самка). Тип определения пола, когда пол зародыша определяется в процессе созревания гамет, называется прогамным (по-русски — предшествующий оплодотворению) .

У организмов другой группы эти отношения прямо противоположны. У них представители женского пола обладают одинаковыми половыми хромосомами и потому продуцируют яйца одного типа с Х-хромосомой (гомо- гаметный пол); самцы же обладает неодинаковыми половыми хромосомами (гетерогаметцый пол) и продуцируют сперматозоиды двух типов — на самок (с Х-хромосомой) и на самцов (с У-хромосомой). У этих организмов пол зародыша определяется сингамно, т. е. в процессе оплодотворения, и зависит от того или другого сочетания X- и У-хромосом в оплодотворенном яйце: сперматозоиды с Х-хромосомой определяют пол женских зародышей, сперматозоиды с У-хромосомой — пол мужских зародышей. К группе организмов с мужской гетерогаметностью относятся дрозофила, млекопитающие животные, в том числе и чоловок. Этот тип определения пола впервые был открыт у дроаофилы; поэтому он и назван типом дрозофилы.

Мохпиилм определения  пола у дрозофилы и человека одинаков, если их сравнивать по способу возникновения нормальных особей мужского и женского пола. Однако исследование исключительных половых типов у этих объектов показало, что X- и У-хромосомы играют у них неодинаковую роль.

Оказалось, что в определении  пола дрозофилы У-хро- мосома це играет роли, и все известные у нее половые фор-

мы, или типы, укладываются в определенные значения полового индекса, выражающего отношение числа Х-хромо- сом к числу наборов аутосом. Половой индекс нормальных самок дрозофилы равен 1 (две Х-хромосомы и два набора аутосом), половой индекс самцов — 0,5 (одна Х-хромосо- ма и два набора аутосом). Любое уклонение полового индекса от этих значений нарушает нормальный баланс половых хромосом и аутосом и ведет к возникновению ненормальных половых типов — cвiepxсамок (половой индекс 1,5), сверхсамцов (половой индекс 0,33) и интерсек- сов( половой индекс 0,67 или 0,75) (см. соответствующие строки табл. 4).

У-хромосома человека в отличие от У-хромосомы дрозофилы играет активную роль в определении мужского пола. Вследствие этого все оплодотворенные яйца человека, в которых содержится хотя бы одна У-хромосома, развиваются в мужском направлении. Сюда прежде всего относятся нормальные мужчины (ХУ4-44), а также мужчины с синдромом Клайнфельтера (ХХУ+44, ХХУУ+44, ХХХУ+44).

Напротив, все оплодотворенные  яйца, в которых У-хромосома отсутствует, развиваются в Женском направлении. Сюда относятся нормальные женщины (XX+44), а также женщины с синдромом Тернера (ХО+44), женщины с синдромами три-, тетра- и пентаОомии-Х и т. д.

Таковы сходство и различие в той роли, какую играют X- и  У-хромосомы в определении пола у дрозофилы и человека.

Наконец, при помощи половых  хромосом автоматически регулируется численное равенство полов в природе и в человеческом обществе.

В заключение, чтобы не оставить у читателя впечатления, что в отношении определения пола и, в частности, особой роли в этом процессе У-хромосомы человек является уникальным творением природы, мы должны назвать тех ближайших его «соседей», у которых механизм опреде-

Таблица 6. Нормальные и некоюрые исключительные типы дрозофилы, человека, бабочек и птиц

* При наличии двух полных (диплоидных) наборов аугосом.

** У дрозофилы пол определяется  отношением числа Х-хромосом к  числу наборов аутосом (половой  индекс; в таблице его значения  приведены в скобках), У-хромосома определяет лишь плодовитость самцов, а в определения пола не играет роли.

*** У человека У-хромосома  играет роль в определении  мужского пола: а) наличие У-хромосомы  при двух или большем числе  Х-хромосомом приводит к развитию  исключительных мужских половых  типов (синдром Клайнфельте- ра); б) отсутствие У-хромосомы при наличии одной Х-хромосомы приводит к развитию исключительного женского типа (синдром Тернера).

**** у бабочек (шелкопряд)  У-х^омосома определяет женский пол: а) при наличии У-хромосомы всегда развиваются самки; б) в отсутствие У-хромосомы всегда развиваются самцы; в обоих случаях наличие избыточных Х-хромосом или наборов аутосом не играет роли в определении пола.