Часть 3. T-гаплотип у мышей. Открытие и значение. Открытие комплекса гистосовместимости у мышей. Распределение и «программирование» сперматозоидов. Как происходит избавление от конкурентов. Инверсии генов и как с ними работать? Устойчивость резистентного гена и его функция. Наложение природой табу на одинаковые гены. Аромат любви или запах решает многое.
T-гаплотип у мышей. Открытие и значение.
Надежда Алексеевна Добровольская-Завадская – это одна из первых женщин-хирургов, которая разработала свой специальный сосудистый шов. Также она открыла мутацию: укорочение хвоста у мышей в гетерозиготном состоянии, а в гомозиготном состоянии их гибель. Отвечающий за это ген был назван «Т» от слова «tail». Дальше стали изучать эту мутацию: начали гибридов Т скрещивать с разными видами диких мышей.
В итоге получилось так, что при скрещивании с дикими мышами получались новые гетерозиготы, и у них не было хвоста вообще. Такие бесхвостые гибриды передавали по мужской линии бесхвостость практически в 100% случаев, то есть те сперматозоиды, которые не имели этого гена, они никуда не попадали. Таким образом, была открыта модель для получения Т-гаплотипа, который не имеет никакого отношения к хвостатости, но в сочетании с мутантной линией образует гетерозиготы, гибнущие всегда внутриутробно.
Если они были гомозиготами по линии хвостатого гена, тогда получалась линия гетерозигот, которая имела вариант гена хвостатости в гетерозиготном виде. Если брать дикую популяцию мышей, смотреть, что там будет происходить, то этот гаплотип не проявится фенотипически. Но получается так, что это ген, наличие которого внутри организма мышей примерно от 1-3% всех мышей на протяжении трёх миллионов лет имеет скрытый вид, и оплодотворение яйцеклеток самки будет осуществляться только сперматозоидами имеющими в себе этот ген.
Надежда Алексеевна увидела, что этот репродуктивный процесс идёт абсолютно ненормальным образом, но понять она этого тогда не могла, потому что возможности генетики не позволяли это сделать. Однако, уже в 31 году образцы этих мышей были отправлены в Америку, где было продолжено углублённое изучение этого генотипа и гаплотипа.
Открытие комплекса гистосовместимости у мышей
Вначале думали, что это какой-то конкретный ген, но оказалось, что это гигантский комплекс генов, который занимает 1/3 17-ой гигантской хромосомы мыши, показывающей главный комплекс гистосовместимости ( 17 хромосома мыши в чём-то напоминает 6 хромосому у человека)
Появилась она три миллиона лет назад у мышей, занимает 1,2% генома, то есть это больше 1/3 17 хромосомы. В ней находится три инверсии, в которой находятся драйверы, сдвигающие соотношение сперматозоидов, также находится резистентный ген, устойчивый к собственным драйверам. Есть гены, которые убивают те сперматозоиды, которые не имеют этого гена. Есть резистентный ген, ген нечувствительности, который защищает собственные сперматозоиды от агрессии, осуществляющейся в противоположном направлении.
Распределение и «программирование» сперматозоидов
Если у самца на одной из двух 17-х хромосомах есть гаплотип, то тогда 50 сперматозоидов будут иметь этот гаплотип и будут способны к оплодотворению, а 50 не будут. Весь этот комплекс передается целиком, например, есть самец и у него есть Т-гаплотип, он передаёт его всему своему потомству: самкам и самцам. Самка, которая получит этот Т-гаплотип передаст его пополам по обычному менделевскому распределению. Если образуются все гомозиготы, если самка и самец встретятся гаплотипом и образуется гомозигота- они все погибнут. Таким образом, это передается как огромный неделимый блок с сотнями сцепленных генов, который существует уже три миллиона лет внутри эволюционного процесса, а симбионт и эгоизм обеспечивают успешное распространение и лишают сцепленный ген преимуществ при рекомбинации, они могут только ухудшаться за счёт наращивания мутации. Т-гаплотип обнаруживается у всех 4-х подвидов мышей, то есть на каком-то этапе он давал этим мышам эволюционный преимущества, а может быть сумел распространиться за счёт своего эгоизма по всем четырём подвидам мышей.
Как происходит избавление от конкурентов
Ключевой элемент – это TCR- белок, который синтезируется и делает не чувствительным к действию драйверов. Интересно, что этот белок синтезируется гаплоидным ядром спермацита на одном из последних этапах сперматогенеза. То есть на завершающем этапе миоза все четыре спермацита, которые идут из одного сперматогония связаны цитоплазматическими мостиками и получается, что носители Т-гаплотипов синтезируют белок, который тут же быстро встраивается в мембрану головки сперматозоида и предупреждает эту головку от преждевременной дестабилизации. Во все остальные сперматозоиды, которые не несут этого гаплотипа, будет послан сигнал, который дестабилизирует их мембрану и эти сперматозоиды вступят в макросомальную реакцию раньше времени, потеряют свою подвижность и не смогут оплодотворить яйцеклетку.
Инверсии генов и как с ними работать?
T-гаплотип рассматривается как модель, наличие которой возможно и у других видов. Наличие двух составляющих киллерного гена и гена резистентности должны присутствовать на одной хромосоме как можно ближе к центромере. Они должны быть в связке, иначе не получится. Скорее всего, данная система существует и у человека, она называется двухлокусной моделью, и такая сцепленность может стабилизироваться возникновением инверсии. У мышей, как только образовался эгоистичный элемент, он начал дополняться и возникла одна инверсия, а потом две, три, четыре, вернее три инверсии возникло, и чтобы избежать такой агрессии эгоистичного гена, основной геном взял и сделал инверсию самого себя.
С инверсией сейчас может столкнуться любой врач, что же с ней делать? Важнейшей функцией эукариот является недопущение возникновения киллерных систем. До какого-то этапа инвертированный участок может хорошо распространяться в популяции, но внутри этого участка, когда к нему будут подцепляться всё больше и больше генов, будет возникать большее количество мутаций, которые никуда не будут уходить и будут оставаться в этом комплексе. Это происходит, потому что он передаётся как единое целое, и для того чтобы избежать накопления мутации происходят рекомбинации: куски генов уходят на другую хромосому - «out crossing», сброс мутационного материала и получение хороших материалов для себя. Это поддерживает наличие таких эгоистичных генов на протяжении многих миллионов лет. При включении инверсии в ауткроссинг возникает новый вариант инверсии, который похож на изначальную инверсию, но немного отличается, поэтому изучение инверсий как стабильных комплексов, которые передаются из поколения в поколение и фланкированных разными генами, которые передаются с ними в одном комплексе, является одним из важных и перспективных направлений по выявлению эгоистичных элементов внутри генома.
Устойчивость резистентного гена и его функция
Нужно смотреть, какие гены входят в состав инверсии, сколько генов туда входит и какие гены фланкируются, как эти гены передаются. Интересно, что может возникнуть резистентный ген, который будет находиться на парной хромосоме, и который будет не чувствителен к действию киллера. Тогда значение киллера исчезает, он не может реализовывать свою активность, и будет передаваться как обычный аллель и может даже исчезать из популяции. А вот резистентные аллели, функцию которых мы можем даже не понимать, будут говорить о том, что когда-то данный вид прошёл через действие генов-киллеров, которые он элиминировал из себя. Но наличие таких резистентных элементов, которые гомологичные резистентным элементам других систем, будет говорить об истории репродуктивной системы, которая иногда может быть значима, чтобы понимать, почему у человека или у других видов живых существ репродуктивный процесс построен так, а не иначе.
Наложение природой табу на одинаковые гены
T-гаплотип можно узнать по сугубо специфическим гаплотипам гистосовмести-мости мыши, это как отпечаток пальцев. То есть эти варианты генов характерны только для гаплотипов и их всего несколько видов, поэтому это является очень важным чтобы избегать гомозиготных мутаций внутри мышиной популяции.
Представьте, самочка скрытого носителя Т-аллеля никогда не подпустит к себе самца, скрытого обладателя Т-аллеля. Она не увидит его, она по запаху почувствует, что это контакт, с которым должно быть наложено табу, и она это табу накладывает.
Главный комплекс гистосовместимости, который оказался включенным в этот аллель оказался эволюционно стабилизирующим фактором, который несмотря на все сложности популяций, продолжает существовать на протяжении тысячелетий. Он пытается распространяться, захватывать новые и новые поселения мышиных популяций, а геном сопротивляется, и не даёт им распространяться. Тем не менее, он никуда не уходит, и частично из-за того, что самочка никогда не станет спариваться с самцом одного Т-гаплотипа.
Наличие этого генного комплекса хорошо влияет на поведенческие особенности мышей, то есть если поселить мышиную колонию на замкнутую территорию, они увеличивают популяцию и возникает конкуренция. Они начинают делить территорию: самцы, которые несут Т-гаплотип будут вести себя агрессивнее, но никогда не выиграют схватку самцам, у которых его нет.
Аромат любви или запах решает многое
Когда мы изучаем те ситуации, в которых молодая женщина становится перед выбором, ей дают разные задачи, например дают портреты мужчин и просят выбрать, кто больше понравится. Здесь видно две противоположные реакции. В большей части исследований ей нравятся мужчины, которые не совпадают с ней по тканевой совместимости, но в части исследований вдруг выявляются совпадения.
В другой работе, где давали понюхать майки ребят девчонкам в колледже и просили сказать, какие запахи привлекают больше. Здесь запахи работают, потому что достаточно хорошо работает распознавание «свой-чужой», нравится запах тех людей, которые не совпадают по генам тканевой совместимости.
Часть 1.Как «влюбляются» гены. Отличие человека, определяющее выбор партнёра. Роль естественного отбора в процессе влюбленности.
