Les chromosomes sont les principaux éléments structurels du noyau cellulaire, qui sont porteurs de gènes dans lesquels sont codées les informations héréditaires. Ayant la capacité de se reproduire, les chromosomes assurent un lien génétique entre les générations.
La morphologie des chromosomes est liée au degré de leur spiralisation. Par exemple, si au stade de l'interphase (voir Mitose, Méiose), les chromosomes sont dépliés au maximum, c'est-à-dire déspiralisés, alors avec le début de la division, les chromosomes se spiralent et se raccourcissent intensément. La spiralisation et le raccourcissement maximum des chromosomes sont obtenus au stade métaphase, lorsque se forment des structures relativement courtes et denses, intensément colorées avec des colorants basiques. Cette étape est la plus pratique pour étudier les caractéristiques morphologiques des chromosomes.
Le chromosome métaphasique se compose de deux sous-unités longitudinales - les chromatides [révèlent des fils élémentaires dans la structure des chromosomes (les soi-disant chromonèmes ou chromofibrilles) d'une épaisseur de 200 Å, dont chacun est constitué de deux sous-unités].
Les tailles des chromosomes végétaux et animaux varient considérablement : de fractions de micron à des dizaines de microns. Les longueurs moyennes des chromosomes métaphasiques humains varient de 1,5 à 10 microns.
La base chimique de la structure des chromosomes est constituée de nucléoprotéines - des complexes (voir) avec les principales protéines - les histones et les protamines.
Riz. 1. La structure d'un chromosome normal.
A - apparence ; B - structure interne : 1-constriction primaire ; 2 - constriction secondaire ; 3 - satellite ; 4 - centromère.
Les chromosomes individuels (Fig. 1) se distinguent par la localisation de la constriction primaire, c'est-à-dire l'emplacement du centromère (pendant la mitose et la méiose, des fils de fuseau sont attachés à cet endroit, le tirant vers le pôle). Lorsqu’un centromère est perdu, les fragments de chromosomes perdent leur capacité à se séparer lors de la division. La constriction primaire divise les chromosomes en 2 bras. Selon l'emplacement de la constriction primaire, les chromosomes sont divisés en métacentriques (les deux bras sont de longueur égale ou presque égale), sous-métacentriques (bras de longueur inégale) et acrocentriques (le centromère est décalé vers l'extrémité du chromosome). En plus de la constriction primaire, des constrictions secondaires moins prononcées peuvent être trouvées dans les chromosomes. Une petite section terminale de chromosomes, séparée par un étranglement secondaire, est appelée satellite.
Chaque type d'organisme est caractérisé par son propre ensemble de chromosomes spécifique (en termes de nombre, de taille et de forme des chromosomes). La totalité d’un ensemble double, ou diploïde, de chromosomes est désignée sous le nom de caryotype.
Riz. 2. Ensemble chromosomique normal d'une femme (deux chromosomes X dans le coin inférieur droit).
Riz. 3. L'ensemble chromosomique normal d'un homme (dans le coin inférieur droit - chromosomes X et Y en séquence).
Les œufs matures contiennent un ensemble unique ou haploïde de chromosomes (n), qui constitue la moitié de l'ensemble diploïde (2n) inhérent aux chromosomes de toutes les autres cellules du corps. Dans l’ensemble diploïde, chaque chromosome est représenté par une paire d’homologues dont l’un est d’origine maternelle et l’autre d’origine paternelle. Dans la plupart des cas, les chromosomes de chaque paire sont identiques en taille, forme et composition génétique. L'exception concerne les chromosomes sexuels, dont la présence détermine le développement du corps dans le sens masculin ou féminin. L'ensemble normal de chromosomes humains se compose de 22 paires d'autosomes et d'une paire de chromosomes sexuels. Chez l'homme et les autres mammifères, la femelle est déterminée par la présence de deux chromosomes X, et le mâle par un chromosome X et un chromosome Y (Fig. 2 et 3). Dans les cellules femelles, l'un des chromosomes X est génétiquement inactif et se retrouve dans le noyau interphase sous la forme (voir). L'étude des chromosomes humains en bonne santé et en maladie fait l'objet de la cytogénétique médicale. Il a été établi que des écarts dans le nombre ou la structure des chromosomes par rapport à la norme se produisent dans les organes reproducteurs ! cellules ou aux premiers stades de fragmentation d'un ovule fécondé, provoquent des perturbations dans le développement normal de l'organisme, provoquant dans certains cas la survenue d'avortements spontanés, de mortinaissances, de malformations congénitales et d'anomalies du développement après la naissance (maladies chromosomiques). Des exemples de maladies chromosomiques comprennent la maladie de Down (un chromosome G supplémentaire), le syndrome de Klinefelter (un chromosome X supplémentaire chez l'homme) et (l'absence d'un chromosome Y ou d'un des chromosomes X dans le caryotype). Dans la pratique médicale, l'analyse chromosomique est réalisée soit directement (sur les cellules de la moelle osseuse), soit après une culture de courte durée de cellules hors de l'organisme (sang périphérique, peau, tissu embryonnaire).
Les chromosomes (du grec chroma - couleur et soma - corps) sont des éléments structurels filiformes et auto-reproducteurs du noyau cellulaire, contenant des facteurs d'hérédité - gènes - dans un ordre linéaire. Les chromosomes sont clairement visibles dans le noyau lors de la division des cellules somatiques (mitose) et lors de la division (maturation) des cellules germinales - méiose (Fig. 1). Dans les deux cas, les chromosomes sont intensément colorés avec des colorants basiques et sont également visibles sur les préparations cytologiques non colorées en contraste de phase. Dans le noyau interphase, les chromosomes sont déspiralisés et ne sont pas visibles au microscope optique, car leurs dimensions transversales dépassent les limites de résolution du microscope optique. À ce stade, des sections individuelles de chromosomes sous forme de minces fils d'un diamètre de 100 à 500 Å peuvent être distinguées à l'aide d'un microscope électronique. Des sections individuelles non déspiralisées de chromosomes dans le noyau interphase sont visibles au microscope optique sous forme de zones intensément colorées (hétéropycnotiques) (chromocentres).
Les chromosomes existent en permanence dans le noyau cellulaire, subissant un cycle de spiralisation réversible : mitose-interphase-mitose. Les schémas de base de la structure et du comportement des chromosomes lors de la mitose, de la méiose et pendant la fécondation sont les mêmes dans tous les organismes.
Théorie chromosomique de l'hérédité. Les chromosomes ont été décrits pour la première fois par I. D. Chistyakov en 1874 et E. Strasburger en 1879. En 1901, E. V. Wilson et en 1902, W. S. Sutton ont attiré l'attention sur le parallélisme dans le comportement des chromosomes et des facteurs mendéliens de l'hérédité - les gènes - dans la méiose et pendant fécondation et est arrivé à la conclusion que les gènes sont situés dans les chromosomes. En 1915-1920 Morgan (T.N. Morgan) et ses collaborateurs ont prouvé cette position, localisé plusieurs centaines de gènes dans les chromosomes de la drosophile et créé des cartes génétiques des chromosomes. Les données sur les chromosomes obtenues dans le premier quart du XXe siècle constituent la base de la théorie chromosomique de l'hérédité, selon laquelle la continuité des caractéristiques des cellules et des organismes dans plusieurs de leurs générations est assurée par la continuité de leurs chromosomes.
Composition chimique et autoreproduction des chromosomes. À la suite d'études cytochimiques et biochimiques des chromosomes dans les années 30 et 50 du 20e siècle, il a été établi qu'ils sont constitués de composants constants [ADN (voir Acides nucléiques), protéines basiques (histones ou protamines), protéines non histones] et des composants variables (ARN et protéine acide qui lui sont associés). La base des chromosomes est constituée de fils désoxyribonucléoprotéiques d'un diamètre d'environ 200 Å (Fig. 2), qui peuvent être reliés en faisceaux d'un diamètre de 500 Å.
La découverte par Watson et Crick (J. D. Watson, F. N. Crick) en 1953 de la structure de la molécule d'ADN, du mécanisme de son autoreproduction (reduplication) et du code nucléique de l'ADN et le développement de la génétique moléculaire qui a suivi ont conduit à la idée des gènes en tant que sections de la molécule d'ADN. (voir Génétique). Les modèles d'autoreproduction des chromosomes ont été révélés [Taylor (J. N. Taylor) et al., 1957], qui se sont révélés similaires aux modèles d'autoreproduction des molécules d'ADN (reduplication semi-conservatrice).
Ensemble de chromosomes- la totalité de tous les chromosomes d'une cellule. Chaque espèce biologique possède un ensemble caractéristique et constant de chromosomes, fixés dans l'évolution de cette espèce. Il existe deux principaux types d'ensembles de chromosomes : simples ou haploïdes (dans les cellules germinales animales), notés n, et doubles, ou diploïdes (dans les cellules somatiques, contenant des paires de chromosomes homologues similaires provenant de la mère et du père), notés 2n. .
Les ensembles de chromosomes d'espèces biologiques individuelles varient considérablement en termes de nombre de chromosomes : de 2 (vers ronds du cheval) à des centaines et des milliers (certaines plantes à spores et protozoaires). Le nombre de chromosomes diploïdes de certains organismes est le suivant : humains - 46, gorilles - 48, chats - 60, rats - 42, mouches des fruits - 8.
La taille des chromosomes varie également selon les espèces. La longueur des chromosomes (en métaphase de mitose) varie de 0,2 microns chez certaines espèces à 50 microns chez d'autres, et le diamètre de 0,2 à 3 microns.
La morphologie des chromosomes s'exprime bien dans la métaphase de la mitose. Ce sont les chromosomes en métaphase qui sont utilisés pour identifier les chromosomes. Dans de tels chromosomes, les deux chromatides sont clairement visibles, dans lesquelles chaque chromosome et le centromère (kinétochore, constriction primaire) reliant les chromatides sont divisés longitudinalement (Fig. 3). Le centromère est visible comme une zone rétrécie qui ne contient pas de chromatine (voir) ; les fils du fuseau d'achromatine y sont attachés, grâce à quoi le centromère détermine le mouvement des chromosomes vers les pôles lors de la mitose et de la méiose (Fig. 4).
La perte d'un centromère, par exemple lorsqu'un chromosome est brisé par un rayonnement ionisant ou d'autres mutagènes, entraîne la perte de la capacité du morceau de chromosome dépourvu du centromère (fragment acentrique) à participer à la mitose et à la méiose et à sa perte du centromère. noyau. Cela peut causer de graves dommages aux cellules.
Le centromère divise le corps chromosomique en deux bras. L'emplacement du centromère est strictement constant pour chaque chromosome et détermine trois types de chromosomes : 1) les chromosomes acrocentriques, ou en forme de bâtonnet, avec un bras long et un deuxième bras très court, ressemblant à une tête ; 2) chromosomes submétacentriques avec des bras longs de longueur inégale ; 3) chromosomes métacentriques avec des bras de même ou presque de même longueur (Fig. 3, 4, 5 et 7).
Riz. 4. Schéma de la structure des chromosomes en métaphase de la mitose après division longitudinale du centromère : A et A1 - chromatides sœurs ; 1 - longue épaule ; 2 - épaule courte ; 3 - constriction secondaire ; 4- centromère ; 5 - fibres de fuseau.
Les traits caractéristiques de la morphologie de certains chromosomes sont des constrictions secondaires (qui n'ont pas la fonction de centromère), ainsi que des satellites - de petites sections de chromosomes reliées au reste de son corps par un fil fin (Fig. 5). Les filaments satellites ont la capacité de former des nucléoles. La structure caractéristique du chromosome (chromomères) est constituée de sections épaissies ou plus étroitement enroulées du fil chromosomique (chromonèmes). Le motif chromomère est spécifique à chaque paire de chromosomes.
Riz. 5. Schéma de la morphologie des chromosomes en anaphase de la mitose (chromatide s'étendant jusqu'au pôle). A - apparence du chromosome ; B - structure interne d'un même chromosome avec ses deux chromonèmes constitutifs (hémichromatides) : 1 - constriction primaire avec les chromomères constituant le centromère ; 2 - constriction secondaire ; 3 - satellite ; 4 - fil satellite.
Le nombre de chromosomes, leur taille et leur forme au stade métaphase sont caractéristiques de chaque type d'organisme. La combinaison de ces caractéristiques d’un ensemble de chromosomes est appelée caryotype. Un caryotype peut être représenté dans un diagramme appelé idiogramme (voir les chromosomes humains ci-dessous).
Chromosomes sexuels. Les gènes qui déterminent le sexe sont localisés dans une paire spéciale de chromosomes : les chromosomes sexuels (mammifères, humains) ; dans d'autres cas, la LIO est déterminée par le rapport entre le nombre de chromosomes sexuels et tous les autres, appelés autosomes (drosophile). Chez l'homme, comme chez les autres mammifères, le sexe féminin est déterminé par deux chromosomes identiques, appelés chromosomes X, le sexe masculin est déterminé par une paire de chromosomes hétéromorphes : X et Y. À la suite d'une division de réduction (méiose) au cours de la maturation des ovocytes (voir Oogenèse) chez la femme, tous les ovules contiennent un chromosome X. Chez l'homme, suite à la division de réduction (maturation) des spermatocytes, la moitié du sperme contient un chromosome X et l'autre moitié un chromosome Y. Le sexe d'un enfant est déterminé par la fécondation accidentelle d'un ovule par un spermatozoïde porteur d'un chromosome X ou Y. Le résultat est un embryon femelle (XX) ou mâle (XY). Dans le noyau interphase de la femme, l’un des chromosomes X est visible sous la forme d’un amas de chromatine sexuelle compacte.
Fonctionnement chromosomique et métabolisme nucléaire. L'ADN chromosomique est le modèle pour la synthèse de molécules spécifiques d'ARN messager. Cette synthèse se produit lorsqu'une région donnée du chromosome est déspirée. Des exemples d'activation locale des chromosomes sont : la formation de boucles chromosomiques déspiralisées dans les ovocytes d'oiseaux, d'amphibiens, de poissons (appelées brosses à lampe X) et les gonflements (bouffées) de certains locus chromosomiques dans les chromosomes multibrins (polytènes) de les glandes salivaires et autres organes sécrétoires des insectes diptères (Fig. 6). Un exemple d'inactivation d'un chromosome entier, c'est-à-dire son exclusion du métabolisme d'une cellule donnée, est la formation de l'un des chromosomes X d'un corps compact de chromatine sexuelle.
Riz. 6. Chromosomes polytènes de l'insecte diptère Acriscotopus lucidus : A et B - zone limitée par des lignes pointillées, en état de fonctionnement intensif (bouffée) ; B - la même zone dans un état non fonctionnel. Les nombres indiquent des locus chromosomiques individuels (chromomères).
Riz. 7. Chromosome obtenu dans une culture de leucocytes du sang périphérique mâles (2n=46).
Révéler les mécanismes de fonctionnement des chromosomes polytènes de type lampbrush et d'autres types de spiralisation et de déspiralisation des chromosomes est crucial pour comprendre l'activation différentielle réversible des gènes.
Chromosomes humains. En 1922, T. S. Painter établit le nombre diploïde des chromosomes humains (dans les spermatogonies) à 48. En 1956, Tio et Levan (N. J. Tjio, A. Levan) utilisent un ensemble de nouvelles méthodes pour étudier les chromosomes humains : culture cellulaire ; étude des chromosomes sans coupes histologiques sur préparations de cellules entières ; la colchicine, qui conduit à l'arrêt des mitoses au stade métaphase et à l'accumulation de telles métaphases ; la phytohémagglutinine, qui stimule l'entrée des cellules en mitose ; traitement des cellules métaphasiques avec une solution saline hypotonique. Tout cela a permis de clarifier le nombre diploïde de chromosomes chez l'homme (il s'est avéré être 46) et de fournir une description du caryotype humain. En 1960, à Denver (États-Unis), une commission internationale a élaboré une nomenclature des chromosomes humains. Selon les propositions de la commission, le terme « caryotype » devrait être appliqué à l'ensemble systématique des chromosomes d'une seule cellule (Fig. 7 et 8). Le terme « idiotrame » est retenu pour représenter l'ensemble des chromosomes sous la forme d'un diagramme construit à partir de mesures et de descriptions de la morphologie chromosomique de plusieurs cellules.
Les chromosomes humains sont numérotés (un peu en série) de 1 à 22 en fonction des caractéristiques morphologiques qui permettent leur identification. Les chromosomes sexuels n'ont pas de numéro et sont désignés par X et Y (Fig. 8).
Un lien a été découvert entre un certain nombre de maladies et d'anomalies congénitales du développement humain avec des modifications du nombre et de la structure de ses chromosomes. (voir Hérédité).
Voir aussi Études cytogénétiques.
Toutes ces réalisations ont créé une base solide pour le développement de la cytogénétique humaine.
Riz. 1. Chromosomes : A - au stade anaphase de la mitose dans les microsporocytes du trèfle ; B - au stade métaphase de la première division méiotique dans les cellules mères polliniques de Tradescantia. Dans les deux cas, la structure spirale des chromosomes est visible.
Riz. 2. Fils chromosomiques élémentaires d'un diamètre de 100 Å (ADN + histone) issus des noyaux interphases du thymus du veau (microscopie électronique) : A - fils isolés des noyaux ; B - coupe mince à travers le film de la même préparation.
Riz. 3. Ensemble chromosomique de Vicia faba (féverole) au stade métaphase.
Riz. 8. Les chromosomes sont les mêmes que sur la Fig. 7, ensembles, systématisés selon la nomenclature de Denver en paires d'homologues (caryotype).
Comme vous le savez, les cellules mâles contiennent une paire de chromosomes sexuels : un chromosome X femelle et un chromosome Y mâle. Cependant, si le chromosome Y est véritablement masculin, alors le chromosome X est assez courant : après tout, les représentants des deux sexes l'ont, mais chez les hommes qui le reçoivent de leur mère, il n'est qu'en un seul exemplaire. Le chromosome X contient de nombreux gènes nécessaires à la vie de tout organisme, quel que soit son sexe. Il contient également des gènes dont les mutations conduisent à des maladies graves telles que l’hémophilie, la dystrophie musculaire de Duchenne et le daltonisme. Ces maladies liées à l’X touchent majoritairement les hommes car ils ne possèdent qu’un seul chromosome X.
Chez la femme, le gène défectueux est compensé par un gène sain sur le chromosome X apparié, mais chez l'homme, il n'y a rien pour le compenser. Par conséquent, les hommes souffrent le plus souvent d'hémophilie ou de daltonisme, bien qu'ils reçoivent ces maladies de leur mère.
Il s’avère que ce chromosome sexuel féminin possède une région à la fonction tout à fait inattendue : elle porte des gènes spécialisés pour la production de spermatozoïdes.
Parallèlement à la découverte de la fonction inconnue du chromosome X, les scientifiques en ont découvert une autre propriété. Jusqu’à présent, on pensait que contrairement au chromosome Y, le chromosome X était stable. Aujourd’hui, les biologistes ont découvert qu’il avait subi des changements évolutifs assez rapides. Pris ensemble, ces résultats nous obligent à reconsidérer sa signification biologique et médicale.
Le chromosome X était considéré comme très bien étudié, notamment parce qu'il est associé aux maladies énumérées ci-dessus. Cependant, lorsque les scientifiques ont commencé à analyser soigneusement la séquence nucléotidique du chromosome X, ils ont découvert des détails qui avaient jusque-là échappé à toute attention. Laboratoire du professeur David Page, où la découverte a eu lieu, était connue pour ses travaux dans le domaine de l'étude du chromosome Y. Ils ont donc adopté un autre chromosome sexuel, se fixant pour tâche de comparer sa séquence nucléotidique chez l'homme et la souris. Le but de ces travaux était de tester l'opinion bien établie parmi les experts selon laquelle le chromosome X est conservateur et donc pratiquement le même chez tous les mammifères.
Pour effectuer une comparaison précise, l'équipe a reséquencé le chromosome X humain en utilisant la méthode originale de Page, développée en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Washington à Saint-Louis. Ils ont amélioré la précision du séquençage, ce qui leur a permis de combler les lacunes existantes dans la séquence nucléotidique. En outre, les chercheurs ont découvert ce qu'on appelle des palindromes, des régions dans lesquelles la séquence nucléotidique se répète à l'envers, comme dans un miroir. L’approche standard a ignoré ces domaines. Les biologistes ont rendu publique la structure raffinée du chromosome X pour qu’elle puisse être utilisée par la communauté scientifique.
Après avoir effectué une comparaison, les scientifiques ont découvert que les chromosomes X des humains et des souris partagent environ 95 % de leurs gènes, et que presque tous ces gènes sont exprimés dans les deux sexes. Parallèlement, ils ont découvert 340 gènes qui distinguent les humains des souris. Apparemment, ils se sont formés au cours des 80 millions d’années qui se sont écoulées depuis l’ancêtre commun des souris et des humains.
L'analyse de leur expression a révélé que ces gènes sont actifs presque exclusivement dans les cellules testiculaires, où ils participent à la production de spermatozoïdes.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre leur fonctionnement.
"Ce groupe de gènes est extrêmement important pour la génétique médicale", explique Jakob Müller, premier auteur de l'article. - Puisqu'ils sont situés sur le chromosome X, ils ne sont pas hérités Les lois de Mendel. Maintenant que nous avons trouvé leur emplacement, nous pouvons commencer à analyser leur signification biologique. »
Les scientifiques pensent que ces gènes jouent probablement un rôle important dans les maladies associées à la reproduction masculine, à l'infertilité et éventuellement au cancer des testicules.
"Le chromosome X était considéré comme le chromosome le plus étudié du génome humain", a déclaré David Page. "Mais son côté jusqu'ici inconnu est qu'il évolue rapidement et semble être impliqué dans la fonction reproductrice masculine." Nos résultats ont démontré le double rôle du chromosome X. C'est un nouveau livre qui reste à écrire."
- Dites-moi, professeur ! Vous avez dit que dans 5 millions d’années, le Soleil atteindrait une taille telle qu’il engloutirait la Terre. C'est vrai?
- Non. Cela n’arrivera que dans 5 milliards d’années.
- UN! Eh bien, Dieu merci !
Aujourd’hui, la nouvelle circule dans la presse que bientôt « le monde se retrouvera sans hommes", Quoi " le chromosome Y mâle - et avec lui toute la race masculine - est en danger d'extinction", Quoi " les hommes disparaîtront comme des dinosaures», « disparaîtra de la surface de la Terre», « disparaîtra en tant qu'espèce" Peut-on croire ces sensations ? Qu'est-ce que le chromosome Y et à quoi sert-il ? Que lui arrive-t-il réellement ? Y a-t-il vraiment une menace pour la population masculine ? C’est de cela que parle cet article.
Le matériel héréditaire humain est organisé en 22 paires de chromosomes non sexuels (autosomes) et deux chromosomes sexuels. Nous recevons la moitié de nos chromosomes de notre père, l'autre moitié de notre mère. Les femmes ont deux chromosomes X et les hommes un chromosome X et un chromosome Y. En fait, la situation est un peu plus complexe. Environ un homme sur cinq cents possède deux chromosomes X et un Y (XXY), et un sur mille possède un X et deux Y (XYY). Une femme sur mille a trois X (XXX).
Avoir plus de deux chromosomes sexuels n’est pas mortel, mais peut entraîner des troubles du développement. Chez les hommes XYY, les troubles sont peu prononcés : il y a une légère détérioration du développement mental, une croissance accrue, mais la fertilité (la capacité de laisser une progéniture) est préservée. Les hommes XXY sont généralement stériles, ils ont moins de testostérone, une hormone sexuelle masculine, et leurs organes génitaux sont moins développés. Les femmes XXX sont généralement fertiles, avec dans certains cas des retards de développement. Une modification du nombre de copies des autosomes est beaucoup plus dangereuse : trois copies du 21e chromosome sont à l'origine du développement du syndrome de Down, le triplement de l'un des chromosomes restants est incompatible avec la vie.
Il s'avère que le sexe des personnes est déterminé par la présence ou l'absence du chromosome Y : si le chromosome Y est présent, le résultat est un homme, s'il n'est pas présent, le résultat est une femme. Ce système de détermination du sexe n’est pas le seul possible dans le monde animal. Par exemple, chez la drosophile, la mouche des fruits, le sexe est déterminé par le nombre de chromosomes X et ne dépend pas de la présence d’un chromosome Y. Chez les oiseaux, contrairement aux humains, deux chromosomes sexuels identiques sont observés chez les mâles et chez les femelles, les chromosomes sexuels sont différents. L'ornithorynque (un mammifère ovipare unique doté d'un bec) possède jusqu'à 10 chromosomes sexuels, qui sont liés en chaînes de cinq : il y a des femelles XXXXXXXXXXX et des mâles XYXYXYXYXY. De plus, une partie de la chaîne des chromosomes sexuels de l'ornithorynque est similaire aux chromosomes sexuels des oiseaux et l'autre est similaire aux chromosomes sexuels d'autres mammifères.
Dans de très rares cas, chez les humains, les rongeurs et certaines autres espèces de mammifères, on peut trouver un mâle sans chromosome Y, ainsi qu'une femelle avec un chromosome Y. Il a été démontré que pour déterminer le sexe, ce n’est pas la totalité du chromosome Y, mais seulement une petite partie, un seul gène, qui est nécessaire. Le gène SRY, situé sur le chromosome Y, est responsable du développement des testicules. Si ce gène « saute » vers un autre chromosome, le résultat peut être un mâle XX. Si une mutation supprime le gène SRY sur le chromosome Y, une femelle XY peut être produite.
En 1991, la revue scientifique Nature a publié les travaux du biologiste moléculaire Peter Koopman, qui a réussi à insérer le gène SRY du chromosome Y de souris dans des embryons de souris dotés de deux chromosomes X. Ces souris transgéniques semblaient être des mâles. Cela a confirmé que la principale différence génétique entre les hommes et les femmes réside dans un seul gène.
Mais comment un gène peut-il avoir un effet aussi profond sur le développement humain ? Il s'est avéré que le gène SRY peut activer d'autres gènes responsables du développement des caractéristiques sexuelles masculines. Chez la femelle, ces gènes sont désactivés, mais l’apparition du gène SRY peut conduire à leur inclusion. En d’autres termes, le génome de chaque femme contient presque toutes les instructions nécessaires au développement d’un homme, mais ces instructions sont conservées sous clé. Le gène SRY est la clé de ce verrou.
Bien que les travaux de Koopman aient montré qu'un seul gène suffisait pour produire XX souris présentant toutes les caractéristiques externes des mâles, les mâles résultants étaient stériles. Cela signifie qu’un seul gène ne suffit toujours pas au plein développement d’un mâle. Néanmoins, de nombreux scientifiques sont enclins à croire que le nombre de gènes importants pour le développement des hommes à part entière sur le chromosome Y est faible.
Des preuves récentes suggèrent que le chromosome Y est devenu le chromosome sexuel il y a environ 150 millions d'années. À cette époque, les chromosomes X et Y étaient très similaires, tout comme les chromosomes non sexuels modernes. Depuis lors, la taille du chromosome Y a régulièrement diminué et a perdu environ 97 % de ses gènes. Devenu un chromosome sexuel, il a commencé à accumuler des gènes bénéfiques pour les hommes mais nocifs pour les femmes, et s'est progressivement débarrassé de tout le reste.
De plus, le chromosome Y mute presque 5 fois plus vite que les autres chromosomes. On pense que cela est dû au fait que l'apparition des cellules germinales mâles est précédée d'un grand nombre de divisions. Le fait est qu'à chaque division cellulaire, il est nécessaire de copier des chromosomes afin que chaque nouvelle cellule reçoive un ensemble complet de matériel génétique. Mais le système de copie de l’ADN n’est pas idéal : à chaque copie, des erreurs, des fautes de frappe particulières et des mutations se produisent. Le chromosome Y subit un grand nombre de copies à chaque génération car il est hérité uniquement des cellules germinales mâles, ce qui signifie qu'il accumule davantage d'erreurs de copie. Les autosomes sont hérités des hommes et des femmes, ce qui signifie que dans la moitié des générations, ils sont hérités par les cellules germinales féminines. En conséquence, ils subissent en moyenne moins de divisions par génération et accumulent moins de mutations.
Si vous calculez grossièrement la vitesse à laquelle les gènes disparaissent du chromosome Y et le nombre de gènes qui y restent, vous pouvez imaginer que le chromosome Y perdra tous ses gènes dans environ dix millions d'années. Il y a aujourd’hui un débat sur la question de savoir si le chromosome Y risque de disparaître complètement à l’avenir. Premièrement, les expériences de Koopman montrent que le chromosome Y n'est pas si nécessaire : si quelques gènes importants pour la détermination du sexe sautent du chromosome Y à l'autosome, nous obtiendrons un nouveau système de détermination du sexe. Dans un tel système, le chromosome Y peut être éliminé sans conséquences particulières. En effet, chez certaines espèces de rongeurs, le chromosome Y a été complètement perdu au cours de l’évolution, ce qui indique que le scénario ci-dessus est effectivement possible. Un autre point de vue est que rien n’arrivera au chromosome Y. Aujourd’hui, il a été démontré qu’il existe un certain nombre de mécanismes évolutifs qui préservent activement les gènes restant sur le chromosome Y. Il n’est pas nécessaire que le chromosome Y continue à perdre les gènes qui lui restent au même rythme qu’il les a perdus auparavant. Malgré la présence de points de vue différents, les scientifiques s'accordent sur le fait qu'une diminution de Y n'entraînera pas de conséquences catastrophiques pour l'humanité. Les hommes resteront.
Chaque homme possède ce qu’on appelle un « chromosome Y » dans son corps, ce qui fait d’un homme un homme. En règle générale, les chromosomes du noyau de toute cellule sont disposés par paires. Ainsi, pour le chromosome Y, il existe une paire correspondante : le chromosome X. Lors de la conception, le futur nouvel organisme hérite de ses parents toutes ses informations génétiques (la moitié des chromosomes d'un parent, l'autre moitié de l'autre). Il ne peut hériter du chromosome X que de sa mère. Du père - soit X, soit Y. Si deux chromosomes X sont collectés chez le fœtus, une fille naîtra. Si X et Y forment ensemble un garçon (il ne peut pas y avoir deux chromosomes Y dans un seul organisme). Pendant de nombreuses années, les généticiens ont cru que la nature n’attribuait aucune autre fonction utile au chromosome Y. Cependant, ils avaient tort.
D’ici l’hiver, les généticiens espèrent déchiffrer complètement le code génétique intégré au chromosome Y. Le décodage du chromosome Y fait partie du projet de déchiffrement du génome humain mené par un groupe international de généticiens. Les informations sur la carte génétique de ce chromosome sont extrêmement importantes, car elles contiennent les réponses aux questions sur les causes de l'infertilité masculine. Cependant, au cours de l’étude, il est devenu évident que le chromosome Y est loin d’être aussi simple qu’il y paraissait au premier abord.
Pendant près de cent ans, les généticiens ont cru que le minuscule chromosome (et le chromosome Y est en effet le plus petit du corps humain, sensiblement plus petit que sa paire, le chromosome X) n’était qu’un « bout ». Les premières hypothèses selon lesquelles l’ensemble des chromosomes des hommes diffèrent de celui des femmes ont été avancées dans les années 1920. Le chromosome Y a été le premier chromosome découvert au microscope. Mais il s’est avéré impossible de faire correspondre le chromosome Y avec une quelconque information génétique héréditaire ; pour le chromosome X, les technologies de recherche de l'époque (étude de plusieurs générations de familles pour identifier des traits héréditaires) étaient tout à fait adaptées.
Au milieu du XXe siècle, les généticiens soupçonnaient plusieurs gènes très spécifiques pouvant être contenus sur le chromosome Y. Cependant, en 1957, lors d’une réunion de l’American Society of Human Genetics, toutes ces théories furent détruites. Le chromosome Y a été officiellement reconnu comme « factice », ne contenant aucune information héréditaire importante. Le point de vue s'est établi selon lequel "oui, le chromosome Y porte une sorte de gène qui détermine le sexe d'une personne, mais aucune autre fonction ne lui est attribuée".
Et ce n’est que maintenant que les généticiens commencent à comprendre que le chromosome Y est quelque chose d’unique dans le monde des gènes. Il est extrêmement spécialisé : tous les gènes qu'il contient (et il y en avait environ deux douzaines) sont soit responsables de la production de spermatozoïdes par le corps masculin, soit responsables de processus « associés ». Et bien sûr, le gène le plus important sur ce chromosome est SRY, le même gène en présence duquel l'embryon humain se développe le long du chemin mâle.
Comme vous le savez, dans la grande majorité des pays, les hommes vivent nettement moins que les femmes. Divers rapports d'institutions médicales indiquent qu'une augmentation de la morbidité et de la mortalité est observée chez les hommes pour presque toutes les maladies connues, à l'exception de certaines infections gonococciques et de la coqueluche. D’ailleurs, selon les zoologistes, ce déséquilibre de santé entre mâles et femelles ne se limite pas à la population humaine. Ainsi, selon une étude récente à grande échelle, chez 62 des 70 espèces (89 %) soumises à une analyse comparative (nématodes, mollusques, crustacés, insectes, arachnides, oiseaux, reptiles, poissons et, bien sûr, mammifères) ont été étudiées. ), les mâles vivent moins que les femelles.
De tout ce qui a été dit, la conclusion s'impose : l'augmentation de la mortalité masculine est apparemment un phénomène universel dans la faune terrestre. Quelles sont les raisons d’une telle aversion pour Mère Nature de la part des producteurs masculins ? De nombreuses théories scientifiques ont déjà tenté de justifier ce phénomène biologique d’une manière ou d’une autre. Les explications possibles incluent la taille excessive des mâles et/ou leurs couleurs trop vives, ainsi qu'un risque accru de blessures - les mâles courent un plus grand risque car ils sont responsables de l'obtention de nourriture, de la protection du territoire, etc. ; Le facteur métabolique joue également un rôle.
Cependant, en grande partie grâce au développement rapide de la génétique au cours des dernières décennies, la soi-disant théorie du déséquilibre génétique est aujourd'hui au premier plan. Comme le pensent les partisans de cette théorie, la principale raison de la mortalité élevée des animaux mâles est leur constitution hétérogamétique, ou l'absence d'un deuxième chromosome X dans la constitution génétique du corps mâle (pour plus de détails, voir « XY et XX »). .
En d'autres termes, puisque dans l'ensemble des chromosomes des hommes, contrairement aux femmes, armées d'une paire de chromosomes X, il n'y a qu'un seul chromosome sexuel - X (le deuxième chromosome sexuel exclusivement masculin, Y, comme le montre de nombreuses études, sur de nombreuses des millions d'années d'évolution ont progressivement dégénéré, ne conservant dans sa composition, en fait, que la collection minimale de gènes nécessaire à la procréation), divers dommages ou mutations aléatoires de gènes dans ce chromosome X masculin sont beaucoup plus susceptibles de rester impunis et sont hérités par les hommes descendance sur la base du lien avec le sexe.
Quant au fameux chromosome mâle spécifique, les biologistes américains ont suggéré qu'il s'agissait apparemment d'une version hautement tronquée d'un autre chromosome sexuel décrit peu de temps auparavant, conventionnellement appelé X. Le chromosome mâle tronqué a reçu le préfixe de lettre Y, les individus mâles ont acquis la désignation alternative XY (puisque dans leurs cellules germinales une copie de chaque chromosome X et Y a été identifiée), tandis que les femelles, ayant un double jeu de chromosomes X, ont reçu l'abréviation XX.
Au cours des nombreuses décennies qui se sont écoulées depuis cette découverte importante, les généticiens n'ont pas réussi à reconstituer leurs maigres connaissances sur la structure interne et les caractéristiques des chromosomes, et ce n'est que vers la fin du siècle dernier qu'une recherche minutieuse d'informations a commencé à apporter des résultats notables. résultats. Le processus de séquençage (décodage grossier) des génomes de divers organismes vivants, mis en service, a permis aux scientifiques de faire en très peu de temps des progrès significatifs dans la compréhension des processus biologiques fondamentaux, dont le plus important, bien entendu, est le mécanisme de transmission des informations héréditaires.
La première version préliminaire du chromosome X sexuel humain, qui contenait cependant des trous importants, a été obtenue par des généticiens en 2001. Il y a deux ans, un groupe de spécialistes dirigé par l'Américain David Page du Massachusetts Institute of Technology a été le premier à décrire la séquence génétique complète du chromosome Y humain. Fin 2004, les scientifiques disposaient d'informations détaillées sur la structure des chromosomes « normaux » (non sexuels) 5, 6, 7, 9, 10, 13, 14, 19, 20, 21, 22 (tous les chromosomes non sexuels). sont appelés autosomes et ne diffèrent formellement que par le nombre.
Le 18 mars 2005, une équipe de scientifiques, dont le noyau comprenait des chercheurs du British Wellcome Trust Sanger Institute (Cambridge), a publié dans la revue Nature l'analyse la plus détaillée à ce jour du chromosome X, basée sur le décodage de 99,3 % de son code génétique total. Décomposer le plus grand chromosome du génome humain (sa taille totale est de 155 millions de paires de bases) en ses composants primaires est une tâche qui a nécessité les efforts herculéens de plusieurs milliers de scientifiques, ainsi que les ordinateurs et programmes d'application les plus puissants.
À en juger par cette publication, déjà déclarée sensationnelle par un certain nombre de médias mondiaux, la « théorie du déséquilibre » est en train de devenir généralement acceptée dans la science moderne. Sur les 1 098 gènes présents sur le chromosome X (soit environ 4 % du nombre total de tous les gènes humains), plus de trois cents sont directement ou indirectement liés à diverses maladies héréditaires, ce qui, à son tour, représente plus de 10 %. de tous les gènes connus de la science pour les maladies.
Comme l'a noté le chef du groupe de recherche du British Sanger Institute, le Dr Mark Ross, « les troubles génétiques du chromosome X se manifestent principalement chez les hommes, car ces derniers n'ont pas de copie « de rechange » (saine) de ce chromosome, tandis que chez les femmes, les conséquences négatives des mutations génétiques dans un chromosome X sont généralement compensées par l’activité compensatoire efficace du deuxième chromosome X. »
Jusqu’à présent, les généticiens ont pu identifier clairement 168 de ces « mauvais gènes » sur le chromosome X. Les exemples les plus typiques de maladies purement masculines, dont ces gènes sont responsables, sont l'hémophilie, la dystrophie de Duchenne, dans laquelle se produit une atrophie musculaire, le syndrome de Duncan (une maladie du système immunitaire), le syndrome d'Alport (maladie rénale), etc.
En outre, les mutations des gènes du chromosome X sont à l’origine de diverses formes de retard mental, auxquelles les hommes sont également plus sensibles. Ainsi, selon l'académicien de l'Académie russe des sciences médicales, directeur du Centre de recherche en génétique médicale Evgeniy Ginter, à ce jour, plus de trois douzaines de gènes ont déjà été identifiés sur le chromosome X, qui sont, à un degré ou à un autre, liés à cette maladie et, très probablement, la liste noire continuera de s'allonger.
Et enfin, une des découvertes les plus désagréables : environ 10 % des gènes du chromosome X appartiennent à une famille particulière, dont les membres sont soupçonnés d'être impliqués dans le cancer. Cependant, les informations dont dispose la médecine moderne sur ces gènes sont encore extrêmement rares, les scientifiques ne sont donc pas pressés de tirer des conclusions de grande envergure à ce sujet.
Parmi la quantité pas trop grande d'informations positives présentées par les auteurs du déchiffrement du chromosome X, la plus largement reproduite doit bien entendu être considérée comme les données mises à jour sur le fonctionnement du deuxième chromosome X dans le corps féminin. Les scientifiques ont longtemps été intrigués par le fait que les femmes possèdent deux chromosomes X contenant un double ensemble de gènes identiques, tandis que les hommes sont obligés de se contenter d'un rare chromosome Y, qui contient un ordre de grandeur en moins de gènes (depuis 2003, le chromosome Y chromosome Seuls 78 gènes ont été trouvés et 54 ont des correspondances fonctionnelles dans l'ensemble X). En d’autres termes, il s’avère que chaque femme possède en général 4 à 5 % de gènes de plus que n’importe quel homme.
Au début des années 60 du siècle dernier, la généticienne britannique Mary Lyon, qui a étudié les facteurs génétiques influençant la spécificité de la couleur du pelage chez les souris femelles, est arrivée à une conclusion très inattendue : dans chaque cellule du corps féminin, un seul chromosome X fonctionne, et le second est silencieux, étant pratiquement complètement inactivé. De plus, comme il s'est avéré plus tard, cet arrêt du deuxième chromosome X dans les cellules des individus femelles, déclenché chez presque tous les mammifères (y compris l'homo sapiens), se produit au cours du développement embryonnaire.
Les mécanismes génétiques spécifiques qui assurent la désactivation des chromosomes X de réserve dans les cellules femelles n'ont jusqu'à présent été étudiés que dans les termes les plus généraux. Ainsi, ce n’est qu’au milieu des années 90 que les généticiens ont établi que le principal contrôleur de ce processus était un gène Xist spécial situé sur le chromosome X lui-même. Ce gène produit de très grosses molécules d'ARN spécifique (également appelé XIST, uniquement en majuscules), agissant uniquement sur le chromosome X qui l'a produit. Se propageant le long du chromosome depuis le site de synthèse, les molécules XIST l'enveloppent comme un cocon et le privent ainsi de sa fonctionnalité.
Cependant, selon les dernières recherches des généticiens, confirmées entre autres par les auteurs de la publication dans Nature, en réalité, tout ce processus d'inactivation des deuxièmes chromosomes X dans les cellules féminines est loin d'être aussi parfait : de nombreux gènes du chromosome X apparemment inactif s'échappe d'une manière ou d'une autre de Xist et, comme si de rien n'était, continue à produire des protéines qui dupliquent la production de leurs homologues dans le chromosome X normal.
L'un des auteurs de l'article dans Nature, professeur à l'Université Duke (États-Unis) Huntington Willard, estime que « c'est peut-être précisément l'écart dans le niveau d'expression des gènes entre les sexes qui est à l'origine de leurs différences tant en termes de genre ( modèles sociaux de comportement des hommes et des femmes) et dans les mécanismes de base de la défense de l'organisme contre les maladies héréditaires.
La proportion de ces gènes « non commutés » dans les chromosomes X féminins de réserve, selon les experts de l'Institut Sanger, varie de 15 à 25 % (15 % est la limite inférieure ; de nombreuses femmes examinées avaient une activité génétique plus élevée). Encore une fois, les raisons et les mécanismes de cette discorde génétique dans le fonctionnement des chromosomes X féminins restent encore flous. Commentant un autre mystère de la nature, l'académicien Ginter s'est contenté de hausser les épaules avec perplexité : « Sur la base des résultats obtenus, nous pouvons dire qu'en général le niveau d'expression des gènes chez les femmes est plus élevé que chez les hommes, et cette dose varie également considérablement selon les différents les femmes, mais elles semblent vivre, elles sont les mêmes.
Un autre sujet important, sur lequel l'attention a été une fois de plus attirée par des études récentes sur la structure génétique du chromosome X, concerne les caractéristiques de l'évolution historique des chromosomes sexuels humains. Selon Evgeniy Ginter, c'est le bloc évolutif de la publication de mars qui intéresse le plus la grande science.
Selon la théorie la plus populaire aujourd'hui sur l'origine des sexes, initialement, c'est-à-dire à partir du moment de l'origine de la vie sur notre planète, et, très probablement, jusqu'au milieu de la période de domination des dinosaures (300 millions années avant JC), il n’existait fondamentalement aucun mécanisme génétique spécial pour la séparation des sexes sur Terre. Chez les mêmes reptiles (y compris les modernes), le sexe de la progéniture est déterminé uniquement par la température de l'environnement extérieur dans lequel mûrit l'œuf fécondé : à une température, une femelle éclot d'un œuf, à une autre - un mâle.
À un moment donné, ce qui n'est pas encore tout à fait clair pour la science, un certain nombre d'espèces les plus progressistes, parmi lesquelles les puces, les papillons, les oiseaux et, bien sûr, les nouveaux héros de l'évolution - les mammifères, sont issues de l'ensemble standard commun de chromosomes, pour des raisons qui ne sont pas non plus tout à fait clairs, les chromosomes sexuels ont été séparés.
En particulier, les généticiens pensent que les ancêtres chromosomiques des chromosomes sexuels humains modernes X et Y étaient les autosomes non spécialisés N1 et N4 du poulet. De plus, au début, ces nouveaux chromosomes sexuels n'étaient pas différents les uns des autres, sauf que Y portait le gène permettant la détermination du sexe masculin, et X non. Cette même similarité initiale est mise en évidence par le fait que plus de la moitié des quelques gènes conservés aujourd’hui sur le chromosome Y possèdent une paire sur le chromosome X.
Cependant, au cours de l'évolution ultérieure, des mutations ont commencé à s'accumuler dans les gènes initialement presque identiques de ces chromosomes, et les structures génétiques de X et Y ont commencé à différer de plus en plus les unes des autres.
De nombreux généticiens pensent que le triste sort du chromosome Y non apparié a été prédéterminé immédiatement après la division des chromosomes en chromosomes sexuels et somatiques. Ne disposant pas, contrairement au chromosome X, de mécanismes efficaces pour réparer et restaurer les gènes endommagés, le chromosome Y a commencé à perdre progressivement ces « unités d'hérédité » les unes après les autres et, selon les fatalistes, dans les deux cent mille prochaines années, il aura se transformer soit en un mannequin génétique ne porteur d'aucune information héréditaire, soit même disparaître complètement du génome.
Sur la base de considérations formelles, la théorie de la mort imminente du sexe masculin semble certainement tout à fait logique. En effet, si l'on prend comme base le génome humain, alors, en fait, il n'y a presque plus d'« enregistrements significatifs » sur le chromosome Y, alors qu'au départ, comme le chromosome X, il contenait environ 1 000 gènes. La plupart des 78 gènes restants sur le chromosome Y ont aujourd’hui une spécialisation extrêmement étroite et sont responsables de la formation des spermatozoïdes et du développement des testicules.
