Της Μαριτίνας Λάππα,
Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων είναι χαρακτηριστικός για κάθε είδος. Ο άνθρωπος, έχει στον πυρήνα των σωματικών του κυττάρων 46 χρωμοσώματα ή καλύτερα 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων. Καθένα από αυτά τα ζεύγη περιέχει ένα χρωμόσωμα μητρικής και ένα χρωμόσωμα πατρικής προέλευσης, που είναι μορφολογικά όμοια μεταξύ τους και ελέγχουν τις ίδιες ιδιότητες. Ωστόσο, το 23ο ζεύγος παρουσιάζει μερικές ενδιαφέρουσες ιδιαιτερότητες καθώς διαφέρει σημαντικά ανάμεσα στα θηλυκά και στα αρσενικά άτομα, μιας και είναι υπεύθυνο για τον καθορισμό του φύλου γι’ αυτό και ονομάζεται φυλετικό ζεύγος. Τα φυλετικά χρωμοσώματα, είναι δύο το Χ και το Υ, με το πρώτο να έχει σημαντικά μεγαλύτερο μέγεθος σε σχέση με το δεύτερο και κατά συνέπεια πολλά περισσότερα γονίδια που σχετίζονται τόσο με πλήθος χαρακτηριστικών γνωρισμάτων όσο και με γενετικές ασθένειες.
Ο φυλοκαθορισμός στον άνθρωπο και σε άλλα πλακουντοφόρα θηλαστικά, πραγματοποιείται μέσω ενός μηχανισμού που στηρίζεται στην παρουσία του Y χρωμοσώματος. Πιο συγκεκριμένα, το Y χρωμόσωμα φέρει μερικά γονίδια τα οποία είναι υπεύθυνα για την διαμόρφωση του αρσενικού αναπαραγωγικού συστήματος. Από αυτό, εύκολα μπορεί να καταλάβει κανείς πως η παρουσία του Y χρωμοσώματος σηματοδοτεί τον καθορισμό του αρσενικού φύλου, ενώ αντίθετα η απουσία του το θηλυκό. Επομένως, το 23ο ζεύγος χρωμοσωμάτων ενός αρσενικού ατόμου αποτελείται από ένα Χ και ένα Υ χρωμόσωμα και αντίθετα, ενός θηλυκού από δύο Χ.
Παρατηρούμε, λοιπόν, ότι μεταξύ των δύο φύλων υπάρχει ανισότητα στην γονιδιακή ποσότητα. Τα αρσενικά άτομα ζουν φυσιολογικά με ένα μόνο Χ χρωμόσωμα, ενώ τα θηλυκά με δύο. Κι εδώ γεννιέται το ερώτημα, πώς είναι δυνατό οργανισμοί του ίδιου είδους, με διαφορετική ποσοτική γονιδιακή σύσταση να παρουσιάζουν φυσιολογικό φαινότυπο; Η απάντηση κρύβεται σε έναν μηχανισμό, που πραγματοποιείται πολύ νωρίς στην ανάπτυξη του εμβρύου και οδηγεί ουσιαστικά στην απενεργοποίηση του ενός Χ χρωμοσώματος από κάθε κύτταρο των θηλυκών ατόμων, με αποτέλεσμα μόνο το ένα Χ χρωμόσωμα να καθίσταται μεταγραφικά ενεργό.
Όλα ξεκίνησαν το 1949, όταν ο ερευνητής Murray Barr με την βοήθεια ενός προπτυχιακού φοιτητή του, ανακάλυψαν ότι στους πυρήνες κυττάρων θηλυκής γάτας, εντοπίζεται μια πυκνή και διακριτή δομή που απουσίαζε από κύτταρα αρσενικού οργανισμού. Λίγο αργότερα, το 1961 προτείνεται η υπόθεση Lyon από τις Mary Lyon και Lillian Russell, η οποία υποστηρίζει τα παρακάτω:
- Το σωμάτιο Barr είναι ουσιαστικά ένα Χ χρωμόσωμα, του οποίου σχεδόν όλα τα γονίδια απενεργοποιούνται. Με τον τρόπο αυτό μένει ένα ενεργό Χ χρωμόσωμα στον πυρήνα των κυττάρων θηλυκών ατόμων, γεγονός που αντισταθμίζει την διαφορά της γονιδιακής δόσης μεταξύ των δύο φύλων.
- Η επιλογή του χρωμοσώματος Χ που πρόκειται να απενεργοποιηθεί είναι μια τυχαία διαδικασία. Σε κάθε κύτταρο, μπορεί να αδρανοποιηθεί είτε το Χ χρωμόσωμα μητρικής προέλευσης, είτε το Χ χρωμόσωμα πατρικής προέλευσης. Το μόνο σίγουρο είναι, ότι οι απόγονοι ενός κυττάρου ύστερα από την κυτταρική διαίρεση θα έχουν το ίδιο απενεργοποιημένο Χ χρωμόσωμα, ανεξάρτητα αν είναι το μητρικό ή το πατρικό.
Πώς λειτουργεί ο μηχανισμός της απενεργοποίησης;
Ο μηχανισμός που οδηγεί στο αντιστάθμισμα της γονιδιακής δόσης, ακολουθεί τρία στάδια: τον προσδιορισμό του αριθμού των Χ χρωμοσωμάτων σε κάθε κύτταρο, την επιλογή του χρωμοσώματος Χ που θα αδρανοποιηθεί και τελικά την διαδικασία της απενεργοποίησης.
Στον άνθρωπο, μια γενετική περιοχή που εδράζεται στο Χ χρωμόσωμα και ονομάζεται XIC, είναι υπεύθυνη για τον προσδιορισμό του αριθμού των Χ χρωμοσωμάτων στο κύτταρο. Είναι βασικό να τονιστεί ότι, προκειμένου το κύτταρο να προχωρήσει σε απενεργοποίηση, θα πρέπει να υπάρχουν σε αυτό τουλάχιστον δύο XIC. Ακολουθεί το στάδιο της επιλογής, η οποία όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, πραγματοποιείται τυχαία. Ωστόσο, ένα τμήμα της περιοχής XIC φαίνεται να σχετίζεται με την επιλογή αυτή, το λεγόμενο ρυθμιστικό στοιχείο Xce. Άλλη μία σημαντική αλληλουχία του τμήματος XIC, είναι το γονίδιο XIST, το οποίο ουσιαστικά είναι υπεύθυνο για την απενεργοποίηση του ενός Χ χρωμοσώματος. Το XIST εκφράζεται μόνο από το αδρανοποιημένο Χ και η μεταγραφή του οδηγεί σε ένα μόριο RNA, το οποίο περιβάλλει το σωμάτιο Barr, εξασφαλίζοντας την σίγαση των υπόλοιπων γονιδίων.
Αυτό είναι τελικά αποτέλεσμα, μιας σειράς χημικών τροποποιήσεων που υφίστανται οι ιστόνες (δομικές πρωτείνες του DNA) αλλά και το DNA που οδηγούν την χρωματίνη (τον δομικό λίθο του DNA) στην μορφή της ετεροχρωματίνης, μια σφιχτά πακεταρισμένη δομή, η οποία δεν επιτρέπει την έκφραση των κωδικών περιοχών. Ουσιαστικά, η επικάλυψη του Χ χρωμοσώματος με το RNA είναι το πρώτο βήμα για την αναδιαμόρφωση της χρωματίνης. Ύστερα από αυτή τη διαδικασία, μόνο το 15% των γονιδίων του απενεργοποιημένου Χ θα έχουν την δυνατότητα έκφρασης.
Γενετικά Μωσαϊκά
Με βάση όσα προαναφέρθηκαν, προκύπτει ότι σε ένα θηλυκό άτομο, μερικά κύτταρα θα έχουν απενεργοποιημένο το Χ χρωμόσωμα μητρικής προέλευσης και μερικά άλλα το πατρικής προέλευσης. Άρα, τα θηλυκά άτομα που είναι ετερόζυγα για ένα γνώρισμα που καθορίζεται από γονίδια του Χ χρωμοσώματος, είναι ουσιαστικά γενετικά μωσαϊκά, καθώς μερικά κύτταρα θα εκφράσουν το ένα γονίδιο και μερικά το άλλο γονίδιο, ανάλογα με το ποιο από τα δύο Χ έχει απενεργοποιηθεί. Χαρακτηριστικό παράδειγμα γενετικού μωσαϊκισμού, αποτελούν οι γάτες calico, οι οποίες εκδηλώνουν στον φαινότυπό τους τρία χαρακτηριστικά χρώματα: το άσπρο, το μαύρο και το πορτοκαλί.
Ουσιαστικά, το μαύρο και το πορτοκαλί χρώμα ελέγχονται από δύο διαφορετικά αλληλόμορφα του ίδιου γονιδίου. Σε πορτοκαλί σημεία του τριχώματος, τα κύτταρα έχουν απενεργοποιήσει το Χ χρωμόσωμα πάνω στο οποίο εδράζεται το αλληλόμορφο του μαύρου χρώματος, και αντίστοιχα σε μαύρα σημεία του σώματος, έχει απενεργοποιηθεί το Χ χρωμόσωμα στο οποίο βρίσκεται το αλληλόμορφο του πορτοκαλί χρωμοσώματος. Το άσπρο χρώμα είναι αποτέλεσμα έκφρασης ενός γονιδίου η οποία επικρατεί στην έκφραση των άλλων αλληλομόρφων. Έτσι, προκύπτει αυτός ο χαρακτηριστικός φαινότυπος με τα τρία χρώματα στο τρίχωμα της γάτας. Σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις, οι γάτες calico είναι θηλυκές. Μόνο σε περίπτωση αριθμητικής χρωμοσωμικής ανωμαλίας, μια αρσενική γάτα με γονότυπο ΧΧΥ θα μπορούσε να είναι calico.
Συμπεράσματα
Το σωμάτιο Barr, είναι μια εξαιρετική απόδειξη της σημασίας της ισοστάθμισης γενετικού υλικού που πρέπει να υπάρχει στα άτομα του ίδιου είδους. Πρόκειται για μια φυσιολογική διαδικασία, η απουσία της οποίας πιθανότατα οδηγήσει σε διακοπή της ανάπτυξης του εμβρύου σε πολύ πρώιμο στάδιο. Για τον λόγο αυτό, ακόμη και σε άτομα με αριθμητικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες, δημιουργούνται σωμάτια Barr. Γενικά ισχύει ο κανόνας, ότι σε κάθε κύτταρο προκύπτουν τόσα σωμάτια Barr, όσα είναι τα Χ χρωμοσώματα μείον ένα. Άρα, τα άτομα με σύνδρομο Klinefelter (XXY) θα έχουν και αυτά ένα σωμάτιο Barr στα κύτταρά τους, παρόλο που έχουν αρσενικό φαινότυπο, ενώ τα άτομα με σύνδρομο Turner (ΧΟ) δεν θα έχουν κανένα σωμάτιο Barr στα κύτταρά τους.
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- The making of a Barr body: the mosaic of factors that eXIST on the mammalian inactive X chromosome, National Library of Medicine, διαθέσιμο εδώ
- Fitting the Puzzle Pieces: the Bigger Picture of XCI, Science Direct, διαθέσιμο εδώ
