Y-kromosoom

Inimese Y-kromosoom

Y-kromosoom on üks gonosoomidest, mis esineb ainult heterogameetsel sugupoolel (nt isasimetajatel, ka mehel) koos ühe X-kromosoomiga. Y-kromosoom sisaldab tavaliselt peale heterogameetsele sugupoolele spetsiifiliste (Y-spetsiifiliste) geenide ka X-kromosoomiga homoloogset (pseudoautosoomset) regiooni kromosoomi distaalsetes otstes. Imetajate Y-kromosoomis asuv SRY-geen (SRY – sex-determining region Y ehk sugu määrav Y-piirkond) määrab valgulise testiseid determineeriva faktori (TDF) kaudu isasloomaks kujunemise. Inimese Y-kromosoom on väike akrotsentriline, kuid mikrosatelliidita kromosoom.

Inimese Y-kromosoomi pikkuseks on ligikaudu 57 miljonit aluspaari ja see sisaldab hinnanguliselt 71 valke kodeerivat geeni, 388 pseudogeeni ja 109 mittekodeerivat geeni. Selles asub mitu spermatogeneesiga seotud piirkonda, mis sisaldavad seemnerakkude tekkeks ja arenguks vajalikke geene. Kui neis piirkondades peaks esinema deletsioone või teisi mutatsioone, mis kahjustavad seal asuvaid geene, siis võib see kaasa tuua viljatust. See võib kaasneda näiteks Y-kromosoomi mikrodeletsioonidega, mis on tekitanud huvi nende lähemaks uurimiseks.

Y-kromosoomi struktuur

Y-kromosoomis on umbes 60 miljonit DNA aluspaari. Üldiselt arvatakse, et X- ja Y-kromosoom põlvnevad ühisest väga vanast autosoomide paarist. Sugukromosoomide evolutsioon on seotud protsessiga, milles Y-kromosoom on erinevalt X-ist kaotanud enamiku algselt seal leidunud geenidest. Y-kromosoom esineb ühe koopiana vaid meessugupoolel. Erinevalt teistest diploidsetest inimese geenidest on Y-liitelised lookused haploidsed – rohkem kui 95% selle järjestusest ei osale ristsiirdes X-kromosoomiga. X-kromosoomiga mitterekombineeruvat piirkonda nimetati algselt Y-kromosoomi mitterekombineeruvaks alaks (NRY – non-recombining region), tänapäeval meessoospetsiifiliseks regiooniks (MSY – male specific region). MSY otstes on lühikesed pseudoautosomaalsed alad, mille geenide kodeeritud tunnused päranduvad järglastele samal viisil nagu autosomaalsete geenide poolt kodeeritud tunnused. Detailse Y-kromosoomi füüsilise kaardi avaldas esimesena Charles A. Tilford. Esimesed andmed NRY kahe eri osa (AZFa ja AZFc regioon) kohta avaldati Chao Suni ja Tomoko Kuroda-Kawaguchi teadusartiklites. Need kaks tulemust ühendati NRY nukleotiidse järjestuse analüüsimiseks.

Y-kromosoomi mittekombineeruv regioon (NRY)

Sekveneerides mehe NRY 97% ulatuses, leiti vähemalt 156 transkriptsiooniühikut. Lisaks sellele kodeerivad NRY geenid 27 valku või valguperekonda, millest 12 esinevad kõikides kudedes ning 11 on munandispetsiifilised. Sellest järeldatakse, et NRY geenid jagunevad kahte funktsionaalsesse klassi. NRY jaguneb eu- ja heterokromaatiliseks regiooniks.

NRY heterokromaatiline regioon

Y-kromosoomil on kolm heterokromaatilist regiooni: tsentromeer (~1 miljon nukelotiidi (Mb)), selgelt piiritletud saar proksimaalsel pikal õlal (Yq) (~400 tuhat nukleotiidi (kb)) ja suure osa distaalsest õlast hõlmav plokk Yq (~40 Mb). Heterokromaatiline ala hõlmab vähemalt kuut järjestuste klassi, millest igaüks moodustab pika homogeense tandemmassiivi.

NRY eukromaatiline regioon

NRY-s on eukromatiini kokku umbes 24 Mb: lühikeses õlas (Yp) 8 Mb, pikas õlas (Yq) 14,5 Mb ja kaks minoorset lünka 1 Mb. 2001. aastal Tilfordi avaldatud detailsest Y-kromosoomi eukromaatilisest järjestusest nähtub, et eukromaatiline NRY sisaldab kolme tüüpi järjestusi: X-transponeeritud, X-analoogsed ja amplikoonsed segmendid.

• X-transponeeritud järjestused tekkisid ulatusliku X-lt Y-le transponeerumise tagajärjel, mis toimus 3–4 miljonit aastat tagasi, pärast inimese ja šimpansi lahknemist. Need on 99% identsed X-kromosoomi pika õla (Xq21) DNA-järjestusega. Järgnenud inversioon NRY lühikeses õlas eraldas X-transponeeritud plokid kaheks mittekülgnevaks segmendiks. X-transponeeritud järjestused ei osale meioosi käigus isasorganismi X-Y homoloogiliste kromosoomide rekombinatsioonis, mis eristab neid pseudoautosomaalsetest järjestustest. X-transponeeritud segmentides, mille pikkus on ühtekokku 3,4 Mb, on tuvastatud ainult kaks geeni, mõlemal on Xq21 homoloogid. Seega on seda tüüpi järjestustel väikseim geenitihedus NRY eukromatiini kolme järjestuste klassi hulgas.
• X-analoogsed segmendid – järjestused, millel on X-kromosoomiga ühine päritolu ja mis sisaldavad X-liiteliste geenidega sarnaseid geene või pseudogeene. Kokku on selliseid geene leitud 18, enamik neist on koduhoidjad (housekeeping) geenid, mis ekspresseerivad samu valke, mis X-kromosoomi partnergeenid. X- ja Y-liitelised geenid kodeerivad väga sarnaseid proteiinide isovorme. 12 ekspresseeritavat NRY geeni paiknevad X-degenereerunud regioonides.
• Amplikoonsed segmendid koosnevad järjestustest, millest enamik sarnaneb 99,9% mõne teise NRY järjestusega. Amplifikatsiooni käigus moodustunud DNA asub seitsmes segmendis, mis paiknevad eri paigus eukromaatilises pikas õlas, samuti lühikese õla proksimaalses osas. Nende pikkus on kokku 10,2 Mb. Nendest segmentidest on tuvastatud 60 geeni, millest enamik kodeerivad valke ja mida ekspresseeritakse munandites. Amplikoonsed segmendid on kolmest NRY eukromatiini klassist suurima geenitihedusega. On identifitseeritud üheksa NRY-spetsiifilist proteiine kodeerivat geeniperekonda koopiaarvudega 2–35. Amplikoonses regioonis on ka kaheksa massiivset palindroomset segmenti, millel 5`→3` järjestus DNA mõlemal ahelal on ühesugune. Need hõlmavad 5,7 Mb ehk ¼ NRY eukromatiinist. Kaheksast palindroomist kuus sisaldavad valke kodeerivaid geene, mida ekspresseeritakse munandites. Lisaks sellele on amplikoonses regioonis viis komplekti suuremate vahedega paiknevaid inverteeritud kordusi (IR – inverted repeats) ja mitmesuguseid tandemkordusi – DNA identsete järjestuste kordusi, mis paiknevad kromosoomis üksteise järel.

Soo määramine

Erinevalt näiteks äädikakärbsest määrab inimesel ja teistel imetajatel soo Y-kromosoom. XX-sugukroomidega indiviidid on nais- ja XY-indiviidid meessoost. Y-kromosoomis paiknev SRY-geen kodeerib testiseid determineerivat faktorit (TDF – testis-determining factor). Selle geeni homoloog on leitud ka hiirel. TDF on regulaatorvalk, mis seondub DNA-ga, reguleerides nii teiste geenide avaldumist, mis on vajalikud testiste arenemiseks. Pärast munandite formeerumist kutsub testosterooni sekretsioon esile meessoole iseloomulike tunnuste väljakujunemise. Testosteroon on hormoon, mis seondub paljude rakutüüpide retseptoritele.

Y-kromosoomiga seotud haigused

Y-liitelistel haigustel on oluline roll, mõistmaks Y-kromosoomi erinevaid funktsioone.

Levinumad haigused

Ükski eluliselt tähtis geen ei sisaldu ainult Y-kromosoomis. Ainuke hästidefineeritav Y-kromosoomiga seotud defekt on munandite arenguhäire (deletsiooni või kahjuliku mutatsiooni tõttu SRY-s). Kahe X-kromosoomi ja ühe Y-kromosoomi korral esineb sarnane efekt.

• Defektne Y-kromosoom

Defektse Y-kromosoomi esinemisel areneb inimesel naise fenotüüp (naissuguorganid), isegi kui tal on XY karüotüüp. Seega läbib indiviid arengul defeminisatsiooni, aga maskuliinsus ei kujune välja täielikult. Mittetäielik Y-kromosoom põhjustab testikulaarse arengu häirumist – indiviidil võivad olla välja arenemata meessugutunnused. Tavaline karüotüüp on sellisel juhul 44X + Y-fragment. Häirunud geneetilised struktuurid võivad tekkida mosaiiksuse korral. Y-fragmendi mittefunktsionaalsuse tõttu on isik tavaliselt Turneri sündroomi või gonaadide düsgeneesiga naine.

• XXY

Klinefelteri sündroom (47, XXY) pole Y-kromosoomi aneuploidsus, vaid kahe X-kromosoomi olemasolu, mis põhjustab sünnijärgseid testikulaarse funktsiooni häireid. Haiguse mehhanism pole lõplikult selge.

• XYY

47, XYY sünroomiga mehi on populatsioonis üks tuhande inimese kohta. On leitud, et 3% vangidest ja psühhiaatriahaiglates olevatest ravialustest on genotüübilt XYY. Kas üleliigne Y-kromosoom soodustab agressiivsust ja kuritegelikku käitumist, on seni veel vaieldav. Siiski on tõendeid, et XYY indiviididel on raskusi hariduse omandamisega, nad on püsimatumad, kontrollimatu temperamendiga ja hüperaktiivsed.

Haruldased haigused

• Rohkem kui kahe Y-kromosoomi esinemine on väga harv. Üleliigne geneetiline materjal võib viia ebanormaalse skeleti, vähenenud IQ ja hilinenud arenguni.

• XX-mehe sündroom tekib rekombinatsiooni käigus mehe gameetide moodustamisel, põhjustades SRY osa kandumise X-kromosoomile.

Y-kromosoomi evolutsioon

Arvatakse, et imetajate X-ja Y-kromosoomid diferentseerusid autosoomidest 300 miljoni aasta eest. Seda on põhjendatud X-Y vahelise ristsiirde lõppemisega ning imetajate ja lindude lahknemisega umbes 240–320 miljonit aastat tagasi. Kõigepealt jagunesid eellasorganismi autosoomid eellas-X ja -Y-ks. Y-kromosoomis modifitseeritakse geeni, millest saab TDF-iga sarnanev sugu määrav lookus. TDF-lookuse läheduses surutakse rekombinatsioon maha, tagades selle jäämise vaid ühte kromosoomi. Soospetsiifilised on kromosoomis need alad, kus rekombinatsioon on maha surutud. Y-spetsiifiline regioon ei saa teise kromosoomiga rekombineeruda, mistõttu hakkab sinna järk-järgult kuhjuma mutatsioonide. Selle tõttu muutuvad paljud geenid seal inaktiivseteks pseudogeenideks, mis kaotatakse deletsioonide käigus. Tulemuseks on progressiivne geenide kadu, jättes alles vaid vähesed kasulikud geenid, ning sellest tingitud Y-kromosoomi suuruse vähenemine võrreldes X-kromosoomiga. Lõpuks on X-Y vaheline rekombinatsioon võimalik vaid väikses pseudoautosomaalses regioonis (PAR – pseudoautosomal region). NRY noorimaks järjestuseks peetakse X-transponeeritud järjestust, mis on umbes 4 miljonit aastat vana. SRY-geen on 300 miljonit aastat vana. Y-kromosoomi inversioonid võisid suruda alla ristsiirde X-ga.

Y-kromosoom geeniuuringutes

Y-kromosoomi kasutatakse DNA-põhises kohtuekspertiisis, genealoogilises rekonstrueerimises, inimese evolutsiooni ja meditsiinigeneetika uuringutes. Y-kromosoom kantakse edasi isalt pojale. Mitterekombinatiivne Y-kromosoom pärandub nagu eraldi lookus. Y-kromosoom muutub vaid aja jooksul akumuleerunud mutatsioonide läbi, seega säilitavad oma ajalugu pikemat aega kui autosoomid. Eeldades 1:1 soojaotust, on Y-kromosoomi populatsioon ¼ autosoomide omast, 1/3 X-kromosoomide omast ja sarnane mtDNA-le. Y-kromosoom on seetõttu tundlikum geenitriivile, mis mõjutab eri haplotüüpide sagedusi eriti väikeses populatsioonis.

Vaata ka

• Y-kromosoomi Aadam

Välislingid

• "Millal ja kus elas Aadam?" Novaator, 8. märts 2013
• "Y kromosoomide uuring annab uusi vihjeid inimese päritolu kohta" ERR Novaator, 3. august 2013