Genetiken bakom jämställdhet: könskromosomer och evolution

Under evolutionen skapades hos många arter asymmetriska könskromosomer och olika strategier utvecklades vid sidan av det för att kompensera för den obalans i genetisk information det resulterade i. Molekylärbiolog Marie-Line Faucillion har studerat detta i sin avhandling vid Umeå universitet. Hennes fynd är användbara för att bättre förstå hur könskromosomer regleras, men också för att närma sig studiet av genreglering på ett mer holistiskt sätt.

För länge sedan var män och kvinnor lika. Åtminstone var deras kromosomer nästan identiska. Men denna jämlikhet förändrades under evolutionärt tryck och könsspecifika kromosomer dök upp. Först samlades ett fåtal hanligt fördelaktiga gener på en ”vanlig” kromosom. För att göra historien kort slutade dessa gener att rekombinera med sina motsvarigheter under produktionen av spermaceller och överfördes endast från fäder till söner genom vad vi kallar proto-Y-kromosomen.

Denna proto-Y-kromosom, nu berövad på rekombination, började degenerera och förlorade det mesta av den information den bar på. Som ett resultat av det har kvinnliga däggdjur och även flugor två X-kromosomer, medan deras manliga motsvarigheter har en X-kromosom och en degenererad, informationsfattig Y-kromosom, tillsammans med flera par av icke-könade kromosomer (autosomer).

Två typer av genetiska obalanser

– Ur ett molekylärt perspektiv gav denna kromosomala ojämlikhet upphov till två stora frågor, säger Marie-Line Faucillion. För det första bär hanar och honor inte på samma mängd information längre. De två kvinnliga X-kromosomerna kan utgöra mall för att skriva ut dubbelt så många mRNA-molekyler jämfört med den enda manliga X-kromosomen.

I mRNA står m för budbärare och mRNA-molekyler är meningsfulla delar av kod som kopieras många gånger från den kromosomala DNA-mallen och innehåller instruktioner för att bygga alla olika proteiner som cellmaskineriet behöver. Detta kallas genuttryck.

– Den andra frågan är att eftersom proteiner som kommer från olika kromosomer kan associeras för att bilda mer komplexa molekylära maskiner, kommer hanarna att ha en brist på sina X-kromosomproteiner jämfört med sina autosomala proteiner och inte kunna sätta ihop de rättakomplexen i rätt mängd. Och det är helt enkelt dödligt för dem, tillägger Marie-Line Faucillion.

Däggdjurs X-kopplade mRNA blev mer stabila…

Däggdjur är redan kända för att inaktivera en X-kromosom hos honor för att återupprätta balansen mellan hane och hona. Men, när det gäller strategin för att balansera autosomerna med könskromosomerna, har diskuterats om huruvida det sker en fördubbling av mRNA-produktionen eller inte. Genom sitt doktorandarbete visar Marie-Line att livslängden för de mRNA som kommer från X-kromosomen är betydligt längre än de mRNA som kommer från autosomerna hos däggdjur, och att detta är ett sätt att balansera genuttryck.

…men inte flugornas

I flugor visade hon dock att så inte var fallet och fortsatte med att föreslå två nya sätt på vilka gener skulle kunna regleras genom att modulera hur lång tid de används i en cell innan de bryts ned.

Flugor är kända för att helt enkelt fördubbla mängden mRNA de producerar från den enda X-kromosomen hos hannar för att lösa båda könskromosomobalanserna på en gång. Detta orkestreras av en molekylär maskin bestående av fem proteiner och två specifika RNA.

– Intressant nog bär dessa RNA inte information för att bygga proteiner och är överflödiga på ett sånt sätt att om en av dem raderas har det inte någon konsekvens, samtidigt som borttagning av båda dödar hanarna,
säger Marie-Line Faucillion.

Hon undersökte de individuella rollerna för dessa RNA och lyfte fram deras skillnader, vilket förklarade varför evolutionen inte förkastade någon av dem, även om bara en av dem är nödvändig för hanlig överlevnad.

Om avhandlingen

Fredagen den 10 december försvarar Marie-Line Faucillion, Institutionen för molekylärbiologi vid Umeå universitet, sin avhandling med titeln Chromosom-specific adaptations of RNA stability and the roles of the roX RNAs in dosage compensation, Swedish title: Kromosomspecifika anpassningar av RNA stabilitet och roX RNAs funktioner och doskompensation. Disputationen äger rum kl 09.00 i Astrid Fagraeus salen A103, hus 6E Umeå universitet. Fakultetsopponent är docent Jean-Yves Roignant, PhD, Center for Integrative Genomics, University of Lausanne, Schweiz.

Läs avhandlingen

Pressfoto

För mer information, kontakta gärna:

Marie-Line Faucillion, forskningsassistent, Institutionen för molekylärbiologi, Umeå universitet
Telefon: 090-785 67 96
E-post: marie-line.faucillion@umu.se