Хромосома-Yбийца, или почему мужчины умирают раньше?
Так вот, женские особи живут дольше в подавляющем большинстве известных науке видов. Тем, кто в этом сомневается, советую взглянуть на 37 страниц данных из книги Why Men Die Younger: Causes of Mortality Differences by Sex, особенно Appendix F — там видов 100, не меньше:
И весьма показательна приведённая там же статистика по разным странам (хоть и за 1998 год):
Кто-то думает, что мы, Y-носцы, живём меньше женщин потому, что мы такие дерзкие и резкие, и в молодости более подвержены тяге к разным опасным глупостям типа езды на мотоциклах или игры в американский футбол. Но это не так — вероятность смерти у мужчин выше в любом возрасте, даже в тихие 60 и 70.
Поэтому умные люди понимают — смерть Кащеева таится в… Y-хромосоме. Недаром кастрация продлевает жизнь: в одном американском эксперименте на 20% (13,6 лет), а у корейских евнухов на 30–40% (15–19 лет).
Но самое интересное, что, может быть, продления жизни можно добиться и без кастрации! А просто удалив или эпигенетически “выключив” определенные “смертоносные гены” на самой Y-хромосоме. Именно это еще в 1980-х установили болгарские (Цонева) и советские (Кузнецова) ученые, изучая мужчин-долгожителей:
«Ранее были опубликованы данные по взаимосвязи между крупными C-блоками на Y-хромосоме и долгожительством у болгарского населения (Tsoneva et al., 1980), а также данные по повышенной частоте «очень больших» C-блоков у долгожителей старше 80 лет в Эдинбурге (Buckton et al., 1976).
…
Длинная Y-хромосома, а также большой С-сегмент на Y-хромосоме типичны для долгоживущих украинских и абхазских мужчин. Таким образом, мы установили связь между вариантами индивидуального варианта хромосомного полиморфизма на Y-хромосоме и мужской долговечностью в разных регионах».
Что такое С-блоки? Я попытаюсь передать своё понимание, но был бы очень признателен за более подбробное разъяснение от специалистов в комментариях. Так вот, в моём понимании, в случае Y-хромосомы С-блоки — это неактивные, “выключенные” части хромосомы. Формально С-блоки — это те участки хромосомы, которые подсвечиваются во время процедуры C-staining или C-banding — обработки хромосом специальным красителем:
Other types of bands, such as R- and C-bands, can be obtained using the giemsa stain. The type of bands produced depends on the extent of denaturation induced on the chromosome structure [10].
C-banding … reveals the AT-rich centromere, which consists of constitutive heterochromatin. This technique involves acid treatment, hot saline incubation, and alkali treatment of the chromosomes. These treatments depurinate the DNA and break the DNA backbone, which then cause the extraction of the DNA from certain regions of the chromosomes.
C-bands (figure 4.4) are produced due to this differential extraction of the DNA. It was observed that the DNA in the C-bands is more resistant to extraction than the DNA in the other regions of the chromosomes. This is due to the stronger interaction of the proteins, which protects the DNA from extraction, with the DNA in the C-bands than in the other regions of the chromosomes [22].
(Источник)
Как я понимаю, эти методы различного окрашивания и последующего подсвечивания хромосом применялись в те древние времена, когда еще не существовало технологии ПЦР (изобретена в 1983 году), секвенирование генов было долгим и дорогим удовольствием, а про выявление паттернов метилирования еще даже и не задумывались. С помощью разных методов подсветки можно было хоть как-то дифференцировать различные структурные и фунциональные сегменты хромосом. В своё время советские ученые активно занимались таким анализом, в частности и Y-хромосомы.
Конкретно метод C-banding обычно подсвечивает конститутивный гетерохроматин, представляющий собой высококонденсированную ДНК, которая, в основном, присутствует вокруг цетромер или теломер. Так как такая ДНК сильно сжата, она не экспрессируется, то есть эти участки не активны. Но в случае Y-хромосомы, в таком сжатом состоянии у неё находится почти вся ДНК — см. нижний правый угол на фото:
Такое сжатие, или конденсирование, хроматина происходит с помощью тех же механизмов, что отвечают и за стандартное эпигенетическое “выключение” (инактивацию) генов. Эта инактивация происходит и на уровне гистонов, и на уровне метилирования самой ДНК:
Histone modifications are one of the main ways that the cell condenses constitutive heterochromatin.[7] The three most common modifications in constitutive heterochromatin are histone hypoacetylation, histone H3-Lys9 methylation(H3K9), and cytosine methylation. These modifications are also found in other types of DNA, but much less frequently. Cytosine methylation is the most common type, although it is not found in all eukaryotes. In humans there is increased methylation at the centromeres and telomeres, which are composed of constitutive heterochromatin. These modifications can persist through both mitosis and meiosis and are heritable.
SUV39H1 is a DNA methyltransferase that methylates H3K9, providing a binding site for Heterochromatin protein 1 (HP1). HP1 is involved in the chromatin condensing process that makes DNA inaccessible for transcription.[8]
[9]
И вот, если я правильно интерпретирую их работы, в исследованиях Цоневой и Кузнецовой у долгожителей в таком сжатом состоянии находилась более значительная часть Y-хромосомы, чем у группы контроля, что наводит меня на мысль, что таким образом у них были эпигенетически выключены какие-то гены, которые обычно активны у остальных мужчин и своей активностью раньше сводят их в могилу.
Небольшое отсутпление для тех, кто споткнулся на фразах типа “эпигенетически выключены” или “метилирование” и вообще смутно представляет, что такое эпигенетика. Эпигенетика — это “надстройка” над (эпи- = над) генетикой, механизм управления генами. Вернее, таких механизмов несколько: метилирование самих генов, ацетилирование или метилирование гистонов, на которые эти гены “намотаны”, и много чего другого, что попадает под определение эпигенетического контроля.
Почему гены вообще нужно контролировать? Во-первых, потому что ДНК у организма одинаковая во всех типах клеток, а в клетке мозга и клетке кожи должны быть активны различные наборы генов. А еще потому, что за разные стадии развития организма отвечают разные гены — у гусеницы и у бабочки весьма различный профиль активности этих самых генов. Как и у нас, собственно: в утробе матери активны одни гены, в детстве — другие, в старости — третьи. И, кстати, с возрастом профиль вкл./выкл. различных генов меняется у всех людей практически одинаково. Что легло в основу концепции “часов метилирования” как биомаркера старения. Но это уже совсем другая тема.
Так вот, возвращаясь к моей гипотезе о заметилированных генах на Y-хромосоме болгарских и советских долгожителей. Что натолкнуло меня на эту мысль? А то, что в 1987 году в Америке генетик Кёрби Смит нашел 14 мужчин-Амишей, у которых были удалены некоторые гены на Y-хромосоме, и которые жили на 20% дольше своих немутировавших собратьев (82 года против 68–71 лет):
Источник: The Future of Aging: Pathways to Human Life Extension by Gregory M. Fahy, Michael D. West, L. Stephen Coles, Steven B. Harris
Самое интересное, что Y-хромосома — совсем малютка: на ней лишь 71 кодирующих гена. Поэтому, в идеале, было бы очень круто разобраться какие именно участки были удалены у этих Амишей. Кстати, Кёрби Смит еще жив и продолжает работать в Университете Джонса Хопкинза, да и образцы ДНК у него, скорее всего, сохранились. Секвенировать их для него было бы делом несложным — он там профессор генетики, как никак. Я пару раз предлагал Грегори Фэйи (автору той замечательной книги по старению, из которой я взял вышеприведенную таблицу) написать ему снова, но тот пока не горит желанием.
Жива и Светлана Михайловна Кузнецова, и даже, насколько я могу судить, продолжает работать в Институте геронтологии имени Д.Ф. Чеботарева в Киеве. Я подумываю и ей написать — вдруг у неё сохранились образцы ДНК тех советских долгожителей.
Кстати, в свете всего вышесказанного было интересно услышать о недавнем исследовании большого фаната метформина Нира Барзилая, показавшем, что делеция третьего экзона в рецепторе гормона роста положительно влияет на продолжительность жизни мужчин, но не женщин. Ведь возрастной паттерн секреции и уровни гормона роста у полов весьма разные, так что, может быть, и в его исследовании проявлялся схожий с вышеупомянутыми Y-мутантами механизм. Вот кривая дожития гомозиготных d3-GHR мутантов по сравнению с гетерозиготными и диким типом:
Правда, то, что некоторые издания заявляют, что работа Барзилая и ко. показала, что гомозиготность по d3-GHR помогает прожить на 10 лет дольше, неверно. Просто на момент начала его исследования средний возраст (age at recruitment) подгруппы из 16 гомозиготных испытуемых был на 10 лет выше, чем у остальных 180 членов когорты. Но, как видно из графика дожития, медианная ПЖ у гомозиготных товарищей лишь на 6–7 лет выше таковой у группы контроля, а максимальная вообще меньше.
В любом случае, то, что Y-хромосома таит в себе какие-то секреты потенциального долгожительства и пока не особо хочет их нам открывать, мне видится всё более и более правдоподобным.
Источники:
- Why Men Die Younger: Causes of Mortality Differences by Sex. Barbara Blatt Kalben
- The Future of Aging: Pathways to Human Life Extension. Gregory M. Fahy, Michael D. West, L. Stephen Coles, Steven B. Harris
Так вот, женские особи живут дольше в подавляющем большинстве известных науке видов. Тем, кто в этом сомневается, советую взглянуть на 37 страниц данных из книги Why Men Die Younger: Causes of Mortality Differences by Sex, особенно Appendix F — там видов 100, не меньше:
И весьма показательна приведённая там же статистика по разным странам (хоть и за 1998 год):
Кто-то думает, что мы, Y-носцы, живём меньше женщин потому, что мы такие дерзкие и резкие, и в молодости более подвержены тяге к разным опасным глупостям типа езды на мотоциклах или игры в американский футбол. Но это не так — вероятность смерти у мужчин выше в любом возрасте, даже в тихие 60 и 70.
Поэтому умные люди понимают — смерть Кащеева таится в… Y-хромосоме. Недаром кастрация продлевает жизнь: в одном американском эксперименте на 20% (13,6 лет), а у корейских евнухов на 30–40% (15–19 лет).
Но самое интересное, что, может быть, продления жизни можно добиться и без кастрации! А просто удалив или эпигенетически “выключив” определенные “смертоносные гены” на самой Y-хромосоме. Именно это еще в 1980-х установили болгарские (Цонева) и советские (Кузнецова) ученые, изучая мужчин-долгожителей:
«Ранее были опубликованы данные по взаимосвязи между крупными C-блоками на Y-хромосоме и долгожительством у болгарского населения (Tsoneva et al., 1980), а также данные по повышенной частоте «очень больших» C-блоков у долгожителей старше 80 лет в Эдинбурге (Buckton et al., 1976).
…
Длинная Y-хромосома, а также большой С-сегмент на Y-хромосоме типичны для долгоживущих украинских и абхазских мужчин. Таким образом, мы установили связь между вариантами индивидуального варианта хромосомного полиморфизма на Y-хромосоме и мужской долговечностью в разных регионах».
Что такое С-блоки? Я попытаюсь передать своё понимание, но был бы очень признателен за более подбробное разъяснение от специалистов в комментариях. Так вот, в моём понимании, в случае Y-хромосомы С-блоки — это неактивные, “выключенные” части хромосомы. Формально С-блоки — это те участки хромосомы, которые подсвечиваются во время процедуры C-staining или C-banding — обработки хромосом специальным красителем:
Other types of bands, such as R- and C-bands, can be obtained using the giemsa stain. The type of bands produced depends on the extent of denaturation induced on the chromosome structure [10].
C-banding … reveals the AT-rich centromere, which consists of constitutive heterochromatin. This technique involves acid treatment, hot saline incubation, and alkali treatment of the chromosomes. These treatments depurinate the DNA and break the DNA backbone, which then cause the extraction of the DNA from certain regions of the chromosomes.
C-bands (figure 4.4) are produced due to this differential extraction of the DNA. It was observed that the DNA in the C-bands is more resistant to extraction than the DNA in the other regions of the chromosomes. This is due to the stronger interaction of the proteins, which protects the DNA from extraction, with the DNA in the C-bands than in the other regions of the chromosomes [22].
(Источник)
Как я понимаю, эти методы различного окрашивания и последующего подсвечивания хромосом применялись в те древние времена, когда еще не существовало технологии ПЦР (изобретена в 1983 году), секвенирование генов было долгим и дорогим удовольствием, а про выявление паттернов метилирования еще даже и не задумывались. С помощью разных методов подсветки можно было хоть как-то дифференцировать различные структурные и фунциональные сегменты хромосом. В своё время советские ученые активно занимались таким анализом, в частности и Y-хромосомы.
Конкретно метод C-banding обычно подсвечивает конститутивный гетерохроматин, представляющий собой высококонденсированную ДНК, которая, в основном, присутствует вокруг цетромер или теломер. Так как такая ДНК сильно сжата, она не экспрессируется, то есть эти участки не активны. Но в случае Y-хромосомы, в таком сжатом состоянии у неё находится почти вся ДНК — см. нижний правый угол на фото:
Такое сжатие, или конденсирование, хроматина происходит с помощью тех же механизмов, что отвечают и за стандартное эпигенетическое “выключение” (инактивацию) генов. Эта инактивация происходит и на уровне гистонов, и на уровне метилирования самой ДНК:
Histone modifications are one of the main ways that the cell condenses constitutive heterochromatin.[7] The three most common modifications in constitutive heterochromatin are histone hypoacetylation, histone H3-Lys9 methylation(H3K9), and cytosine methylation. These modifications are also found in other types of DNA, but much less frequently. Cytosine methylation is the most common type, although it is not found in all eukaryotes. In humans there is increased methylation at the centromeres and telomeres, which are composed of constitutive heterochromatin. These modifications can persist through both mitosis and meiosis and are heritable.
SUV39H1 is a DNA methyltransferase that methylates H3K9, providing a binding site for Heterochromatin protein 1 (HP1). HP1 is involved in the chromatin condensing process that makes DNA inaccessible for transcription.[8]
[9]
И вот, если я правильно интерпретирую их работы, в исследованиях Цоневой и Кузнецовой у долгожителей в таком сжатом состоянии находилась более значительная часть Y-хромосомы, чем у группы контроля, что наводит меня на мысль, что таким образом у них были эпигенетически выключены какие-то гены, которые обычно активны у остальных мужчин и своей активностью раньше сводят их в могилу.
Небольшое отсутпление для тех, кто споткнулся на фразах типа “эпигенетически выключены” или “метилирование” и вообще смутно представляет, что такое эпигенетика. Эпигенетика — это “надстройка” над (эпи- = над) генетикой, механизм управления генами. Вернее, таких механизмов несколько: метилирование самих генов, ацетилирование или метилирование гистонов, на которые эти гены “намотаны”, и много чего другого, что попадает под определение эпигенетического контроля.
Почему гены вообще нужно контролировать? Во-первых, потому что ДНК у организма одинаковая во всех типах клеток, а в клетке мозга и клетке кожи должны быть активны различные наборы генов. А еще потому, что за разные стадии развития организма отвечают разные гены — у гусеницы и у бабочки весьма различный профиль активности этих самых генов. Как и у нас, собственно: в утробе матери активны одни гены, в детстве — другие, в старости — третьи. И, кстати, с возрастом профиль вкл./выкл. различных генов меняется у всех людей практически одинаково. Что легло в основу концепции “часов метилирования” как биомаркера старения. Но это уже совсем другая тема.
Так вот, возвращаясь к моей гипотезе о заметилированных генах на Y-хромосоме болгарских и советских долгожителей. Что натолкнуло меня на эту мысль? А то, что в 1987 году в Америке генетик Кёрби Смит нашел 14 мужчин-Амишей, у которых были удалены некоторые гены на Y-хромосоме, и которые жили на 20% дольше своих немутировавших собратьев (82 года против 68–71 лет):
Источник: The Future of Aging: Pathways to Human Life Extension by Gregory M. Fahy, Michael D. West, L. Stephen Coles, Steven B. Harris
Самое интересное, что Y-хромосома — совсем малютка: на ней лишь 71 кодирующих гена. Поэтому, в идеале, было бы очень круто разобраться какие именно участки были удалены у этих Амишей. Кстати, Кёрби Смит еще жив и продолжает работать в Университете Джонса Хопкинза, да и образцы ДНК у него, скорее всего, сохранились. Секвенировать их для него было бы делом несложным — он там профессор генетики, как никак. Я пару раз предлагал Грегори Фэйи (автору той замечательной книги по старению, из которой я взял вышеприведенную таблицу) написать ему снова, но тот пока не горит желанием.
Жива и Светлана Михайловна Кузнецова, и даже, насколько я могу судить, продолжает работать в Институте геронтологии имени Д.Ф. Чеботарева в Киеве. Я подумываю и ей написать — вдруг у неё сохранились образцы ДНК тех советских долгожителей.
Кстати, в свете всего вышесказанного было интересно услышать о недавнем исследовании большого фаната метформина Нира Барзилая, показавшем, что делеция третьего экзона в рецепторе гормона роста положительно влияет на продолжительность жизни мужчин, но не женщин. Ведь возрастной паттерн секреции и уровни гормона роста у полов весьма разные, так что, может быть, и в его исследовании проявлялся схожий с вышеупомянутыми Y-мутантами механизм. Вот кривая дожития гомозиготных d3-GHR мутантов по сравнению с гетерозиготными и диким типом:
Правда, то, что некоторые издания заявляют, что работа Барзилая и ко. показала, что гомозиготность по d3-GHR помогает прожить на 10 лет дольше, неверно. Просто на момент начала его исследования средний возраст (age at recruitment) подгруппы из 16 гомозиготных испытуемых был на 10 лет выше, чем у остальных 180 членов когорты. Но, как видно из графика дожития, медианная ПЖ у гомозиготных товарищей лишь на 6–7 лет выше таковой у группы контроля, а максимальная вообще меньше.
В любом случае, то, что Y-хромосома таит в себе какие-то секреты потенциального долгожительства и пока не особо хочет их нам открывать, мне видится всё более и более правдоподобным.
Источники:
- Why Men Die Younger: Causes of Mortality Differences by Sex. Barbara Blatt Kalben
- The Future of Aging: Pathways to Human Life Extension. Gregory M. Fahy, Michael D. West, L. Stephen Coles, Steven B. Harris
