Forskare har upptäckt varför generna på X-kromosomen är speciella

2016-01-11

Forskare har sedan länge undrat varför gener som sitter på människans X-kromosom är aktiva i så få vävnader. I en ny studie med medverkande från IGP visar forskarna varför denna kromosom har en så ovanlig gensammansättning.

Nästan alla människans celler innehåller samma gener. Av dessa är det några som bara är aktiva i mycket specifika vävnader, t.ex. insulingenen som gör att insulin bildas i bukspottkörteln. Andra gener är aktiva i alla typer av celler och vävnader. De kallas för housekeeping-gener eftersom de behövs för cellernas basala funktioner.

Den aktuella forskargruppen har redan år 2002 visat att de flesta generna på X-kromosomen är specifika för ett begränsat antal vävnader och att det bara finns ett fåtal housekeeping-gener på X-kromosomen. Nu har forskargruppen med medverkande från IGP, University of Bath och FANTOM-konsortiet kommit fram till varför det är så. 

In en artikel i tidskriften PLoS Biology menar forskarna att det beror på att män bara har en X-kromosom och det är därför inte evolutionärt fördelaktigt att högaktiva gener är lokaliserade på just X-kromosomen. Kvinnor har visserligen två X-kromosomer men en av dessa är inaktiverade under större delen av en kvinnas liv.

Forskarna utgick från världens största databas med information om geners aktivitet. De såg att den högsta aktiviteten för gener på X-kromosomen var mindre än hälften av den högsta aktiviteten hos gener på övriga kromosomer, som finns i två kopior i varje cell.

– Man kan jämföra med trafiken på en väg – en motorväg med två filer kan ha mer och snabbare trafik än en väg med bara en fil. Vi tror att konsekvensen av att ha bara en kromosom, som en enfilig väg, är att när generna är aktiva kan det uppstå köer, särskilt vid ”högtrafik”. Därför är X-kromosomen inte någon lämplig plats för de mest aktiva generna, säger Laurence Hurst vid University of Bath, försteförfattare till artikeln.

Studien visade också att till skillnad från gener på andra kromosomer så har de mer aktiva generna på X-kromosomen haft mindre benägenhet att öka sin aktivitet under evolutionen.

– Det stämmer också med vår analogi med trafiken på en väg eftersom om det blir köer så är det svårt att öka hastigheten, säger Lukasz Huminiecki vid IGP, som har lett studien.

Forskargruppen såg också att gener som behöver ha hög aktivitet vid vissa tillfällen har flyttats från X-kromosomen, vilket tyder på att sådana gener inte kan fungera på X-kromosomen där de bara förekommer i en aktiv kopia. Till exempel har gener som är aktiva i bukspottkörteln, som utsöndrar en stor mängd hormoner, under evolutionen flyttats från X-kromosomen till en annan, icke könskromosom.

Resultaten kan få medicinska tillämpningar eftersom de antyder att när man med genterapi för in en ny gen för att ersätta en skadad bör man undvika att den placeras på X-kromosomen eftersom ”trafikstockningar” kan begränsa genens aktivitet.
 

Mer information:
Artikel i PLoS Biology
Lukasz Huminieckis forskning i Sven Nelanders grupp