一項突破性的研究表明，性染色體，特別是通過基因ZFX和ZFY，在調節整個人體的基因表達方面發揮著關鍵作用，挑戰了關於其功能的傳統觀點。 人類的性染色體起源於一對常染色體，即普通染色體或非性染色體，它們包含我們大部分的基因組並成對出現。
這對常染色體的祖先分化成兩條不同的染色體——x 和 y，儘管 x 和 y 已經彼此分離並具有獨特的功能——即決定性別並驅動男性和女性之間的性別差異——但它們也保留了從共同祖先繼承的共同功能。
懷特黑德研究所成員、麻省理工學院生物學教授、霍華德·休斯醫學研究員大衛·佩奇（D**ID Page）和實驗室博士後研究員阿德里安娜·聖羅曼（Adrianna San Roman）最近的研究揭示了性染色體作為有影響力的基因調節因子的綜合作用。
這項於12月13日發表在《細胞基因組學》（Cell Genomics）雜誌上的研究表明，在X和Y染色體上表達的基因會影響整個身體的細胞，而不僅僅是生殖系統中的細胞，它們會提高或降低其他染色體上數千個基因的表達。
全套人類染色體的核型。 資料來源**：美國國家人類基因組研究所。
ZFX 和 ZFY：關鍵基因調控因子
此外，研究人員還發現，負責大約一半調控行為的一對基因——ZFX和ZFY——分別位於X和Y染色體上，它們具有基本相同的調控作用。 這表明ZFX和ZFY從它們的共同祖先那裡繼承了它們作為有影響力的基因調節因子的作用，並獨立地維持了這一作用，即使它們各自的染色體分化，因為這種調節作用對人類的生長發育至關重要。 ZFX和ZFY調控的基因參與多種重要的生物學過程，表明性染色體除了與性特徵相關的功能外，還具有廣泛的功能。
性染色體對全球基因表達的影響
Peggy 和 Sang Roman 通過繪製細胞中每個基因的表達如何隨著 X 或 Y 染色體數量的變化而變化來測量 X 和 Y 染色體如何影響整體基因表達。 在這項研究中，他們使用了性染色體數量自然變異的人的組織樣本：這些人出生時有一到四條X染色體和零到四條Y染色體。 這些性染色體變異在人類中無處不在，它們會引起多種健康疾病，但與大多數其他染色體複製不同，它們與生命相容。
通過利用人群中性染色體組成的自然變化，我們能夠以前所未有的方式對X和Y染色體的數量如何影響基因表達進行數學建模。 通過這種方法，我們對X和Y基因在整個基因組中的巨大影響有了新的見解"。桑羅曼說。
在這個專案中，研究人員研究了兩種細胞型別——淋巴母細胞（一種免疫細胞）和細胞衍生的成纖維細胞（有助於形成我們的結締組織）——他們選擇了兩種細胞以方便樣本採集，並測量了每種細胞型別的基因表達如何隨著每個額外的X或Y基因的出現而變化。
他們發現，隨著X和Y染色體數量的變化，成千上萬的基因會改變其表達水平。 這些效應是線性成正比的，這意味著每增加一條X或Y染色體，基因表達就會發生相同程度的變化。 每種細胞型別受影響的基因和程度各不相同，這表明體內的每種細胞型別可能對 X 和 Y 染色體上基因的基因調控有獨特的反應。
通過這種方法，我們對X和Y基因對整個基因組的巨大影響有了新的認識。 "桑羅曼說。
揭示基因調控中令人驚訝的相似性和差異性
然而，對於特定細胞型別中的特定基因，額外 X 基因的作用往往與額外 Y 基因的作用相似。 這一發現讓研究人員感到驚訝，他們認為X和Y基因中其他基因調控的差異可能有助於解釋健康和疾病中的一些性別差異。 例如，男性和女性患某些疾病的風險不同，當他們患有相同的疾病時有不同的症狀，並且對某些藥物的反應不同。 雄性和雌性細胞之間存在許多尚未解釋的差異，而x和y上的基因調節因子正在調節整個身體的基因表達，似乎有希望導致這些差異。
相反，Page和San-Roman縮小了他們的研究範圍，他們發現一對基因zfx和zfy負責x和y對廣泛基因表達的影響的一半左右，並且這對基因的功能似乎相當 - 儘管zfx有時比zfy的影響稍強。 x 和 y 上的其他基因也可能是多種基因的調節因子，佔影響的另一半。
這些其他基因調控因子可能是X-Y基因對，如ZFX和ZFY，並且發揮基本相同的作用。 畢竟，基因調控是一項重要的功能，無論x和y如何分別生長，x和y從共同祖先那裡繼承的調控作用可能需要以完全相同的方式實現，才能實現胎兒的存活。
然而，研究人員懷疑，一些X和Y基因必須以不同的方式或不同程度改變基因表達，以解釋男性和女性細胞中出現的許多性別差異**。 挑戰在於，由於X和Y基因對廣泛基因表達的最強影響是共同的，因此研究人員將更難弄清楚這兩種染色體影響基因表達的不同方式。
桑羅曼說。 "對基因組的影響可以解釋性別差異，這些差異比我們以前更微妙。 未來研究的乙個有趣點是，儘管我們看到x和y對基因表達的影響之間存在高度相關性，但我們觀察到x相對於y拷貝數具有更大的影響，這可能是性別差異的原因之一。 "
重新思考性染色體：不活躍的 X 與活躍的 X
到目前為止，佩奇和桑·羅曼還沒有討論過的乙個微妙之處是，當佩奇和桑·羅曼考慮性染色體時，他們不再像大多數人認為的那樣考慮x。 他們的研究工作使他們確信，我們目前對性染色體的理解並不精確。 雖然人類的性染色體被定義為 X 和 Y，但實際上有兩種型別的 X 染色體，典型的男性和女性之間只有乙個區別。 世界上每個人都有乙個"活動 X"染色體。 這條染色體就像它自己的染色體一樣，無處不在，所以它的存在與性別無關。
典型的男性和女性在與活躍的 X 染色體配對的染色體上有所不同：典型的男性有一條 Y 染色體，而典型的女性有一條"非活動 X"染色體，其基因與活性 X 染色體相同，但大多數基因被關閉。 在具有非典型性染色體組成的人群中，任何額外的X染色體都將是不活躍的X染色體 - 因此，當研究人員測量新增更多X染色體的效果時，他們實際上是在測量新增更多不活躍的X染色體的效果。
研究人員發現，不活躍的x和y，而不是更準確地說，x和y是改變廣泛基因表達的性染色體。 此外，Page和Sang Roman還發現，不活躍的X和Y都調節活躍X染色體上許多基因的表達，就像它們在所有常染色體上一樣。 （這是之前對非活動 x 和活動 x 之間關係的研究的擴充套件）。 總之，活躍的 X 染色體表現得像常染色體，而非活躍的 X 染色體和 Y 染色體是同一枚硬幣的兩面，既是性染色體又是基因調節因子。
佩奇 說："這些染色體在歷史上被稱為'無效'和 X 染色體'遺傳貧乏'Y染色體除了對性別分化的貢獻外，很少受到關注，因此我們震驚地看到如此廣泛的影響網路。 這些染色體包含ZFX和ZFY等基因，它們是全球基因調節因子，我認為隨著我們對它們的了解越來越多，它將徹底改變我們對人類X和Y染色體遺傳學的看法。 "
編譯**：scitechdaily