Barr-ovo tijelo i polni hromatin
Stranica Numeričke hromozomske aberacije je već pomenula osnovni mehanizam: kod žena se u svakoj ćeliji jedan od dva X hromozoma trajno kondenzuje u neaktivno Barr tijelo, i baš to objašnjava zašto je aneuploidija polnih hromozoma tako blaga u poređenju sa autozomalnom. Ova stranica ide dalje - kako je taj fenomen uopšte otkriven, ko je i kako objasnio pravilo po kojem se bira koji X hromozom se gasi, koji je molekularni mehanizam iza toga, i gdje se sve klinički koristio.
Otkriće. Barr tijelo je prvi put uočeno 1949. godine (rad objavljen u Nature), kad su kanadski istraživač Murray Barr i njegov student Ewart Bertram, proučavajući jedra neurona ženki mačaka, primijetili gusto obojenu strukturu koja je potpuno odsutna kod mužjaka. U tom trenutku nisu znali šta struktura predstavlja i nazvali su je samo "nucleolar satellite". Deset godina kasnije, 1959, japanski genetičar Susumu Ohno je pokazao da je ta struktura zapravo inaktivirani X hromozom u somatskim ćelijama ženki, i nazvao je "Barr tijelo" u čast originalnog otkrića.
Lyon-ova hipoteza. Zašto se baš jedan X hromozom gasi, i kako se bira koji, ostalo je nejasno sve do 1961, kad je engleska genetičarka Mary F. Lyon predložila objašnjenje - danas poznato kao Lyon-ova hipoteza ili Lyonizacija. Lyon je proučavala "mottled" (šarene) mutantne miševe: mužjaci sa tom mutacijom su često umirali u razvoju, a preživjeli su imali bijelo krzno, dok su ženke preživljavale sa šarenim, varijegiranim krznom. Iz obrasca nasljeđivanja je zaključila da je mutacija na X hromozomu, i predložila da se kod ženki jedan od dva X hromozoma NASUMIČNO inaktivira rano u embrionalnom razvoju - a jednom kad je odluka donesena u nekoj ćeliji, svi njeni potomci nasljeđuju isti izbor, tako da taj isti X hromozom ostaje neaktivan u toj ćelijskoj liniji trajno. Kod mačaka se ovo vidi golim okom u obrascu boje krzna zvanom "tortoiseshell" (kornjačevina): ženke heterozigotne za X-vezan gen boje krzna izražavaju jednu ili drugu boju u različitim regijama tijela, zavisno od toga koji je X hromozom inaktiviran u ćeliji-precu tog dijela kože; mužjaci, sa samo jednim X hromozomom, tortoiseshell obrazac nikad ne mogu imati.
Ovaj obrazac se često pogrešno naziva mozaicizmom u strogom smislu te riječi. U stvarnosti je razlika epigenetska, ne genotipska - sve ćelije nose potpuno identičan genetski materijal (oba X hromozoma, iste sekvence DNK), mijenja se samo koji je od njih trenutno aktivan. Pravi mozaicizam (opisan na stranici o brojnim aberacijama) podrazumijeva stvarnu razliku u samoj DNK sekvenci između ćelijskih linija, nastalu mutacijom - ne samo razliku u tome koji, inače identičan, hromozom je uključen.
Molekularni mehanizam. Inaktivacija kreće iz centra X inaktivacije (Xic), regije blizu centromere koja sadrži gen Xist (X-inactive specific transcript, "X-inaktivni specifični transkript"). Xist kodira dugu nekodirajuću RNK koja doslovno obloži hromozom sa kojeg je sama prepisana i time posreduje utišavanje čitavog tog hromozoma - X hromozom kojem nedostaje Xist gen se ne može inaktivirati, a kad se aktivan Xist gen vještački ubaci na neki drugi hromozom (čak i na autozom), taj hromozom se takođe utiša. Susjedni gen Tsix djeluje suprotno: dok ostaje aktivan na budućem AKTIVNOM X hromozomu, drži nivo Xist niskim; kad utihne na budućem NEAKTIVNOM X hromozomu, Xist raste i počinje da oblaže baš taj hromozom. Xic je pritom zadužen i za "brojanje" prisutnih X hromozoma - obezbjeđuje da se inaktivacija uopšte dogodi samo kad ih ima više od jednog, i da uvijek ostane tačno jedan aktivan, bez obzira na to koliko ih je ukupno prisutno.
Drumstick u neutrofilima. Klasično Barr tijelo se vidi kao kompaktna masa uz unutrašnju membranu jedra, najlakše u epitelnim ćelijama (vidi bukalni razmaz niže). U neutrofilima - vrsti bijelih krvnih zrnaca sa izraženo režnjevitim jedrom - isti inaktivirani X hromozom poprima drugačiji, uočljiv oblik: malu izraslinu nalik bubanj-palici ("drumstick"), vidljivu u do 17% jedara ženskih neutrofila.
Broj Barr tijela naspram broja X hromozoma. Pravilo je jednostavno i dosljedno: broj Barr tijela u jedru je uvijek za jedan manji od ukupnog broja X hromozoma te ćelije, bez obzira na broj Y hromozoma. Muškarac (46,XY) nema nijedno Barr tijelo, žena (46,XX) ima jedno, osoba sa Klinefelterovim sindromom (47,XXY) ima jedno, osoba sa 47,XXX kariotipom ima dva, a osoba sa 45,X0 (Turnerov sindrom) nema nijedno, isto kao i muškarac - jedini prisutni X hromozom ostaje uvijek aktivan. Pravilo se dosljedno nastavlja i na rjeđe kariotipove: 48,XXXX ima tri Barr tijela, 48,XXXY dva, 49,XXXXY tri. Baš ovo pravilo direktno objašnjava zašto osobe sa aneuploidijom polnih hromozoma imaju blage, a ne teške posljedice - svaki dodatan X hromozom se jednostavno inaktivira, umjesto da ostane trajno "uključen" i proizvodi štetan višak genskih proizvoda.
Česta zabuna
Kao što je gore pomenuto, tortoiseshell obrazac kod mačaka (i, analogno, varijabilna ekspresija X-vezanih osobina kod žena) se često naziva "mozaicizmom", ali to je netačno u strogom genetičkom smislu. X-inaktivacija je epigenetska promjena - genotip ostaje identičan u svim ćelijama - dok pravi mozaicizam podrazumijeva stvarnu razliku u DNK sekvenci nastalu mutacijom poslije oplođenja.
Druga česta zabuna je da X-inaktivacija u potpunosti izjednačava dozu gena i da zato osobe sa atipičnim brojem X hromozoma (Turnerov, Klinefelterov sindrom) uopšte ne bi trebalo da imaju simptome. U stvarnosti inaktivacija nije potpuna: i do jedne četvrtine gena na inaktivnom X hromozomu "izbjegava" utišavanje i ostaje eksprimirano (naročito geni u pseudoautozomnim regijama, koje dijele sekvencu sa Y hromozomom). Upravo ti geni koji izbjegavaju inaktivaciju su razlog zašto Turnerov i Klinefelterov sindrom uopšte imaju kliničke posljedice, iako teorija "jedan aktivan X po ćeliji" sugeriše da bi doza trebalo da bude izjednačena.
Klinička korelacija
Otkriće Barr tijela je 1955. dovelo i do prve praktične kliničke primjene: Barr je, u saradnji sa K.L. Moore-om, razvio bukalni razmaz (buccal smear) test - neinvazivnu metodu koja iz ćelija unutrašnje obloge usta detektuje prisustvo ili odsustvo Barr tijela, i time daje brz, jednostavan uvid u broj X hromozoma bez potrebe za punim kariotipom.
Obavezna verifikacija pola sportistkinja prije učešća na IAAF i IOC takmičenjima postojala je od 1958. do 1992, isprva raznim, manje pouzdanim metodama; ista bukalna metoda je od 1967. (prvi put sprovedena na Evropskom kupu u atletici u Kijevu) preuzela ulogu konkretnog hromozomskog testa. Test je bio zamišljen kao jednostavan dokaz prisustva XX hromozoma, ali je imao ozbiljan nedostatak: mjerio je samo genetski marker, ne stvaran fenotip, hormonski status ni atletsku sposobnost, pa je pogrešno isključivao žene sa određenim interseks stanjima koje nemaju tipičan XX kariotip. Slučaj trkačice Marije Hoze Martinez-Patinjo, koja 1985. nije prošla verifikaciju uprkos ranije uspješno položenom testu, i advokatura genetičara Alberta de la Šapela u njenu korist, doveli su 1988. do njenog vraćanja u takmičenje i pokrenuli širu kritiku metode. IAAF je prestao sa masovnim skriningom 1992, IOC je iste godine prešao na precizniji PCR test, a odluku o potpunom ukidanju obavezne polne verifikacije donio je 1999.
Izvori
- OpenStax Biology, 1. izdanje (2016), pog. 13.2 (Chromosomal Basis of Inherited Disorders) - primjer tortoiseshell mačaka kao vizuelna ilustracija X-inaktivacije
- Wikipedia: Barr body - primarni izvor za istoriju otkrića (Barr, Bertram, Ono), Lyon-ovu hipotezu, formulu broja Barr tijela po kariotipu, i istoriju bukalnog razmaza
- Wikipedia: X-inactivation - primarni izvor za Xist/Tsix/Xic mehanizam, razliku X-inaktivacije od mozaicizma, i gene koji izbjegavaju inaktivaciju
- Wikipedia: Neutrophil - jedini izvor za "drumstick" oblik polnog hromatina u neutrofilima
- Wikipedia: Sex verification in sports - primarni izvor za istorijsku sportsku upotrebu testa, slučaj Martinez-Patinjo, i napuštanje prakse
- Wikipedia: Murray Barr, Mary F. Lyon - biografski podaci
