Jak samce komarów kompensują posiadanie tylko jednego chromosomu X

Większość ludzi zgodzi się, że komary należą do najbardziej irytujących gatunków na naszej planecie. Nie pozwalają nam zasnąć przez całą noc swoimi jęczącymi i trzepoczącymi skrzydłami, a jednocześnie szukają sposobu, aby nas ugryźć i wyssać naszą krew. Jednak komary to coś więcej niż tylko utrapienie – mogą również przenosić całą masę poważnych, czasem śmiertelnych chorób. Jedną z najniebezpieczniejszych chorób przenoszonych przez komary jest malaria – choroba, która dotyka miliony ludzi i powoduje co roku setki tysięcy zgonów, głównie w krajach afrykańskich. Malaria jest wywoływana przez pasożyty Plasmodium, które rozprzestrzeniają się poprzez ukąszenia komarów, szczególnie komarów bagiennych (Anopheles). Co ważne, gryzą tylko samice komarów, ponieważ do produkcji jaj potrzebują składników odżywczych z krwi. Naukowcy są zatem zainteresowani zrozumieniem mechanizmów odpowiedzialnych za różnice molekularne między samcami i samicami komarów, ponieważ mogłoby to pomóc nam w opracowaniu nowych sposobów zwalczania malarii.

Podobnie jak u ludzi, płeć komara zależy od chromosomów płci: kobiety mają dwa chromosomy X (XX), podczas gdy mężczyźni mają chromosomy X i Y (XY). Może to być problematyczne, ponieważ mężczyźni mają tylko połowę liczby genów chromosomu X w porównaniu z kobietami, a zatem mają tylko połowę ilości białek z chromosomu X. Aby to zrekompensować, musi istnieć sposób na zwiększenie ekspresji genów chromosomu X u mężczyzn. Nikt jednak nie wiedział, jaki mechanizm ten może działać u komarów.

Badania zainicjowała Agata Kalita z grupy dr Claudii Keller Valsecci, która jest pierwszą autorką badania i jest finansowana ze stypendium Boehringer Ingelheim Fonds (BIF). Współpracowali z grupami dr Marii Felicji Bazylikaty z Centrum Medycznego Uniwersytetu w Moguncji, dr Erica Maroisa z Uniwersytetu w Strasburgu we Francji i profesora Franjo Weissinga z Uniwersytetu w Groningen w Holandii. Wspólnie naukowcy odkryli, że białko SOA (aktywacja chromosomów płciowych) jest kluczowym regulatorem równoważącym ekspresję genów chromosomu X u samców komarów. Odkryli, że SOA działa poprzez wiązanie się z genami chromosomu X i zwiększanie ich ekspresji, ale tylko u mężczyzn. Z drugiej strony samice komarów wytwarzają tylko niewielką ilość bardzo krótkiego, niefunkcjonalnego SOA.

Kalita tak skomentowała badanie: „Zrównoważenie ekspresji genów na chromosomach płciowych jest niezbędne do rozwoju niektórych gatunków. Jednak inne nie mają w ogóle takiego mechanizmu. Nieoczekiwanie odkryliśmy, że u komarów równoważenie ekspresji chromosomu X przez SOA nie jest konieczne rozwoju, ale daje mężczyznom przewagę”. Keller Valsecci dodał: „To ważna wskazówka dotycząca tego, jak mogły w ogóle ewoluować mechanizmy równoważące ekspresję genów na chromosomach płciowych”. Bazylikata, współautorka, podkreśliła: „Zrozumienie zasad molekularnych działających na chromosomy płciowe pomoże nam zrozumieć różnice między mężczyznami i kobietami w różnych patologiach człowieka”.

Odkrycia grup, które opublikowano w czasopiśmie Nature, stanowią ważny krok naprzód w zrozumieniu sposobu, w jaki ekspresja genów jest zrównoważona na chromosomach płci. Naukowcy spekulują, że manipulowanie genetyczne genami wpływającymi wyłącznie na jedną płeć może być użyteczną strategią zmniejszania liczby samic komarów wysysających krew, co byłoby ogromnym dobrodziejstwem w walce z malarią.

Za udział w badaniu Agata Kalita otrzymała wyróżnienie w konkursie International Birnstiel Award for Doctoral Research in Molecular Life Sciences 2023.