คนเกิดวันพุธ ความทุกข์โถมทับทวี
น้องแมวสามสีกับความลับของโครโมโซม X

เชื่อว่าทุกคนคงเคยเห็นแมวสามสี ดำ-ส้ม-ขาว (ฝรั่งเรียกว่า tortoiseshell cats หรือ calico cats) น่ารักน่าชังแบบดังรูป แมวสามสีดังกล่าวเป็นผลลัพธ์ของการแสดงออกของยีนและวิวัฒนาการของโครโมโซม X อันสลับซับซ้อน หากมีความช่างสังเกตอีกสักนิด แมวสามสีดังกล่าวส่วนใหญ่มักจะเป็นเพศเมีย ส่วนเพศผู้นั้นแทบจะไม่พบเลย เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น วันนี้จขบ.มีคำอธิบายครับ




ในรูปคือ ทามะจัง แมวประจำสถานีรถไฟของญี่ปุ่น น่ารักเป็นที่สุด



ก่อนอื่นต้องขอทบทวนความรู้ชีววิทยาก่อน เป็นที่ทราบกันดีว่า เพศในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงถูกกำหนดโดยโครโมโซมเพศ สำหรับเซลล์มนุษย์ประกอบด้วยโครโมโซม 23 คู่ เป็นโครโมโซมร่างกาย (autosomal chromosome) 22 คู่ และโครโมโซมเพศอีก 1 คู่ (sex chromosome) XX ในเพศหญิงและ XY ในเพศชาย

นอกจากระบบโครโมโซม X-Y ซึ่งพบในแมลงบางชนิดและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมรวมถึงมนุษย์แล้ว ยังมีระบบอื่นๆเช่น ระบบ X-O ที่พบในแมลงสาบ จิ้งหรีด หรือแมลงชนิดอื่นๆ (XO = เพศผู้, XX = เพศเมีย) ระบบ Z-W ในสัตว์ปีกและปลาบางชนิด (ZZ = เพศผู้, ZW = เพศเมีย) และระบบ haploid-diploid ในผึ้งและมดที่มีลักษณะสังคมแบบ polyandry-มากผัวหนึ่งเมีย (เพศเมียเป็น diploid-มีโครโมโซมสองชุด เพศผู้เป็น haploid-มีโครโมโซมชุดเดียว)





สำหรับในมนุษย์ที่โครโมโซมเพศเป็นระบบ X-Y เราแต่ละคนได้รับโครโมโซมเพศแต่ละแท่งจากพ่อและแม่ เพศของเราถูกกำหนดโดยโครโมโซมในอสุจิของพ่อที่เข้ามาผสมกับไข่สำเร็จ ว่าเป็นโครโมโซม X หรือ Y (เนื่องจากโครโมโซมในไข่จากแม่เป็นโครโมโซม X เสมอ) โครโมโซม X และ Y มียีนเป็นองค์ประกอบที่แตกต่างกัน โดยโครโมโซม X มี 1,000 ยีน โครโมโซม Y มีเพียง 45 ยีน ความแตกต่างของยีนดังกล่าวทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างเพศชายและหญิง

ประเด็น ที่น่าสนใจคือ ในเมื่อเพศหญิงมีโครโมโซมเป็น XX และเพศชายมีโครโมโซมเป็น XY ดังนั้นเพศหญิงจะมีการแสดงออกของยีนบนโครโมโซม X เป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับเพศชาย (เพราะมีโครโมโซม X มากกว่าอยู่หนึ่งแท่ง) ถูกต้องหรือไม่? คำตอบคือไม่ใช่

แม้เพศหญิงจะมีโครโมโซม X อยู่ถึงสองแท่ง แต่แท่งหนึ่งในสองนั้นจะไม่ทำหน้าที่หรืออยู่ในสภาพ inactive ระหว่างการเจริญเติบโตของเอ็มบริโอ ดังนั้นทั้งเพศชายและหญิงจึงเท่าเทียมกันในแง่นี้ กล่าวคือทั้งสองเพศมีโครโมโซม X ที่ทำงานเพียงแท่งเดียว…หรือมองกลับกันคือ เพศหญิงเสียเปรียบ มีโครโมโซม X สองแท่งแต่กลับทำงานแค่แท่งเดียว แต่ความจริงไม่ใช่หรอกครับ การที่มียีนทำงานมากเกินไปก็ใช่ว่าจะดี หากโครโมโซม X ทำงานทั้งสองแท่งเท่ากับต้องใช้ทรัพยากรในการแสดงออกของยีนเป็นสองเท่า โปรตีนผลผลิตที่ได้ก็เป็นสองเท่าซึ่งอาจไม่จำเป็นและทำให้เกิดความไม่สมดุล ระหว่างเพศชาย-หญิง

กระบวนการที่ทำให้โครโมโซม X แท่งหนึ่งหมดหน้าที่ไปเรียกว่า X chromosome inactivation (XCI) ซึ่งควบคุมด้วยยีนสองชนิดคือ XIST และ TSIX (ชื่อกลับด้านกันเนื่องจากยีนทั้งสองมีลำดับพันธุกรรมกลับกันจากหน้าไปหลัง) โครโมโซมแท่งที่ไม่ทำงานจะถูกกำจัดออกมองเห็นเป็นจุดดำตรงขอบด้านในของ นิวเคลียสเรียกว่า Barr body ยีนที่อยู่ใน Barr body นี้จะไม่ทำหน้าที่ (มีข้อยกเว้น บางยีนจะแสดงออกได้ด้วยกระบวนการที่เรียกว่า escape X inactivation ซึ่งซับซ้อนและไม่กล่าวถึงในที่นี้) แต่จะ active ขึ้นมาอีกครั้งในเซลล์ที่จะเจริญไปเป็นไข่ในรังไข่




ถึงตอนนี้หลายๆท่านคงเริ่มงงแล้วว่าที่พูดมาทั้งหมด นี้มันเกี่ยวอะไรกับแมวสามสี ใจเย็นๆครับเรากำลังเข้าประเด็นแล้วการศึกษาของ Mary Lyon, 1961 แสดงให้เห็นว่าในกระบวนการ X chromosome inactivation นั้น โครโมโซม X แท่งใดจะ inactive หรือกลายเป็น Barr body เกิดขึ้นแบบสุ่ม (Random X inactivation) ในแต่ละเซลล์ในช่วงแรกของการเจริญพัฒนาของเอ็มบริโอ

ดัง นั้นโครโมโซม X ที่ไม่ทำงานอาจเป็นโครโมโซมที่มาจากอสุจิของพ่อหรือโครโมโซมจากไข่ของแม่ก็ ได้ นอกจากนี้ เซลล์ที่เกิด X chromosome inactivation เมื่อมีการแบ่งตัวแบบไมโทซิส (mitosis-การแบ่งเซลล์ที่จำนวนชุดโครโมโซมยังคงเท่าเดิม) ต่อไป กลุ่มเซลล์ต่อมาจะมี inactive X chromosome แท่งเดียวกันทั้งหมด

กลับ มาที่น้องแมวสามสีนะครับ ขนสีดำและสีส้มเป็นลักษณะการแสดงที่ถูกควบคุมโดยยีนบนโครโมโซม X อัลลีลหนึ่งควบคุมการแสดงออกขนสีดำ อีกอัลลีลหนึ่งควบคุมการแสดงออกขนสีส้ม (ส่วนสีขาวถูกควบคุมด้วยยีนอีกตำแหน่งหนึ่ง) พิจารณาเฉพาะน้องแมวสามสีเพศเมีย สมมติว่าน้องแมวดังกล่าวเป็น heterozygous คืออัลลีลบนโครโมโซมทั้งสองแท่งแตกต่างกัน แท่งหนึ่งมีอัลลีลสีดำ อีกแท่งหนึ่งมีอัลลีลสีส้ม

เนื่องจากกระบวน การ X chromosome inactivation ทำให้โครโมโซม X แท่งหนึ่งไม่ทำงาน ดังนั้นน้องแมวจึงควรจะมีเพียงสีใดสีหนึ่งระหว่างสีดำกับสีส้มถูกไหมครับ? คำตอบคือไม่ถูก(อีกแล้ว)





ดังที่กล่าวมาแล้ว ตามการศึกษาของ Lyon การที่โครโมโซม X แท่งหนึ่งจะไม่ทำงานในเซลล์หนึ่งนั้นเป็นไปแบบสุ่ม และเซลล์ที่แบ่งตัวมาจากเซลล์ที่เกิด X chromosome inactivation ก็จะมี inactive X chromosome แท่งเดียวกันทั้งหมด ดังนั้นเซลล์ในร่างกายของน้องแมวจึงมีการผสมปนเปกันระหว่างเซลล์ที่มี โครโมโซม X ควบคุมสีดำและเซลล์ที่มีโครโมโซม X ควบคุมสีส้ม น้องแมวจึงมีสีออกกระดำกระด่างดังรูป (แต่สำหรับจขกท.เห็นว่าน่ารักที่ซู้ด ถ้าเห็นเมื่อไรต้องรีบวิ่งเข้าไปอุ้มอย่างแน่นอน)

ทั้งนี้กรณีที่ กล่าวมาทั้งหมดคือกรณีของแมวสามสีเพศเมีย ถามว่าแมวสามสีเพศผู้ล่ะมีบ้างไหม ก็ตอบว่ามีเช่นกันครับ ตามหลักการ แมวเพศผู้จะมีโครโมโซมเพศเป็น XY โดยได้รับโครโมโซม X จากแม่และโครโมโซม Y จากพ่อ ดังนั้นมันควรจะมีสีใดสีหนึ่งเท่านั้นระหว่างสีดำกับสีส้ม สำหรับแมวสามสีเพศผู้นั้นนับว่าเป็นกรณีที่หาได้ยากยิ่งจะมีโครโมโซมแบบ XXY ครับ ซึ่งถือเป็นความผิดปกติ แต่ยังคงแสดงออกลักษณะทางเพศผู้ได้

อีก ปรากฏการณ์หนึ่งที่อธิบายได้ด้วย Random X inactivation ก็คืออาการต่อมเหงื่อไม่เจริญในคน ซึ่งเป็นโรคทางพันธุกรรม โรคดังกล่าวถูกควบคุมโดยยีนบนโครโมโซม X แต่พบว่าผู้หญิงที่เป็น heterozygous จะมีทั้งต่อมเหงื่อที่ทำงานได้และทำงานไม่ได้





อธิบายให้ลึกลงไปอีก (ถึงตรงนี้ท่านที่ไม่มีความรู้เรื่องอณูชีววิทยามากพอหรืออ่านแล้วรู้สึกปวด หัวเป็นอย่างยิ่ง สามารถข้ามไปได้ครับ) X chromosome inactivation ถูกควบคุมโดยยีน XIST และ TSIX ดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้น

X-inactive specific transcript (XIST) เป็นยีนที่มีการแสดงออกในโครโมโซม X ที่ไม่ทำงาน ซึ่งมีลักษณะดังต่อไปนี้

- XIST เป็นยีนที่มีการถอดรหัสเป็น RNA แต่ไม่ได้ถอดรหัสเป็นโปรตีน (noncoding RNA)
- XIST RNA จะถูกแสดงออกเฉพาะเซลล์ที่มีโครโมโซม X สองแท่งขึ้นไป ดังนั้นจึงไม่มีการแสดงออกในเพศชาย
- XIST RNA จะปกคลุมบนโครโมโซม X แท่งที่มีการถอดรหัสมัน
- XIST RNA จะถูกแสดงออกในโครโมโซม X ที่ไม่ทำงาน


TSIX เป็นยีนที่ถอดรหัสได้ noncoding RNA เหมือน XIST แต่ตรงข้ามกันคือ TSIX จะถูกแสดงออกในโครโมโซม X ที่ทำงาน เชื่อว่า TSIX ทำงานในเชิงตรงข้ามกับ XIST เพื่อป้องกันการเกิด X-inactivation ทั้งสองแท่งของโครโมโซม





น้องแมวสามสี เห็นน่ารักเช่นนี้กลับบรรจุความอัศจรรย์อันมากมายเกี่ยวกับโครโมโซม X เอาไว้ ซึ่งก็ยังคงมีปริศนาอีกมากมายที่นักวิทยาศาสตร์ต้องศึกษาต่อไป เป็นต้นว่า เซลล์มีกลไกอย่างไรในการนับจำนวนโครโมโซม X อย่างแม่นยำ? ทำไม noncoding RNA จึงส่งผลอย่างมากในกระบวนการ X chromosome inactivation? ยีนสำคัญบางยีน”หลบหนี”จากกระบวนการ X chromosome inactivation ได้อย่างไร? ก็เป็นสิ่งที่น่าศึกษาวิจัยกันต่อไปครับ

ปล.ตอนแรกสุด ตั้งใจจะเขียนเรื่องกระบวนการหดสั้นลงของ chromosome Y ซึ่งอาจทำให้มนุษย์เพศชายสูญพันธุ์ในอนาคตอีกประมาณห้าล้านปีข้างหน้า แต่ค้นคว้าข้อมูลแล้วมึนหัวเป็นอย่างยิ่ง ต้องใช้เวลาอ่านอีกมาก จึงเปลี่ยนมาเขียนเรื่องง่ายๆอย่างน้องแมวสามสีแทนครับ -_-“







References

Ahn, J. & Lee, J. X chromosome: X inactivation. Nature Education. 2008; 1(1).

Graves JA. Sex chromosome specialization and degeneration in mammals. Cell. 2006 Mar 10;124(5):901-14.

Heard E, Disteche CM. Dosage compensation in mammals: fine-tuning the expression of the X chromosome. Genes Dev. 2006 Jul 15;20(14):1848-67.



Create Date : 14 ธันวาคม 2552
Last Update : 14 ธันวาคม 2552 12:25:18 น. 0 comments
Counter : 6923 Pageviews.

ชื่อ : * blog นี้ comment ได้เฉพาะสมาชิก
Comment :
  *ส่วน comment ไม่สามารถใช้ javascript และ style sheet
 

มีชีวิตบนดาวอังคารหรือเปล่านะ
Location :


[Profile ทั้งหมด]

ให้ทิปเจ้าของ Blog [?]
ฝากข้อความหลังไมค์
Rss Feed
Smember
ผู้ติดตามบล็อก : 17 คน [?]






....โลกมนุษย์นี้ไม่มีที่แน่นอน
ประเดี๋ยวเย็นประเดี๋ยวร้อนช่างแปรผัน
โชคหมุนเวียนเปลี่ยนไปได้ทุกวัน
สารพันหาอะไรไม่แน่นอน
ชีวิตเหมือนเรือน้อยล่องลอยอยู่
ต้องต่อสู้แรงลมประสมคลื่น
ต้องทนทานหวานสู้อมขมสู้กลืน
ต้องจำฝืนสู้ภัยไปทุกวัน
เป็นการง่ายยิ้มได้ไม่ต้องฝืน
เมื่อชีพชื่นเหมือนบรรเลงเพลงสวรรค์
แต่คนที่ควรชมนิยมกัน
ต้องใจมั่นยิ้มได้เมื่อภัยมา


พันตรีหลวงวิจิตรวาทการ





เขามีส่วนเลวบ้างช่างหัวเขา
จงเลือกเอาสิ่งที่ดีเขามีอยู่
เป็นประโยชน์โลกบ้างยังน่าดู
เรื่องที่ชั่วอย่าไปรู้ของเขาเลย
จะหาคนที่มีดีเพียงส่วนเดียว
อย่าเที่ยวเสาะหาสหายเอ๋ย
เหมือนเที่ยวหาหนวดเต่าตายเล่าเอย
ฝึกให้เคยมองแต่ดีมีคุณจริง

หลวงพุทธทาส





ชีวิตใกล้ปัจฉิมวัย ไม่เป็นไปตามแผนการเมื่อปฐมวัย อะไรที่ยิ่งใหญ่เมื่อเช้า เป็นของเล็กน้อยเมื่อเย็น อะไรที่เป็นสัจจะเมื่อแดดจ้า กลายเป็นมายาเมื่อยามพลบ

We cannot live the afternoon if life
according to the program on life’s morning; for what was great in the morning will be little at evening, and what in the morning was true will at evening have become a lie.



C.G. Jung.




Group Blog
 
All Blogs
 
Friends' blogs
[Add มีชีวิตบนดาวอังคารหรือเปล่านะ's blog to your web]
Links
 

MY VIP Friend

 Pantip.com | PantipMarket.com | Pantown.com | © 2004 BlogGang.com allrights reserved.