Τι είναι η Δοσολογία Γονιδίων;

Η δοσολογία γονιδίου αναφέρεται στον αριθμό των αντιγράφων ενός γονιδίου που υπάρχει στο γονιδίωμα ενός οργανισμού ή στην πλήρη «βιβλιοθήκη» γενετικών πληροφοριών. Πολλοί οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, αποθηκεύουν γενετικές πληροφορίες σε ζευγαρωμένα χρωμοσώματα. Κάθε μέλος ενός ζεύγους χρωμοσωμάτων συνεισφέρει μια «ενιαία δόση» των γονιδίων που περιέχονται σε αυτό το χρωμόσωμα. Τα φυλετικά χρωμοσώματα, ωστόσο, τείνουν να διαφέρουν μεταξύ αρσενικών και θηλυκών. Τα ανθρώπινα αρσενικά έχουν ένα μόνο χρωμόσωμα Χ και ένα μόνο χρωμόσωμα Υ ενώ τα ανθρώπινα θηλυκά έχουν ένα ζεύγος χρωμοσωμάτων Χ. Υπάρχουν διάφορες ρυθμιστικές διαδικασίες γνωστές ως «αντιστάθμιση δόσης» για να διασφαλιστεί ότι η γονιδιακή δόση παραμένει στα σωστά επίπεδα τόσο στους άνδρες όσο και στις γυναίκες παρά τη γενετική ανισορροπία που προκαλείται από διαφορετικά γονίδια.

Σε γενικές γραμμές, περισσότερα αντίγραφα ενός γονιδίου – ή υψηλότερη δόση γονιδίου – θα οδηγήσουν σε αυξημένη έκφραση των πρωτεϊνών για τις οποίες κωδικοποιούν τα γονίδια. Σε σημαντικό βαθμό, ωστόσο, τα γονίδια στα αρσενικά και θηλυκά φυλετικά χρωμοσώματα εκφράζονται σε συγκρίσιμα επίπεδα παρά τη διαφορά στη δοσολογία των γονιδίων. Εάν δεν συνέβαινε αυτό, τα θηλυκά με τα δύο χρωμοσώματά τους Χ θα μπορούσαν να υπερεκφράζουν ορισμένα γονίδια ή τα αρσενικά με τα μεμονωμένα χρωμοσώματα Χ και μεμονωμένα Υ θα μπορούσαν να υποεκφράζουν ορισμένα γονίδια. Οποιαδήποτε από αυτές τις εναλλακτικές λύσεις θα μπορούσε να προκαλέσει σοβαρές μεταλλάξεις ή θάνατο, επομένως είναι σημαντικό τα γονίδια να εκφράζονται σε συγκρίσιμα επίπεδα παρά τη διαφορά στη δοσολογία των γονιδίων.

Ένα σύνολο ρυθμιστικών μηχανισμών και διαδικασιών γνωστών ως αντιστάθμιση δόσης είναι υπεύθυνες για τη διατήρηση της έκφρασης των γονιδίων σε κατάλληλα επίπεδα. Διαφορετικοί οργανισμοί έχουν διαφορετικά μέσα ρύθμισης της έκφρασης των γονιδίων τους και μερικοί χρησιμοποιούν ακόμη και πολλαπλές μεθόδους αντιστάθμισης δοσολογίας. Η γονιδιακή έκφραση στα ανθρώπινα θηλυκά ρυθμίζεται μέσω της αδρανοποίησης Χ, μέσω της οποίας ένα από τα δύο χρωμοσώματα Χ της γυναίκας γίνεται ένα ανενεργό «σώμα Barr». Το αποτέλεσμα της αδρανοποίησης Χ είναι ότι τα αρσενικά και τα θηλυκά έχουν μόνο ένα μόνο χρωμόσωμα Χ που στην πραγματικότητα εκφράζει τις γενετικές του πληροφορίες και συμβάλλει στη δοσολογία των γονιδίων.

Σε ορισμένους οργανισμούς, όπως η μύγα των φρούτων ή η Drosophila melanogaster, η έκφραση των γονιδίων στο ανδρικό χρωμόσωμα Χ διπλασιάζεται για να ταιριάζει με τη γονιδιακή δόση των δύο χρωμοσωμάτων Χ του θηλυκού. Ο στρογγυλός σκώληκας, ή C. elegans, παρουσιάζει μια ενδιαφέρουσα περίπτωση, καθώς υπάρχει πιο συχνά ως ερμαφρόδιτος με δύο χρωμοσώματα Χ, αν και μερικά έχουν μόνο ένα μόνο φυλετικό χρωμόσωμα, το Χ, και ταξινομούνται ως αρσενικό. Η αντιστάθμιση της δόσης στο C. elegans έχει ως αποτέλεσμα τη μερική καταστολή της έκφρασης γονιδίων και στα δύο χρωμοσώματα Χ στους ερμαφρόδιτους.