11. Х-хромосома спермия импринтирована
Геномы, привнесенные разными гаметами, поступают в зиготу с весьма различными эпигенетическими историями (рис. 15.6). Хотя Х-хромосома неактивна на ранних стадиях зародышевых клеток у обоих полов, в оогенезе эта X становится функционально активной (Fong et al., 2002; Kelly et al., 2002). Напротив, в ходе мужского мейоза Х-хромосома никогда не активируется, подвержена преждевременной конденсации и в мейозе особей ХО дополнительно обогащена H3K9me2 (рис. 15.7) (Kelly et al., 2002; Bean et al., 2004). Во время сперматогенеза модификации гистонов прогрессивно утрачиваются со всех хромосом по мере того, как они вступают в мейотические деления и становятся гиперконденсированными для упаковки в сперматиды (рис. 15.7). Предполагают, что гиперконденсация обусловлена замещением гистонов специализированными, сильно основными белками, называемыми протаминами, как это происходит и у других организмов, хотя еще и не показано у червей. Таким образом, геном спермия поступает в яйцеклетку в основном лишенным модификаций гистонов (и, вероятно, лишенным самих гистонов). Это контрастирует с хроматином ооцита, который продолжает демонстрировать значительные уровни большинства активирующих модификаций гистонов даже во время конденсации хромосом в диакинезе (рис. 15.7). Важно отметить, что РНК-полимераза отсутствует на ДНК во время созревания ооцитов и, следовательно, модификации гистонов, сохраняемые хроматином, могут отражать скорее транскрипционный «потенциал», чем транскрипционную активность. Таким образом, зигота наследует два эпигенетически различных генома и, в частности, две Х-хромосомы с очень разными транскрипционными историями — недавно активную, происходящую из ооцита Хт, и происходящую от спермия Хр с незначительной или вовсе никакой транскрипционной активностью в недавнем прошлом. Отметим, что благодаря гермафродитному способу воспроизведения С. elegans и способности гермафродитов спариваться с самцами потомки XX могут унаследовать Хр от своего родителя XX или от родителя ХО.
Вскоре после вхождения в ооцит ДНК спермия одновременно накапливает модификации гистонов и начинает деконденсироваться, образуя мужской пронуклеус. У эмбрионов XX хроматин Хр, в отличие от аутосом, не накапливает во время деконденсации ацетилирование гистона H3 или H3K4me2 (рис. 15.6) (Bean et al., 2004). Однако между Хр и аутосомами нет различий в модификациях гистона Н4. В пронуклеусе ооцита все хромосомы, включая Хт, модифицированы сходным образом и остаются такими в ходе всего эмбриогенеза. Удивительно, что специфичное для Хр отсутствие модификаций H3 поддерживается после репликации ДНК и переживает множественные циклы клеточных делений, а потому было названо «эпигенетическим импринтом». Однако постепенно этот импринт утрачивается; иначе говоря, на Хр все более и более начинают выявляться специфичные для H3 модификации, пока не исчезнут какие-либо явные различия между Хр и другими хромосомами в уровне H3K4me2 (рис. 15.6). Природа этого импринта пока еще не известна, но его постепенная реверсия на протяжении нескольких циклов клеточных делений согласуется с разбавлением этой метки, связанным с репликацией. Поскольку отсутствие модификаций ограничено специфичными для гистона H3 добавками, можно предположить, что то, что замещается, является специфичной для Хр (или более многочисленной в Хр) молекулой, подобной H3, которая либо не модифицирована, либо не способна к модификации; например, это мог бы быть вариант гистона H3. Состав и структура хроматина во время сперматогенеза в настоящее время исследуются.