Chromozom Y je jedním ze dvou pohlavních chromozomů u lidí a většiny ostatních savců. (Druhý je chromozom X.) Je součástí systému určování pohlaví XY. Obsahuje geny, které způsobují vývoj varlat, a tím určují mužství.
U lidí chromozom Y pokrývá 23 milionů párů bází (stavebních kamenů DNA) a představuje přibližně 0,38% celkové DNA v buňkách. Lidský chromozom Y obsahuje pouze 78 genů, které zase kódují pouze 23 odlišných proteinů. Tento vztah je typický tím, že chromozomy Y většiny druhů obsahují nejméně genů ze všech chromozomů.
Vzhledem k tomu, že chromozom Y se v průběhu času mění relativně pomalu a prochází pouze po přímé mužské linii, může být použit ke sledování otcovské linie. Obsahuje také nejnižší počet známých genetických onemocnění (celkem 44) souvisejících s lidmi.
Každý člověk má obvykle v každé buňce jeden pár pohlavních chromozomů. Obecně platí, že chromozom Y je přítomen u mužů, kteří mají jeden chromozom X a jeden chromozom Y, zatímco ženy mají dva chromozomy X. Existují však výjimky, kde tomu tak není, podrobnosti viz Intersex. Mnoho genů na chromozomu Y se podílí na mužském pohlavním určení a vývoji; nejdůležitější z nich je gen SRY, který zřejmě určuje pohlaví u primátů. (Jiní savci mohou používat jiný gen.)
Lidský chromozom Y není schopen se rekombinovat s chromozomem X, s výjimkou malých kousků na koncích, které tvoří asi 5% délky chromozomu. V této oblasti se nachází asi 56 (72%) genů chromozomu Y a v důsledku toho jsou společné mezi oběma pohlavními chromozomy.
Mnoho chladnokrevných obratlovců nemá pohlavní chromozomy. Pokud mají různá pohlaví, pohlaví je určeno spíše ekologicky než geneticky. U některých z nich, zejména u plazů, závisí pohlaví na inkubační teplotě, jiní jsou hermafroditi.
Chromozomy X a Y se rozdělily asi před 350 miliony let, kdy si nějaký plaz vyvinul gen, díky němuž jsou všichni jeho majitelé samci. Z chromozomu s tímto genem se stal chromozom Y a podobný chromozom bez něj se stal chromozomem X. Takže zpočátku byly chromozomy X a Y téměř stejné. Geny, které byly prospěšné pro samce a škodlivé pro samice (mužské geny), se buď přesunuly do chromozomu Y, nebo se v něm vyvinuly. To bylo prospěšné pro obě pohlaví.
Nicméně rekombinace mezi chromozomy X a Y byla škodlivá, protože poskytovala samcům bez některých mužských genů nebo samicím některé mužské geny. V důsledku toho se mužské geny shromáždily kolem genu určujícího pohlaví, aby to bylo méně pravděpodobné. Později se chromozom Y změnil tak, že oblasti kolem genu určujícího pohlaví zcela ztratily schopnost rekombinovat se s chromozomem X.
Časem větší a větší plochy ztratily schopnost rekombinovat se s chromozomem X. Bez rekombinace je však těžké se škodlivých mutací zbavit. Proto škodlivé mutace stále více poškozovaly mužské geny, až některé přestaly fungovat a staly se genetickým odpadem. Nepotřebné geny byly poté odstraněny z chromozomu Y.
Výsledkem tohoto procesu je, že u člověka není 95% chromozomu Y schopno se rekombinovat a u některých jiných zvířat je degradace chromozomu Y ještě závažnější. Například chromozom Y u klokanů obsahuje pouze gen SRY.
U lidí a některých dalších primátů je chromozom Y schopen se „rekombinovat“ sám se sebou (viz níže). Tento proces, nazývaný genová konverze, může zpomalit proces degradace.
Onemocnění spojená s chromozomy Y
Žádné životně důležité geny nesídlí pouze na chromozomu Y, protože 50% lidí nemá chromozomy Y. Jediná dobře definovaná lidská nemoc spojená s vadou chromozomu Y je vadný vývoj varlat (v důsledku delece nebo škodlivé mutace SRY. To má za následek změnu pohlaví, takže člověk s karyotypem XY má ženský fenotyp (tj. narodí se jako žena). Nedostatek druhého X má za následek její neplodnost.
Je však možné, že abnormální počet (aneuploidie) chromozomů Y způsobí problémy.
Syndrom 47,XYY je způsoben přítomností jedné kopie chromozomu Y navíc v každé mužské buňce. Muži se syndromem 47,XYY mají jeden chromozom X a dva chromozomy Y, celkem tedy 47 chromozomů na buňku. Výzkumníci si zatím nejsou jisti, proč je jedna kopie chromozomu Y navíc spojována s vysokou postavou a problémy s učením u některých chlapců a mužů. Tyto účinky jsou variabilní a často minimální nebo nezjistitelné. Když byly v 60. letech poprvé provedeny průzkumy chromozomů, bylo zjištěno, že vyšší než očekávaný počet mužů ve věznicích má navíc chromozom Y, takže se na chvíli mělo za to, že předurčuje chlapce k asociálnímu chování (a byl přezdíván „kriminální karyotyp“). Lepší populatonové průzkumy od té doby prokázaly, že asociace byla jednoduše taková, že chlapci a muži s poruchami učení jsou statisticky pravděpodobnější, že stráví nějaký čas ve vězení, a že neexistuje žádná jiná nezávislá statistická asociace s extra Y. „Kriminální karyotyp“ je nepřesný a zastaralý.
Větší stupně polysomie chromozomu Y (např. XYYYY) jsou velmi vzácné. Vzácně mohou mít samci více než jednu kopii chromozomu Y navíc v každé buňce (polysomie Y). Extra genetický materiál v těchto případech může vést ke kosterním abnormalitám, snížení IQ a opožděnému vývoji, ale rysy těchto stavů jsou variabilní.
Existují také problémy, které vyplývají z neúplného chromozomu Y: obvyklý karyotyp je v těchto případech 46X, plus fragment Y. To obvykle vede k defektnímu vývoji varlat, takže dítě může, ale nemusí mít plně vyvinuté mužské genitálie uvnitř nebo navenek. Může se objevit celá škála nejednoznačnosti struktury, zvláště pokud je přítomna mozaika. Když je fragment Y minimální a nefunkční, dítě je obvykle dívka s rysy Turnerova syndromu, ale s rizikem malignity.
Klinefelterův syndrom (47, XXY) není aneuploidií chromozomu Y, ale extra chromozom X má obvykle za následek defektní postnatální testikulární funkci. Zdá se, že to není způsobeno přímou interferencí s expresí genů Y a mechanismus není plně pochopen.
Oprava chromozomu Y
Chromozomy mají robustní a přesné opravné mechanismy. Časem dochází k náhodným chybám – mutacím – ve všech chromozomech a je známo, že existence nějakého vysoce přesného opravného mechanismu je nezbytná pro přežití chromozomu, a tedy i druhu nesoucího chromozom.
Primární opravný mechanismus je závislý na tom, že všichni lidé obdrží od každého chromozomu dvě sady, jednu od matky a jednu od otce. Postupem času dochází k poškození, ale zároveň dvojice chromozomů vymění poškozené geny a nahradí je kopií nepoškozených genů. Genové sekvence na chromozomech se fixují podle šablony na homologním chromozomu. Tato opravná technika se nazývá rekombinace a opravuje velké množství chyb. Chyby, které tato technika nezachytí, jsou časem přirozeným výběrem odstraněny. Donedávna byly takové mechanismy opravy chyb známé u všech chromozomů u lidí, s výjimkou chromozomu Y.
Zatímco ženy mají dva chromozomy X, muži mají pouze jeden chromozom Y (a jeden chromozom X.) Bez homologního chromozomu nemůže chromozom Y tento opravný mechanismus využít. Má se za to, že když se poprvé vyvinuly pohlavní chromozomy, byl v podstatě jen jeden typ. Ten se postupem času rozdělil na chromozomy X a Y, z nichž každý měl zhruba 1000 genů kódujících proteiny. Jak se v průběhu času rozdělovaly, chromozom Y se výrazně lišil od chromozomu X, takže nemohl vyměňovat geny. Jako takový se bez tehdy existujícího opravného mechanismu v průběhu času v chromozomu Y nahromadily chyby a výmazy. V průběhu času bylo mnoho genů chromozomu Y poškozeno a poté ztraceno.
Vzhledem k tomu, že chromozom Y neměl stejné zařízení pro opravu chyb, jako mají všechny ostatní chromozomy, vyvolalo to rozsáhlé spekulace, že v tomto chromozomu vůbec žádné zařízení pro opravu chyb neexistuje. Bez takového zařízení by náhodné chyby v kopírování logicky a nevyhnutelně způsobily zničení a zmizení chromozomu Y u všech zvířat. Postupem času se totiž zdá, že chromozom Y skutečně ztratil mnoho ze svého původního materiálu DNA a stal se mnohem menším.
Pokud by tyto škody a ztráty pokračovaly v nezmenšené míře, vedlo by to k vymizení všech samců v jakémkoli unisexuálním druhu, v němž jsou samci heterogametickým pohlavím, včetně lidí. V důsledku toho by jediný druh, který by dlouhodobě přežil, byly ty druhy, u nichž by se buď vyvinula pouze samičí metoda reprodukce, nebo by používaly jiný mechanismus určování pohlaví. Tato argumentace však byla založena na jediném předpokladu, že nedostatek znalostí o opravě chromozomu Y znamená, že žádný možný mechanismus opravy nemůže existovat. Ukázalo se, že tento předpoklad byl v roce 2003 ve vážném omylu.
Všechny ostatní chromozomy se vyskytují v párech. Zachovávají genetickou integritu výměnou informací s odpovídajícími geny na homologickém chromozomu, což je proces zvaný „crossover“. Chromozom Y však tuto možnost postrádá, protože je jediným chromozomem, který je nepárovaný. V roce 2003 bylo zjištěno, že chromozom Y si vyměňuje geny mezi dvěma kopiemi opakovaných sekvencí, které leží blízko sebe jako zrcadlové obrazy. Tento jev se nazývá genová konverze. Jedná se o nereciproční přenos genetické informace z jedné molekuly DNA do druhé. Dříve byl pozorován v malém měřítku v dlouhých evolučních časových intervalech mezi opakovanými sekvencemi na stejném chromozomu, ale ne s dramatickou frekvencí, kterou zřejmě využívá chromozom Y.
Výzkumný tým pod vedením Davida C. Page, doktora Howarda Hughese z Lékařského institutu Howarda Hughese z Whiteheadova institutu pro biomedicínský výzkum v Cambridge, Massachusetts, Richarda K. Wilsona, Ph.D., ředitele Centra sekvenování genů na Lékařské fakultě Washingtonovy univerzity v St. Louis, a Roberta H. Waterstona, doktora, dříve z Centra sekvenování na Washingtonově univerzitě a nyní na Washingtonově univerzitě v Seattlu, zjistil, že mnoho sekvencí chemických jednotek — nazývaných báze nebo páry bází — které nesou genetickou informaci na chromozomu Y, jsou uspořádány jako palindromy.
V případě chromozomů Y nejsou palindromy „nevyžádanou“ DNA; tyto řetězce bází obsahují funkční geny důležité pro mužskou plodnost. Většina sekvenčních párů je více než 99,97 % identických. Zdá se, že rozsáhlé využití genové konverze hraje roli ve schopnosti chromozomu Y odstranit genetické chyby a zachovat integritu relativně malého počtu genů, které nese.
Nálezy byly potvrzeny porovnáním podobných oblastí chromozomu Y u lidí s chromozomy Y šimpanzů, goril a orangutanů. Srovnání prokázalo, že stejný fenomén genové konverze působil zřejmě před více než 5 miliony let, kdy se lidé a subhumánní primáti od sebe oddělili.
Chromozom Y v genetické genealogii
V lidské genetické genealogii (aplikace genetiky na tradiční genealogii) je použití informací obsažených v chromozomu Y zvláště zajímavé, protože na rozdíl od jiných genů se chromozom Y předává výhradně z otce na syny.
{1}
{2}
{3}
{4}
{5}
{6}
{7}
{8}
{9}
{10}
{11}
{12}
{13}
{14}
{15}
{16}
{17}
{18}
{19}
{20}
{21}
{22}
{X}
{Y}