החתולה שמלמדת
אותנו גנטיקה

אם נאמר לכם "חתולים", מה יעלה על דעתכם? רובנו נחשוב כמה הם חמודים ופרוותיים וחינניים, או ניזכר בסרטוני חתולים ששוברים את הרשת. לעומת זאת, לא נחשוב כנראה על שיעור גנטיקה. ובכל זאת, חתולים, או ליתר דיוק חתולות, יכולות ללמד אותנו שיעור על תופעה חשובה מאוד בגנטיקה, שמתרחשת גם בבני אדם ונקראת השתקה של כרומוזום X.

על בנים ועל בנות

כרומוזומים הם הצורה שבה החומר התורשתי שלנו, ה-DNA, ארוז בגרעין התא. ה-DNA של אדם מחולק ל-23 זוגות כרומוזומים. כל אחד מאותם זוגות כרומוזומים מורכב מכרומוזום אחד שהגיע אלינו מאמא שלנו ומכרומוזום אחד שהגיע אלינו מאבא, או במילים אחרות, כל אחד מאיתנו קיבל 23 כרומוזומים מאמו ו-23 כרומוזומים מאביו. בסך הכל, יש בגרעין של מרבית התאים שלנו 46 כרומוזומים. 

מ-23 זוגות הכרומוזומים האלה, 22 כוללים שני כרומוזומים דומים בגודלם ובסוגי הגנים שבהם, גם אצל זכרים (בנים וגברים) וגם אצל נקבות (ילדות ונשים). הזוג הנוסף הוא כרומוזומי המין. בכל היונקים, לנקבות יש זוג כרומוזומי מין דומים שנקראים כרומוזום X. לזכרים, לעומת זאת, יש רק כרומוזום X אחד, וחוץ ממנו עוד כרומוזום הנקרא כרומוזום Y, שהוא שונה מכרומוזום X וקצר ממנו בהרבה. במקרים נדירים יש גם פרטים שנולדים עם צירופים אחרים, למשל XXY ,XYY או רק X אחד, ללא Y. 

בכל היונקים, לנקבות יש זוג כרומוזומי X, ולזכרים יש כרומוזום X אחד וכרומוזום Y אחד. תמונת מיקרוסקופ של זוגות הכרומוזומים של גבר, כרומוזומי המין למטה מימין | CNRI, Science Photo Library

ה-X השתקן

כבר מהרכב כרומוזומי המין אנו למדים, שאין צורך בשני כרומוזומי X כדי לנהל חיים תקינים. למעשה, לא רק שאין בכך צורך, אלא שעצם הימצאותו של כרומוזום X נוסף אצל הנקבות יכולה להיות בעייתית. מכיוון שבכרומוזום X יש גנים רבים שקשורים למערכת החיסון, קיומם של שני כרומוזומי X מעלה את הסיכון של נשים לחלות במחלות אוטואימוניות כמו זאבת. לכן דרוש מנגנון שיאזן את כמות הגנים שבאים לידי ביטוי מכרומוזום X, כלומר את כמות החלבונים שנוצרים לפי ההוראות בגנים האלו. מנגנון כזה צריך לדאוג שכמות החלבונים תהיה זהה בזכרים ובנקבות, והדרך לעשות זאת היא להבטיח גם בנקבות, שרק גנים מכרומוזום X אחד יפעלו וייצרו חלבונים.

בשנת 1961, חוקרת בשם מארי ליון (Mary Lyon) שיערה שקיים מנגנון אשר משתיק באופן אקראי את אחד מכרומוזומי ה-X בתאים של נקבות וכך מונע מהגנים שלו לייצר חלבונים, כדי לפתור את הבעיה הזאת בדיוק. עם חלוף השנים, עוד ועוד מחקרים הוכיחו כי המנגנון אכן קיים. כיום המנגנון הזה נקרא השתקה של כרומוזום X או ליוניזציה, לכבודה של מארי ליון. בואו ונסביר כיצד הוא פועל.

מסיבה שעדיין אינה ברורה לביולוגים, אחד משני כרומוזומי ה-X בכל תא בגוף הנקבה, באופן אקראי, מתחיל לייצר מולקולות RNA בשם Xist. התהליך הזה קורה בשלב מוקדם מאוד של ההתפתחות העוברית של נקבות יונקים בעלי שליה, כמו פילים, זאבים, בני אדם וחתולים. ה-RNA מתחיל לעטוף ולכסות את הכרומוזום שלפיו הוא מיוצר, עד שבסופו של דבר מרבית הכרומוזום מכוסה ב-Xist. 

בעקבות ההצטברות הזאת של Xist מתרחשים בכרומוזום שינויים מבניים שמונעים מהגנים שבו לבוא לידי ביטוי וליצור חלבונים. נוסף על כך, מגויסים לכרומוזום גם חלבונים, שמשמשים מחסום נוסף בפני ביטוי הגנים. הכרומוזום שהושתק בצורה כזו בתא מסוים יישאר מושתק לאורך כל חיי התא. המשמעות של התהליך הזה היא שבכל תא ותא מיוצרים חלבונים לפי הגנים מכרומוזום X אחד בלבד – או זה שירשנו מאבא או זה שירשנו מאמא, אבל לא שניהם. אם הגנים בכרומוזום מאבא שונים מאלו שנמצאים בכרומוזום מאמא, בכל תא נקבל חלבונים שונים במקצת, ואולי, כתוצאה מכך, גם תכונות שונות. התופעה הזאת, שבה באורגניזם אחד ישנם תאים שבהם מיוצרים חלבונים לפי חלק שונה של אותו מטען גנטי, או אפילו (כפי שקורה לעיתים מסיבות אחרות) שהם בעלי מטען גנטי שונה, נקראת פסיפס תאי. 

אצל חתולות קליקו, בכל תא מושתק הגן לאחד הצבעים, ומתבטא הצבע האחר. חתולת קליקו מציגה לראווה את צבעיה | Shutterstock, newsony

חתולות צבעוניות

וכעת, נחזור לחתולים. אם תראו חתול עם כתמים ג'ינג'יים, שחורים ולבנים, דעו שכנראה ראיתם חתולה נקבה וחזיתם בהשתקת כרומוזום X במו עיניכם. החתולות האלה נקראות חתולות קליקו (Calico cats). הסיבה להופעה החיצונית הצבעונית שלהן היא שהגן האחראי על פיגמנט (צבען) הפרווה נמצא בכרומוזום X. מכיוון שבחלק מהתאים הושתק אחד משני כרומוזומי ה-X ובאחרים הושתק דווקא הכרומוזום האחר, ובשני כרומוזומי ה-X של החתולות האלה יש שני גנים שונים לצבע הפרווה, שחור וג'ינג'י – התוצאה היא כתמים בשני הצבעים. הכתמים המשתנים בגודלם של פרווה לבנה, שהיא בעצם פרווה שאין בה בכלל פיגמנט, נובעים ממוטציה בגן אחר, שאינו נמצא על כרומוזום X. לחתולות ללא המוטציה הזאת יש רק פרווה ג'ינג'ית ושחורה והן נקראות חתולות טורטישל, או טורטי (Tortoiseshell cats).

ולמה בכל זאת סייגנו ואמרנו ש"כמעט" כל חתול עם שלושה צבעים הוא חתולה? כי במקרים נדירים יש זכרים שגם להם יש שני כרומוזומי X - ועוד כרומוזום Y אחד. גם אצלם, בכל תא מושתק באופן אקראי אחד מכרומוזומי ה-X, ולכן גם הם עשויים להיות קליקו. עם זאת, הסיכוי שחתול קליקו יהיה זכר הוא פחות מאחד לאלף. 

גם גופן של נשים הוא פסיפס תאי של פעילות כרומוזום X, אך בניגוד לחתולות, לבני אדם אין תכונה נראית לעין שהגן האחראי לה נמצא על כרומוזום X, ולכן אין לפסיפס הזה ביטוי חיצוני. 

אז בפעם הבאה שתראו חתולה שעל פרוותה כתמים צבעוניים, תוכלו גם להתפעל מיופייה וגם לזכור שצפיתם בתופעה גנטית מרתקת, ושלכל יצור חי יש מה ללמד אותנו גם על עצמנו.