為何男性平均壽命比女性短?答案在 Y 染色體的「異染色質」

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平均而言,女性比男性長壽。根據聯合國 2019 年的數據,女性的平均壽命比男性多 4.8 年;在超過百歲的人瑞中,女性也占了多數。雖然壽命受到職業、環境、生活習慣等因素影響,但科學家發現,不只是人類,許多生物的雄性與雌性壽命也有明顯差異,因而懷疑,可能基因也是影響壽命長短的原因。

近年科學家發現,「Y 染色體」是造成男性壽命較短的重要因素。

Y 染色體中有許多異染色質,是造成雄性壽命較短的因素

染色質(chromatin)是構成染色體的重要結構,分為真染色質(euchromatin)與異染色質(heterochromatin)。真染色質 DNA 的雙鏈摺疊程度較低,基因容易表達,且具有轉錄活性,能夠生產蛋白質;異染色質 DNA 的雙鏈摺疊程度較高,基因通常不會表達。此外,異染色質中也有許多不具遺傳活性的衛星 DNA 序列,以及被抑制的重複基因序列,這是維持染色體穩定性的關鍵。

根據愛丁堡大學教授 Brian Charlesworth 與加州大學柏克萊分校教授 Doris Bachtrog 的 研究 ,人類的 X 染色體內有數千個基因,但 Y 染色體只有數十個基因,而大多數區域為異染色質。

異染色質的形成,與 H3K9me3 有很大的關係。H3K9me3 是種組蛋白修飾,細胞失去它,異染色質就會改變,促進細胞衰老。而 Y 染色體有許多異染色質,可能就是造成衰老的重要原因。

Y 染色體的異染色質大量消失,讓重複基因序列活化

對此,Doris Bachtrog 進行一項 實驗 。黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)跟人類一樣,雄性的壽命比雌性的短,Y 染色體的異染色質含量也高於 X 染色體。Bachtrog 觀察年輕與年老黑腹果蠅基因中的 H3K9me3,發現年輕雄性與雌性的異染色質沒有顯著差異,但年老雄性的異染色質變化明顯大於雌性。

年老的雄性黑腹果蠅,Y 染色體上的異染色質因為失去 H3K9me3 修復而大量消失,原先被抑制的重複基因序列會開始活化,包含轉座子(transposon),造成細胞的傷害。

另外,Bachtrog 也設計染色體為 XXY(雌性)、XYY(雄性)與 X0(雄性)的黑腹果蠅。根據觀察,XXY 與 XYY 的異染色質會消失,但 X0 的異染色質相對穩定。研究團隊認為,壽命長短可能與基因組無關,而是與 Y 染色體是否存在有關。

雄鳥的壽命比雌鳥長,原因可能是同染色體性別

但不是所有的動物都是雄性壽命比雌性短,雄性鳥類的壽命就比雌性長。

根據 2 條性染色體的異同,性別可分為同染色體性別(homogametic sex)與異染色體性別(heterogametic sex)。人類女性的染色體為 XX,雄鳥的染色體為 ZZ,2 條性染色體相同,屬於同染色體性別;而男性的染色體為 XY,雌鳥染色體為 ZW,屬於異染色體性別。

新南威爾斯大學的科學家觀察 229 個物種, 發現 異染色體性別的壽命比同染色體性別的短,因此歸納,雄性鳥類的壽命比雌性長,原因可能是因為同染色體性別。至於背後的機轉,有科學家提出「無保護的 X 染色體」假說(unguarded X hypothesis),因為 Y 染色體比 X 染色體小,無法阻止 X 染色體上的有害隱性基因表達,讓壽命縮短。但該假說在學界仍有爭議。

總結來說,生物的壽命長短可能與性染色體有關係,但背後的機制仍有待驗證。另外,男性同胞也不用沮喪,因為基因只是決定壽命的因素之一,環境、飲食、生活習慣也是重要因素,讓身體保持健康,是延長壽命的關鍵。

參考資料

NCBI》、《Nature Ecology & Evolution》、《Biology Letters》、《MBINFO》、《Nature》、《環球科學

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pixabay CC Licensed

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