# Остани вкъщи ! Споделяме всички номера с вас

определянето

Още статии извън томовете Публикувано онлайн

Нека поговорим за секса: Определяне на пола при бозайниците

От еволюционна гледна точка размножаването е основната цел на живота; в този смисъл еволюцията е била наистина творческа. Има две големи групи организми, тези със сексуално размножаване и безполови. В рамките на първия повечето видове са разделени на два пола; обаче има видове, които имат повече от два.

За определяне на пола на организма има голямо разнообразие от механизми и стратегии. Сред тях са определянето на пола чрез температурата, при която се развива ембрионът, от баланса между мъжете и жените, който съществува в близост, от размера на индивида спрямо партньора му, от наличието на един или различни гени, по количеството на определени гени по отношение на други и т.н. В този преглед ще се съсредоточим върху това, което е известно за размножаването и половото определяне при бозайниците.

При хората гонадалните примордии (тъкани, които водят до тестисите или яйчниците) са структурно идентични при мъжете и жените до около седмата седмица на бременността.

Развитие на репродуктивния тракт при бозайниците

Основната разлика между мъжете и жените е, че първите имат тестиси, а вторите яйчници. Тази разлика обаче не съществува от момента на оплождането, но се генерира в по-напреднали етапи на развитие (Фигура 1). При хората гонадалните примордии (тъкани, които пораждат тестисите или яйчниците) са структурно идентични при мъжете и жените до около седмата седмица от бременността (което при мишките се равнява на 11,5 дни от бременността). Дни по-късно (при мишки, на 12,5 гестационен ден) тестисите започват да се различават чрез образуването на така наречените тестикуларни връзки, които по-късно образуват така наречените семенни тръби. При женските полови жлези остават без морфологични промени за по-дълго: тяхното превръщане в яйчник се забелязва едва след дни, когато техните зародишни клетки влизат в процеса на клетъчно делене, известен като мейоза, както ще видим по-късно.
Гонадите се състоят от три различни типа клетки:

1) "Поддържащите" клетки, известни в мъжките като клетки на Сертоли, а в женските като гранулозни клетки.

2) Клетки, произвеждащи стероиди, наречени Leydig клетки в мъжките и theca клетки в женската.

3) Зародишни клетки, които при мъжките раждат сперматозоиди, а при женските - ооцити.

В допълнение към половите жлези се наблюдават и други полови различия в половите канали, през които гаметите излизат от половите жлези. При мъжете това са еферентният канал, епидидимът и семепровода, които произхождат от Волфовия канал. При жените мюлеровият канал произхожда от яйцепровода (или фалопиевите тръби) и матката.

Каналът на Волф и канал на Мюлер се развиват както при мъжки, така и при женски ембриони; обаче, в зависимост от вида на гонадата, която се образува, един от двата канала изчезва. При мъжете антимюлеровият хормон, произведен от клетките на Сертоли в тестиса, причинява дегенерацията на мюлеровите канали. От друга страна, тестостеронът, произвеждан от клетките на Leydig, насърчава развитието и маскулинизацията на вълфовите канали. При жените каналите на Wolff се дегенерират поради липсата на тестостерон, докато Müllerian каналите остават, тъй като няма производство на анти-Müllerian хормон (Фигура 1).

Генетични основи за определяне на пола

Преди малко повече от сто години се наблюдава, че женските и мъжките на някои насекоми имат различен брой хромозоми. Женските са имали 24, които по време на мейозата са се чифтосвали по 12 двойки, а мъжките са имали 23, които са се чифтосвали в 11 двойки, оставяйки единична хромозома. Тази единична хромозома се нарича допълнителна хромозома или хромозома X. През 1901 г. се предполага, че тази Х хромозома е тази, която определя пола; за първи път бяха предложени генетични основи за определяне на пола.

При бозайниците основното определяне на пола е строго хромозомно и в повечето случаи индивид с две XX полови хромозоми ще бъде женски, докато с една X и една Y (XY) полова хромозома ще бъде мъжки. През 1947 г. д-р Йост е кастрирал заешки ембриони, които все още са били в утробата на майката, което позволява развитието им да продължи до раждането. Той забелязва, че всички са родени с женски сексуални характеристики, независимо дали техните хромозоми са XY или XX, за което той предлага сексуалното определяне на индивида да се контролира от диференциацията и присъствието на тестиса. През 1959 г. обаче е установено, че при бозайниците Y хромозомата е доминиращият индуктор на мъжките характеристики (или мъжкия фенотип), тъй като в нейно присъствие, независимо от броя на X хромозомите, развитието е мъжко. Тъй като Y хромозомата е доминиращият индуктор на мъжкия фенотип, беше направено заключението, че трябва да има "определящ фактор на тестиса".

През 1959 г. е установено, че при бозайниците Y хромозомата е доминиращият индуктор на мъжките характеристики, тъй като при нейното присъствие, независимо от броя на X хромозомите, развитието е мъжко.

Така започна дълго търсене на този фактор, което завърши през 1991 г. с идентифицирането на гена Sry, единствения в Y хромозомата, който е необходим за определяне на тестисите. Това беше демонстрирано чрез въвеждане на ДНК фрагмент, който изключително съдържа гена Sry, в XX миши ембриони, което кара индивидите да се развиват като мъже (Koopman et al., 1991).

Каскада от гени, участващи в определянето на пола

След като се определи детерминантата на тестиса, се смяташе, че ще бъде лесно да се изясни останалата част от механизма за определяне на пола. Въпреки това, 16 години след откриването му, все още не е ясно как работи този ген. Sry се изразява непосредствено преди диференциацията на тестиса и експресията му е преходна, като се изключва за около 24 часа. Протеинът Sry е способен да се свързва с ДНК, поради което се смята, че той действа като транскрипционен фактор (т.е. той регулира други гени), като по този начин инициира каскада от сигнали, която завършва с образуването на тестиса. Освен функцията си на регулатор на експресията на други гени, наскоро беше забелязано, че Sry може да участва и в механизма на сплайсинг на пратените арни, молекули, от които се синтезират протеини (Ohe et al., 2002).

Механизмът на сплайсинг се състои в елиминирането на някои РНК фрагменти (тъй като първоначално е копирана от ДНК), така че различни протеини могат да бъдат произведени от една и съща РНК чрез образуването на алтернативни арни за пратеник. При плодовата муха Drosophila melanogaster каскадата на половото определяне се осъществява именно чрез този механизъм.

С изключение на малък сегмент, протеините Sry на различни бозайници не са много сходни помежду си. Например при мишки в единия край на молекулата има много повторения на аминокиселините глутамин и хистидин, които не се намират в човешкия протеин. Изненадващо, броят на повторенията се различава между различните щамове на мишката; неговата функция не е ясна. Що се отнася до организацията на тестисите, беше видяно, че експресията на Sry индуцира пролиферацията на клетките на Сертоли и миграцията на така наречените перитубуларни миоидни клетки към тестиса, които образуват бариера между стромалните клетки и клетките. и Сертоли. Понастоящем една от основните цели на тази област на изследване е да се намерят гените, които са пряко регулирани от Sry, и да се изясни тяхната роля в съзряването на пратениците.

В допълнение към Sry, други гени са известни, че участват в определянето на пола. Те обикновено се идентифицират чрез мутации или промени, които причиняват сексуална реверсия или защото имат различен израз при мъжете и жените. В тези гени е Sox9. Този ген е от същото семейство като Sry, тъй като произвежданият от него протеин има ДНК-свързващ домен, който е много подобен на последния. При хората мутациите в Sox9 причиняват състояние, известно като вродена кампомелна дисплазия, което се характеризира с наличието на скелетни проблеми, в допълнение към XY индивиди, развиващи се като жени. Това предполага, че Sox9 участва активно в определянето на мъжкия пол. Както дублирането на този ген (при хората), така и мутациите (при мишките), които увеличават неговата експресия, карат XX индивида да се развиват като мъже.

При мишки се вижда, че Sox9 се експресира в мъжката полова жлеза малко след експресията на гена Sry, поради което се твърди, че Sox9 може да бъде пряка мишена за него. В подкрепа на това обаче има само косвени доказателства. Интересно е, че Sox9 се експресира и в клетки на Сертоли от тестисите на птици (където мъжкият е хомогаметичен, XX) и в влечугите (където полът се определя от инкубационната температура на яйцата; Moreno-Mendoza et al., 1999) От друга страна, има доказателства, които сочат, че Sox9 е необходим, за да активира анти-мюлерианския хормон, който свързва този ген с останалата част от каскадата на половата диференциация. Всичко това предполага, че освен Sry, Sox9 е критичен и необходим ген за определяне на тестисите, не само при бозайниците, но и при гръбначните животни като цяло.

Освен Sry, Sox9 е критичен и необходим ген за определяне на тестисите, не само при бозайниците, но и при гръбначните животни като цяло.

Все още е известно много малко относно определянето и развитието на яйчника. Доскоро се смяташе, че се развива пасивно и че не е необходим сигнал, за да се превърне в яйчник, тъй като това е предопределеният път на развитие

В заключение изглежда, че правилното установяване на пола се постига чрез много фин баланс между различни фактори. Наблюдаваме, че борбата за установяване на пола води до бързото развитие на стратегии, които насложават съществуващите, създавайки все по-сложни каскади на генетична регулация. Интересното е, че по-надолу по каскадата за определяне на пола откриваме гени, които са запазени в каскадите за определяне на пола на други организми, като Sox9 и Dmrt1. От друга страна, началните стъпки на каскадата са много зле запазени и има големи различия между организмите, от вариацията по отношение на фактора, който определя пола, до голямото разнообразие, което съществува в рамките на един и същ ген, като Sry, който дори в рамките на една и съща група организми е силно разнообразен.

Определяне и развитие на зародишна линия: значение на зародишната линия

Соматичните клетки (всички клетки, съставляващи тялото, с изключение на яйца и сперматозоиди) имат две копия на генома (те са диплоидни): едното копие от майчин произход, а другото от бащин произход

Установяване на зародишна линия

При земноводните и рибите цитоплазмените компоненти на яйцеклетката (наречена зародишна плазма) определят в началото на развитието как и къде ще се образуват първичните зародишни клетки (в някои случаи дори преди оплождането). За разлика от това, при бозайниците не изглежда да има цитоплазмени детерминанти, които определят този клетъчен тип и тяхното определяне се извършва относително късно в развитието. Понастоящем знаем, че в мишката комбинацията от информация, предоставена от определена микросреда, е това, което определя нейната зародишна линия.

Идвам вкъщи

Както споменахме по-рано, конкретната микросреда, която определя мястото на образуване и първоначалния брой първични зародишни клетки, е в структура, която всъщност е извън ембриона. С напредването на развитието и формирането на нови структури, първичните зародишни клетки се въвеждат в развиващото се черво. Впоследствие първичните зародишни клетки активно се движат, за да напуснат червата и да отидат към недиференцираната полова жлеза на ембриона. За да разпознаят съдбата си, първичните зародишни клетки използват следи, които включват протеини, отложени в извънклетъчните пространства, които маркират предварително определен път. Изглежда, че тези събития се комбинират с движение, насочено към образуващата се полова жлеза, тъй като тя вероятно произвежда вещества, които привличат първични зародишни клетки.

Друга от наскоро описаните системи е тази на фактора SDF1 и неговия рецептор CXCR4 (Molyneaux et al., 2003). Аналогично на системата, описана по-горе, SDF1 факторът се експресира върху телесните стени и върху гениталния хребет, докато първичните зародишни клетки експресират CXCR4 на повърхността си. По същия начин дефицитът на който и да е от двата протеина оказва влияние върху посоката и оцеляването на първичните зародишни клетки. В този случай обаче изглежда, че ефектът на насоченост е по-силен от ефекта му върху оцеляването. Не би било изненадващо, ако посоката на миграция се контролира от комбинация от системи, които гарантират, че те достигат целта си. При мишката първоначалният брой първични зародишни клетки се оценява на около 50 клетки при 7,5 дни бременност. Между това време и докато те вече са колонизирали половите жлези, се изчислява, че те се увеличават с около 23 хиляди зародишни клетки в ембрион от 13 дни на бременността.

Диморфно сексуално развитие на първичните зародишни клетки: оогенеза vs.
сперматогенеза

Изследването на секса в Мексико

Групата на д-р Хорацио Търговец Лариос от Института за биомедицински изследвания с история от повече от 25 години има важен принос за познаването на клетъчните и молекулярните основи на определянето на пола на половата жлеза в различни групи организми

Има организми, като плодовите мухи или нематодните червеи, при които е известно много подробно как се извършва определянето на пола и установяването на зародишна линия. В тази връзка знанията при бозайниците малко изостават; През последните години обаче има голям напредък в разбирането на определянето на пола и установяването на зародишната линия при мишки благодарение на разработването на нови експериментални подходи. Поради тази причина очакваме вълнуващо бъдеще в тази област на глобалното знание в краткосрочен план.

Библиография

Anderson, R., R. Fassler, E. Georges-Labouesse, RO Hynes, BL Bader, JA Kreidberg, K. Schaible, J. Heasman and C. Wylie (1999), „Миши първични зародишни клетки без бета1 интегрини навлизат в зародишната линия но не успяват да мигрират нормално към половите жлези ”, Развитие 126, 1655-1664.
Kinashi, T. и T. A. Springer (1994), „Стоманен фактор и c-kit регулират адхезията на клетъчната матрица“, Blood 83, 1033-1038.

Koopman, P., J. Gubbay, N. Vivian, P. Goodfellow и R. Lovell-Badge (1991), "Мъжко развитие на хромозомно женски мишки, трансгенни за Sry", Nature 351, 117-121.

Meeks, J. J., J. Weiss и J. L. Jameson (2003), "Dax1 е необходим за определяне на тестисите", Nature Genetics 34, 32-33.

Molyneaux, KA, H. Zinszner, PS Kunwar, K. Schaible, J. Stebler, MJ Sunshine, W. O'Brien, E. Raz, D. Littman, C. Wylie и R. Lehmann (2003), „Хемокинът SDF1/CXCL12 и неговият рецептор CXCR4 регулират миграцията и оцеляването на миши зародишни клетки, Разработка 130, 4279-4286.

Moreno-Mendoza, N., V. R. Harley и H. Merchant-Larios (1999), „Диференциална експресия на SOX9 в половите жлези на морската костенурка Lepidochelys olivacea при температури, стимулиращи мъже или жени“, J Exp Zool 284, 705-710.

Ohe, K., E. Lalli и P. Sassone-Corsi (2002), „Пряка роля на протеините Sry и Sox ​​в сплайсинга преди mrna“, PNAS USA 99, 1146-1151.

Raymond, CS, MW Murphy, MG O'Sullivan, VJ Bardwell и D. Zarkower (2000), „Dmrt1, ген, свързан с половите регулатори на червеи и мухи, е необходим за диференциация на тестисите на бозайници“, Genes & Development 14, 2587 -2595.

Swain, A., V. Narváez, P. Burgoyne, G. Camerino и R. Lovell-Badge (1998), "Dax1 противодейства на Sry действие при определяне на пола на бозайници", Nature 391, 761-767.

Ying, Y., X. Qi и G. Q. Zhao (2001), „Индукция на първични зародишни клетки от миши епибласти чрез синергично действие на BMP4 и BMP8B сигнални пътища“, PNAS USA 98, 7858-7862.

Диана Ескаланте-кмет Тя има докторска степен по основни биомедицински изследвания и специализира в областите на биологията на развитието и генетичните манипулации, за които е публикувала множество статии в международни списания. В момента тя работи като изследовател в Института по клетъчна физиология на Унам.
Този имейл адрес е защитен срещу спам ботове. Трябва да имате активиран JavaScript, за да го видите.

Verónica M. Narváez Padilla Тя е доктор по биология на развитието, специализирана в определянето на пола. Той изучава молекулярни аспекти на половото определяне, както и ролята на програмираната клетъчна смърт в развитието. В момента тя е директор на Факултета по науките на автономния университет на Мексико.
Този имейл адрес е защитен срещу спам ботове. Трябва да имате активиран JavaScript, за да го видите.