Половые хромосомы

Механизмы

У всех животных есть набор ДНК, кодирующий гены, присутствующие в хромосомах . У людей, большинства млекопитающих и некоторых других видов две хромосомы , называемые Х-хромосомой и Y-хромосомой , обозначают пол. У этих видов один или несколько генов присутствуют на их Y-хромосоме, которые определяют мужской пол. В этом процессе Х-хромосома и Y-хромосома определяют пол потомства, часто из-за генов, расположенных в Y-хромосоме, которые кодируют мужское начало. У потомства две половые хромосомы: у потомка с двумя Х-хромосомами разовьются женские характеристики, а у потомства с Х- и Y-хромосомами разовьются мужские характеристики.

Люди

Мужские XY-хромосомы человека после G-бэндинга

У человека половина сперматозоидов несут Х-хромосому, а другая половина — Y-хромосому. Одиночный ген ( SRY ), присутствующий на Y-хромосоме, действует как сигнал, определяющий путь развития к мужскому полу. Наличие этого гена запускает процесс вирилизации . Этот и другие факторы приводят к половым различиям у людей . Клетки у женщин с двумя X-хромосомами подвергаются X-инактивации , при которой одна из двух X-хромосом инактивируется. Инактивированная Х-хромосома остается внутри клетки в виде тельца Барра .

У людей, как и у некоторых других организмов, может быть редкое хромосомное расположение, противоречащее их фенотипическому полу; например, мужчины XX или женщины XY. Кроме того, может присутствовать ненормальное количество половых хромосом ( анеуплоидия ), например синдром Тернера , при котором присутствует одна Х-хромосома, и синдром Клайнфельтера , при котором присутствуют две Х-хромосомы и одна Y-хромосома, синдром XYY и синдром XXYY. . Другие , менее распространенные механизмы хромосомные включают в себя: синдром тройной X , tetrasomy X и pentasomy X .

Другие животные

У большинства млекопитающих пол определяется наличием Y-хромосомы. «Женский» — это пол по умолчанию из-за отсутствия Y-хромосомы. В 1930-х годах Альфред Йост определил, что наличие тестостерона необходимо для развития Вольфова протока у кроликов-самцов.

SRY — это ген, определяющий пол, на Y-хромосоме терианов (плацентарные млекопитающие и сумчатые). Млекопитающие, кроме человека, используют несколько генов на Y-хромосоме. Не все мужские гены расположены на Y-хромосоме. Утконос , монотрем , использует пять пар различных хромосом XY с шестью группами сцепленных с мужчинами генов, причем AMH является главным переключателем. Другие виды (включая большинство видов дрозофил ) используют наличие двух Х-хромосом для определения женственности: одна Х-хромосома дает предполагаемый мужской пол, но наличие генов Y-хромосомы требуется для нормального развития самцов.

У некоторых видов черепах конвергентно эволюционировала система определения пола XY, особенно у Chelidae и Staurotypinae .

Другие системы

Птицы и многие насекомые имеют аналогичную систему определения пола (система определения пола ZW ), в которой самки являются гетерогаметными (ZW), а самцы — гомогаметными (ZZ).

У многих насекомых отряда перепончатокрылых вместо этого есть гапло-диплоидная система , где самцы гаплоидны (имеют только одну хромосому каждого типа), а самки диплоидны (хромосомы появляются парами). У некоторых других насекомых есть система определения пола X0 , где только один тип хромосом появляется парами у самок, но только у самцов, в то время как все остальные хромосомы появляются парами у обоих полов.

СИНДРОМ КЛЯЙНФЕЛЬТЕРА

  • Кариотип 47,ХХY, тест на половой хроматин – положительный. Y-хроматин –положительный.
  • Частота встречаемости 1:500 – 1:700 новорожденных мальчиков.

Фенотип мужской, возможна гинекомастия, евнухоидный тип телосложения (ширина таза обычно больше ширины плеч, удлиненные нижние конечности, высокий рост, скудное оволосение), обычно микроорхидизм при нормальном размере полового члена. Возможен крипторхизм. В редких случаях (при увеличении количества Х-хромосом: 48,ХХХY и 49,ХХХХY) – нарушения интеллекта, функции внутренних органов.

В 5-10% случаев наблюдается мозаичная форма (46,ХY/47,ХХY или 46,ХХ/47,ХХY). В редких случаях у таких больных возможно обнаружить сперматогенез (если клетки сперматогенеза относятся к клону с нормальным кариотипом).

Практически все взрослые больные с синдромом Кляйнфельтера бесплодны вследствие азооспермии.

Учитывая, что большинство людей с синдромом Кляйнфельтера имеют мужской фенотип, нормальный интеллект, достаточный уровень потенции, они вступают в брак. Таким образом, показанием для исследования на половой хроматин является олигоазооспермия у пациента.

Накопление вредных мутаций на Y-хромосоме

Считается, что эволюция половых хромосом происходит через мутация аутосом, которые несут гены определения пола. В какой-то момент, когда происходит кластеризация генов для определения пола на одной из двух аутосом, происходит подавление рекомбинации, чтобы гарантировать, что кластер генов наследуется в одном блоке. Однако, как только это происходит, зарождающаяся Y-хромосома начинает формироваться, накапливая переносимые элементы, хромосомные перестройки и другие вредные мутации, которые путешествуют автостопом с благоприятными генами определения пола. Сказано, что это приводит к полностью гетероморфным половым хромосомам и определению пола.

Неспособность Y-хромосомы автоматически исправлять мутации путем рекомбинации во время мейоза делает ее особенно склонной к накоплению ошибок. Кроме того, сперматозоиды образуются в большом количестве, вовлекая многие деление клеток события, которые увеличивают вероятность накопления ошибок. Сперма также сохраняется в сильно окислительной среде в яичках, что снова увеличивает вероятность генетической мутации. Одна из гипотез гласит, что эти факторы способствовали возникновению ситуации, когда Y-хромосома потеряла большинство своих генов, за исключением тех, которые имеют решающее значение для определения пола и выживания плод, Это приводит к тому, что у гомогаметных женщин число генов в их половых хромосомах почти удваивается по сравнению с их гетерогаметными партнерами. У некоторых животных, у которых самцы имеют XY, экспрессия генов на одной из Х-хромосом у самок заглушается посредством образования гетерохроматина, Альтернативно, некоторые насекомые предпочитают сверхэкспрессировать гены на своей Х-хромосоме у гетерогаметных особей. Эта модификация экспрессии генов называется дозовой компенсацией. В последнее время впервые была отмечена компенсация дозировки в двудомном растении S.latifolia или во время кампионии.

Хромосомы мужчины и женщины. Вырождающаяся Y-хромосома и будущее мужчин

Y-хромосома, эта небольшая цепочка генов, определяющая пол людей, не такая постоянная, как вы думаете. Фактически, если мы посмотрим на Y-хромосому в течение нашей эволюции, мы увидели, что она деградирует с угрожающей скоростью.

Исчезнет ли она полностью когда-нибудь? И что произойдет с человеческой расой, если это случится?

Люди, как и другие млекопитающие, имеют так называемый «хромосомный пол». У женщин есть две копии хромосомы среднего размера, которая называется X (означает «неизвестность», потому что это изначально было загадкой). У мужчин есть одна X и маленькая Y-хромосома.

Х и Y хромосомы. Источник изображения: www.anatomybox.com

X-хромосома имеет около 1600 генов с различными функциями. А Y-хромосомы генов почти нет, только 27 из них находятся в мужской части Y-хромосомы. Многие из них присутствуют в нескольких экземплярах, большинство из которых неактивны в петлях ДНК. Большая часть Y-хромосомы состоит из повторяющейся «мусорной ДНК». Таким образом, мужская Y-хромосома показывает все признаки деградации и вырождения.

Мы знаем, что через 12 недель у человеческого эмбриона XY развиваются яички, которые вырабатывают мужские гормоны и вызывают развитие у ребенка как мужчины. Идентичность этого мужского определяющего гена на Y (ген SRY) была обнаружена в 1990 году молодым австралийским докторантом Эндрю Синклером (аспирантом моей лаборатории). У младенцев с мутациями в гене SRY не развиваются яички и они развиваются как женщины.

Деградация и вырождение Y-хромосомы

Что случилось с Y-хромосомой, сделав ее намного меньше X, и заставило потерять большинство ее генов?

Наши половые хромосомы были когда-то просто двумя обыкновенными хромосомами, которые до сих пор есть у рептилий и птиц. Учеными было обнаружено, что они все еще также остаются обычными хромосомами у монотропических млекопитающих (утконосов и эхид), которые 166 миллионов лет назад произошли от общего предка с людьми.

Это значит, что за прошедшие 166 миллионов лет Y-хромосома утратила большинство из своих 1600 генов. При таких темпах Y-хромосома исчезнет примерно через 4,5 миллиона лет.

На самом деле ничего удивительного в этом нет. Деградация характерна для всех половых хромосомных систем. Приобретение гена, определяющего пол, — это поцелуй смерти для хромосомы, потому что другие гены, расположенные рядом с Y, развивают мужскую специфическую функцию, и эти гены сохраняются вместе, подавляя обмен с Х.

Конечно, потеря генов из Y вряд ли будет линейной. Он может ускориться, когда Y становится более неустойчивым, или он может стабилизироваться по мере того, как Y лишен необходимых генов.Возможно, потеря любого из оставшихся генов 27 Y поставит под угрозу жизнеспособность или плодовитость носителя.

Хотя известно, что даже гены в человеческой Y-хромосоме с важными функциями (такими как создание спермы) отсутствуют в Y-хоромосоме мышей. Некоторые виды грызунов вообще потеряли всю свою Y-хромосому. Гены из Y-хромосомы либо переместились в другие хромосомы, либо их функции стали исполнять другие гены, ученым это не известно.

Мир без мужчин…

Если исчезнет Y-хромосома, то ​​исчезнут ли люди?

Если это случится, то это станет концом человечества. Человеческая раса не сможет оставаться исключительно женским видом (как некоторые ящерицы), так как есть 30 генов, активных только в случае, если они проникают через сперму. Население планеты не сможет самовоспроизводиться без мужчин.

Значит ли это, что мужчины исчезнут в течении 4,5 миллиона лет? Не обязательно. Если грызуны без Y-хромосомы развили новый, определяющий пол ген, так почему это не может произойти и с людьми?

Вполне возможно, что это уже произошло в какой-то небольшой изолированной группе людей, где гораздо более вероятны генетические несчастные случаи.

Но люди с новыми определяющими генами не смогут легко размножаться с людьми, которые сохранят нынешние XY-хромосомы. Дети, скажем, женщины XX и мужчины с новым половым геном, скорее всего, будут интерсексуальными или, по крайней мере, бесплодными. Эта репродуктивная преграда может привести к образованию зарождающихся разновидностей, как это произошло с грызунами без Y-хромосомы.

Как бы то ни было, 4,5 миллиона лет — это большой срок. Мы являемся людьми менее 100 000 лет. И гораздо более вероятно, что мы вымрем по другим причинам еще задолго до того, как исчезнет Y-хромосома.

Y-хромосоме столько лет, на сколько она выглядит

У рыбки гуппи Y-хромосому нашли еще в 1934 г. Ученые заметили, что некоторые признаки окраски передаются только по отцовской линии и никогда не проявляются у самок []. На основе этих наблюдений заключили, что гены, отвечающие за такие признаки, должны находиться в Y-хромосоме. Однако тогда методы работы с препаратами хромосом не позволили идентифицировать половые хромосомы: они слишком похожи друг на друга. Только в 1990 г. с помощью специального окрашивания исследователи смогли различить X- и Y-хромосомы гуппи. Оказалось, что Y несет в дистальном (т. е. в удаленном от центромеры) районе большой блок плотно упакованной ДНК (гетерохроматина), который отсутствует у Х-хромосомы (за счет него Y немного длиннее своего гомолога). Авторы работы предположили, что нерекомбинирующий Y-специфичный сегмент гуппи, содержащий гены мужских достоинств, находится именно в этом дистальном участке [].

Позднее с использованием флуоресцентной гибридизации ДНК in situ (Fluorescence in situ hybridization — FISH) выяснили, что этот район включает уникальные для Y-хромосомы последовательности ДНК. Окрасив ДНК самца и самки гуппи разными флуоресцентными красителями, исследователи нанесли их на препараты хромосом. Так как между одинаковыми последовательностями ДНК имеется сродство, нанесенные пробы связались с ДНК хромосом. При этом дистальный район Y-хромосомы светился только одним цветом, а весь остальной геном — обоими. Это значило, что в дистальном сегменте находятся уникальные последовательности ДНК, которых нет в геноме самки. Таким образом, был подтвержден вывод о том, что половые хромосомы гуппи делятся на два сегмента — гомологичный проксимальный (близкий к центромере) и специфичный дистальный [].

Значит, первые два возраста Y-хромосома гуппи уже прожила: она родилась и собрала в себе гены мужских достоинств. Вошла ли она в третий возраст, возник ли в ней запрет на рекомбинацию между этими генами и геном-определителем пола? И если да, то насколько велика запретная зона?

Ответ на этот вопрос могли дать исследования мейотических хромосом. В 1995 г. один из нас (вместе с коллегами) провел электронно-микроскопический анализ спаривания половых хромосом в мейозе у самцов гуппи, и решил (самостоятельно), что Х и Y полностью гомологичны друг другу. Это казалось достаточно обоснованным: в абсолютном большинстве из сотен проанализированных клеток все хромосомы были сближены по всей длине. Немногочисленные пары хромосом, где синапсис оказался неполным, а длина хромосом слегка различалась, один из нас ошибочно посчитал артефактами [].

Из результатов электронно-микроскопического исследования, опубликованных в 2001 г. [], следовало, что по сравнению с аутосомами для половых хромосом гуппи характерна небольшая задержка в синапсисе. По мере синапсиса более длинная Y-хромосома вынуждена сокращаться до тех пор, пока длины хромосом не уравняются. Авторы предположили, что спаривание начинается в проксимальном гомологичном сегменте, а затем распространяется в сторону дистального, негомологичного, где, по их представлениям, рекомбинации быть не должно. Поскольку используемый метод не позволял отличать проксимальные концы от дистальных, авторы решили, что если у Х и Y дистальные концы разные, а проксимальные одинаковые, то именно в них должен происходить синапсис [].

Однако такому умозаключению противоречили наблюдения тех же авторов за хромосомами самцов гуппи в метафазе I мейоза (см. рис. 1). На этой стадии половые хромосомы всегда связаны между собой дистальными концами, чего не должно быть при отсутствии рекомбинации в дистальном сегменте. В проксимальном сегменте тоже наблюдались точки соединения, но крайне редко. Чтобы свести концы с концами, авторы предположили, что спаривание дистальных концов связано не с рекомбинацией, а с каким-то другим механизмом.

В новой работе, опубликованной в 2009 г., рекомбинацию половых хромосом гуппи авторы изучали генетически и обнаружили группу генов, по распределению которых у потомства определили частоту рекомбинации между X- и Y-хромосомами. Выяснили, что такой обмен происходит крайне редко (всего в 2% клеток), причем ограничен он небольшим участком в проксимальном районе []. Исходя из полученных данных, следовало, что у гуппи рекомбинация между половыми хромосомами либо почти прекратилась, и значит, ее Y-хромосома гораздо старше, чем она выглядит, либо авторы этих работ где-то ошибаются.

Ретинобластома

Ретинобластомой называют злокачественную опухоль сетчатки глаза. Процесс развития начинается обычно в детском возрасте, причем исходным материалом являются ткани эмбрионального происхождения. Пиковая фаза приходится на двухлетний возраст.

Практически все известные случаи выявляются в течение первых 5 лет жизни.

Причиной заболевания в большинстве случаев является мутация в генетическом материале. При этом необходимо наличие генетической обусловленности за счет наличия мутантной версии гена Rb, полученной по наследству. Вторая мутация, вызывающая появление опухоли, происходит в ретинобласте.

Существует небольшая вероятность, что у родителей, которые переболели ретинобластомой, могут родиться дети с отсутствием патологического изменения.

Отмечаются односторонние и двусторонние случаи ретинобластомы. По статистике для двусторонней формы вероятность наследственного происхождения заметно выше.

Симптомы заболевания включают боль в глазах, свечение зрачка, а также потерю зрения. Выявить их у маленького ребенка очень и очень трудно.

Диагностика обычно проходит в форме обследования под наркозом с применением УЗИ, КТ и МРТ. Достаточно распространенным приемом является биопсия красного костного мозга и спинномозговая пункция. По тяжести симптомов выделяется 5 групп.

Существует два эффективных метода лечения. При криотерапии и фотокоагуляции остается возможность сохранить и зрение, и сам глаз. Осложнения при их использовании возникают редко. Тем не менее, если возникнет рецидив, лечение потребуется повторить в той же форме. Обычно криотерапия используется в случаях, когда поврежден передний отдел сетчатки. Для заднего отдела более предпочтительным вариантом представляется фотокоагуляция.

Обзор

Открытие

Y-хромосома была идентифицирована как хромосома, определяющая пол, Нетти Стивенс в колледже Брин-Мор в 1905 году во время исследования мучного червя Tenebrio molitor . Эдмунд Бичер Вильсон независимо открыл те же механизмы в том же году. Стивенс предположил, что хромосомы всегда существовали парами и что Y-хромосома была парой X-хромосомы, открытой в 1890 году Германом Хенкингом . Она поняла, что предыдущая идея Кларенса Эрвина МакКланга о том , что Х-хромосома определяет пол, была неправильной и что определение пола , на самом деле, связано с наличием или отсутствием Y-хромосомы. Стивенс назвал хромосому «Y», просто чтобы продолжить от «X» Хенкинга по алфавиту.

Идея о том, что Y-хромосома была названа из-за ее внешнего вида с буквой «Y», ошибочна. Все хромосомы обычно выглядят под микроскопом как аморфные капли и принимают четко очерченную форму только во время митоза . Эта форма неопределенно X-образная для всех хромосом. Совершенно случайно, что Y-хромосома во время митоза имеет две очень короткие ветви, которые под микроскопом могут выглядеть слитыми и выглядеть как нисходящие элементы Y-образной формы.

Вариации

У большинства терианских млекопитающих в каждой клетке есть только одна пара половых хромосом. У мужчин одна Y-хромосома и одна X-хромосома , а у женщин две X-хромосомы. У млекопитающих Y-хромосома содержит ген SRY , который запускает эмбриональное развитие у мужчин. Y-хромосомы человека и других млекопитающих также содержат другие гены, необходимые для нормального производства спермы.

Однако есть исключения. Среди людей у ​​некоторых мужчин есть два X и Y («XXY», см. Синдром Клайнфельтера ) или один X и два Y (см. Синдром XYY ), а у некоторых женщин — три X или один X вместо двойного X (« X0 », см. Синдром Тернера ). Есть и другие исключения, в которых SRY поврежден (что приводит к XY-самке ) или копируется в X (что приводит к XX-самцу ).

Синдром Шерешевского-Тернера

Является следствием моносомии по хромосоме Х. Больные дети часто рождаются недоношенными или имеют сниженную массу тела. Одним из классических признаков синдрома Шерешевского-Тернера, который можно заметить сразу после рождения, является выраженная кожная складка на шее. Среди других клинических проявлений отмечаются:

  • пороки сердца;
  • отечность верхних и нижних конечностей;
  • нарушение циркуляции лимфы;
  • задержка речевого и физического развития.

По мере взросления ребенка проявляются характерные черты строения тела. Рост обычно не превышает 150 см, крыловидные складки на шее сохраняются, ушные раковины могут деформироваться, верхняя челюсть недоразвита, грудная клетка широкая. Моносомия по хромосоме Х влияет на развитие органов половой системы. У женщин отмечается отсутствие фолликулов в яичниках, нарушение менструального цикла, недоразвитие молочных желез. У мужчин снижается уровень тестостерона, может отсутствовать одно или оба яичка либо отмечаться их недоразвитие.

Прогноз при синдроме Шерешевского-Тернера относительно благоприятный. При отсутствии тяжелых пороков развития и регулярном наблюдении у специалиста продолжительность жизни не сокращается.

Влияния

Генетический

Изображение SRY PBB Protein

В интервью сайту Rediscovering Biology исследователь Эрик Вилен описал, как парадигма изменилась с момента открытия гена SRY:

У млекопитающих, включая человека, ген SRY отвечает за запуск недифференцированных гонад в семенники, а не в яичники . Однако есть случаи, когда семенники могут развиваться в отсутствие гена SRY (см. Изменение пола ). В этих случаях ген SOX9 , участвующий в развитии семенников, может вызывать их развитие без помощи SRY. В отсутствие SRY и SOX9 яички не могут развиваться, и путь для развития яичников ясен. Даже в этом случае отсутствия гена SRY или молчания гена SOX9 недостаточно для запуска половой дифференциации плода в женском направлении. Недавние открытия предполагают, что развитие и поддержание яичников — это активный процесс, регулируемый экспрессией «женского» гена, FOXL2 . В интервью изданию TimesOnline соавтор исследования Робин Ловелл-Бэдж объяснил значение открытия:

Подразумеваемое

Изучение генетических детерминант пола человека может иметь самые разные последствия. Ученые изучали различные системы определения пола у плодовых мушек и животных моделей, чтобы попытаться понять, как генетика половой дифференциации может влиять на биологические процессы, такие как размножение, старение и болезни.

Материнская

У людей и многих других видов животных пол ребенка определяет отец . В системе определения пола XY обеспеченная самкой яйцеклетка вносит X- хромосому, а предоставленная мужчиной сперма вносит либо X-хромосому, либо Y-хромосому, в результате чего получается женское (XX) или мужское (XY) потомство соответственно.

Уровни гормонов у родителей-мужчин влияют на соотношение полов в сперматозоидах у людей. Влияние матери также влияет на то, какие сперматозоиды с большей вероятностью оплодотворят .

Яйца человека, как и яйцеклетки других млекопитающих, покрыты толстым полупрозрачным слоем, называемым пеллюцида , через который сперматозоиды должны проникнуть, чтобы оплодотворить яйцеклетку. Недавнее исследование, которое когда-то рассматривалось просто как препятствие для оплодотворения , указывает на то, что zona pellucida может вместо этого функционировать как сложная система биологической безопасности, которая химически контролирует попадание сперматозоидов в яйцеклетку и защищает оплодотворенную яйцеклетку от дополнительных сперматозоидов.

Недавние исследования показывают, что человеческие яйцеклетки могут производить химическое вещество, которое привлекает сперматозоиды и влияет на их плавательные движения. Однако не все сперматозоиды подвергаются положительному воздействию; некоторые, кажется, остаются без влияния, а некоторые фактически отходят от яйца.

Также возможно материнское влияние, которое повлияет на определение пола таким образом, что родятся разнояйцевые близнецы с равным весом между одним мужчиной и одной женщиной.

Было обнаружено, что время, когда происходит осеменение во время цикла течки, влияет на соотношение полов в потомстве людей, крупного рогатого скота, хомяков и других млекопитающих. Гормональный фон и уровень pH в женских половых путях меняются со временем, и это влияет на соотношение полов в сперматозоидах, которые достигают яйцеклетки.

Также имеет место гибель эмбрионов в зависимости от пола.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector