cromozomii sexuali

Sex gonadic şi sex fenotipic Gena SRY Hormoni Receptori hormonali. Hermafroditism şi pseudohermofroditism.Inactivarea cz XAneuploidii gonosomale

Sindromul KLINEFELTER Sindromul TURNER

Cromozomii sexuali; cromatina sexuală

Diferenţierea sexuală: 4 componente

Sex gonadic

Sex somatic (fenotipic)

Caracteristici sexuale terţiare (conştiinţa apartenenţei la unul din sexe)

Orientarea sexuală.

Determinismul sexual

Regulă generală: prezenţa cz. Y→ diferenţierea gonadei masculine şi a caracterelor sexuale masculine;

Pe cromozomul Y se află gena “trigger” a cărei activare = primul movens ( la ~ 4 săptămâni după fertilizare) în cascada de evenimente ce declanşează diferenţierea gonadei masculine.

După diferenţiere, testicului, prin secreţia androgenilor va determina diferenţierea caracterelor sexuale secundare masculine.

În absenţa genei SRY se va diferenţia gonada feminină care, prin sintetiza de estrogeni va determină diferenţierea fenotipului ♀.

Identitatea sexuală

CopilărieConştiinţa apartenenţei la un sex

Identitatea sexuală

Moment al diferenţieiiEveniment

FertilizăriiXY=bărbat

XX=femaie

Cromozomial

/sexul genetic

6 săpt. după fertilizare

Gonada nediferenţiată devine testicul sau ovar

Sex gonadal

8 săpt după fertilizare→pubertate

Diferenţierea organelor genitale interne şi externe

Sex fenotipic

Determinism sexual

Se dezvoltă 2 tipuri de ducte genitale .

Gonade indiferente şi 2 seturi

de ducte genitale

Diferenţierea este

dictată de

informaţia genetică a

cromozomului Y

Cromozomii sexuali

La nivel celular sexul este determinat de prezenţa cz. sexuali

X Y

X X

© Biophoto Associates/Photo Researchers

Sexul cromozomial

X conţine sute de gene funcţionaleY conţine un nr. mult mai mic de gene

- Gena SRY, gena trigger care determină transformarea gonadei indiferente în testicul

- gene implicate în spermatogeneză- gene ce controlează caractere somatice,

- o mare cantitate de ADN repetitiv.

X Y X X

Gene pe cromozomul Y

A fost prima oară vizualizat în 1923

La extremităţile braţelor se găsesc regiunile pseudoautosomale PAR1 şi PAR2 (conţin 63 de gene) la nivelul cărora pot avea loc recombinări între cromozomii X şi Y

Cromozomul Y şi genele implicate în determinismul sexual

• prezintă 2 regiuni omoloage cu regiuni corespunzătoare de pe crz. X situate la ambele extremităţi ale braţelor (~5% din secv. crz. Y) =pseudoautosomal regions (PAR)

↓

Au loc fenomene de recombinare în timpul

gametogenezei

Restul de 95% = MSY (male-specific region of the Y)

Cromozom Y

23,X (+SRY)+23,X→46 XX (+SRY)

sex gonadic şi fenotipic masculin dar infertili

23Y (-SRY)+ 23X→ 46 XY(-SRY)

sex gonadic şi fenotipic feminin

- aceeaşi situaţie în cazul unei mutaţii punctiforme în gena SRY;

- Ovare mici ce conţin un nr. mic de ovocite

Inversarea sexului gonadic şi fenotipic

Obţinerea şoriceilor transgenici pentru gena SRY

Nucleii ovulelor fertilizate, 46,XX au fost injectate cu secvenţe ADN ce conţineau gena Sry şi apoi transferate la mame-surogat.

Gena Sry s-a încorporat aleator în cromozomi şi s-a transmis subsecvent în cursul diviziunilor celulare.

După naştere, animalele au fost cariotipate pt. stabilirea sexului cromozomial şi a prezenţei genei SRY.

Şoricei genotipic de sex ♀, (XX) dar fenotipic masculi

XY male XX male

Rolul genei SRY 1. Initiază cascada de evenimente ce determină transformarea gonadei bipotenţiale în testicul.

a.Gena SRY este exprimată în creasta genitală a embrionului chiar înainte de diferenţierea testiculului.

b. microinjecţia genei Sry în embrionul de şoarece XX determină diferenţierea sexului ♂;

c. Peptidul SRY este un factor de transcripţie ce reglează expresia altor gene implicate în diferenţierea testiculului.

2. Activează celulele Sertoli pt a produce hormonul anti-mullerian ce determină regresia ductelor Mulleriene.

 3. Stimulează celulele Leydig cells să secrete testosteron care

va determina diferenţierea ductelor Wolff în epididim, vase deferente şi vezicule seminale   - Conversia testosteronului în dihydrotestosteron (DHT)

- va determina diferenţierea uretrei, prostatei şi penisului.

SRY activează o cascadă de evenimente (acţionează ca factor de transcripţie)

Determinismul sexual

La momentul fertilizării - este stabilit sexul genetic În săpt 6-7 - diferenţierea gonadică

- dacă gena SRY este prezentă -diferenţiere testicul- absenţa SRY - diferenţiere ovar

 SRY - “genă trigger”  

Receptori hormonali şi mecanisme de reglare genică

Receptorii de androgeni sunt codificaţi de o genă situată pe cromoz.X (AR)

Mutaţiile în această genă determină o formă de pseudogermofroditism masculin denumită sindromul testiculului feminizant

Genetic: 46XY, cu gena SRY funcţionalăDeşi testiculele secretă o cantitate normală de androgeni,

celulele somatice nu pot răspunde la androgeni→fenotip feminin şi sterilitate; organe genitale externe feminine; absenţa derivatelor Mulleriene.

Sindromul testiculului feminizant

Gena SRY funcţională determină dezvoltarea testiculului ce va produce AMH (ce determină involuţia ductelor Mulleriene) şi testosteron

Celulele somatice nu pot răspunde la androgeni dar pot răspunde la cantităţile mici de estrogeni sintetizaţi de glandele suprarenale.

La naştere: este declarat sexul feminin. Nu prezintă 1/3 sup. a vaginului , uter sau trompe

(derivate Mulleriene).

Sex cromozomial XX? - Diferenţierea ovarului în absenţa genei SRY

- În absenţa testosteronului ductele Wolff duct degenerează

- In absenţa AMH- ductele Mulleriene se diferenţiază în uter, trome şi porţiunea superioară a vaginului.

Diferenţierea sexuală

Anomalii fenotipice determinate de mutaţii genice.

Gena SRY Fenotip feminin normal

Gena hormonuluiAnti-Mullerian persistenţa ductelor Mulleriene la sexul masc

Gene implicate în sinteza dezvoltarea fenotipului feminintestosteronului masculinizare la pubertate

Gena ce codifică enzima ce organe genitale externe feminine organe genitale interne masculinetransforma T în DHT

Stările de intersexualitate la nivelul caracterelor sexuale primare şi secundare Hermafroditismul adevărat (intersexualitate la nivelul caract.sexuale primare)

- Prezenţa ambelor tipuri de gonade, ambele fiind funcţionale (ovotestis/ovar sau Ovar/testicul) - Mecanism genetic: prezenţa unui segment de pe cz.Y translocat pe X sau alt cromozom somatic sau existenţa unor mozaicuri gonosomale.

Pseudohermafroditism - intersexualitate la nivelul caracterelor sexuale

secundare; - masculin şi feminin

Gena SRY

Diagnosticul hermafroditismului

a. 46, XX cu fenotip masculin, un fragment de pe crz. Y este transferat pe crz X.

b. femei cu formula cromozomială 46, XY prezintă mutatii în aceeaşi regiune pe crz. Y.

c. Gena SRY (sex-determining region Y) este deletată în cazurile analizate anterior;

Hermafroditism adevărat = intersexualitate la nivelul caracterelor sexuale primare (gonadic)

Formula genetică 46, XX/ 46, XY: chimera, prin fuzionarea a 2 embrioni de sex diferit→ mozaic celular ( XX/XY) → diferenţierea ambelor tipuri de gonade ( ovar/testicul) → ambiguităţi la nivelul organelor genitale; frecvent ginecomastie (dezvolt. gl. mamare).

Pseudohermafroditismul masculin

Formula cromozomială: 46,XY-Gonade masculine (gena SRY funcţională)-Exemplu : deficitul activităţii 5a-reductazei- Testiculele produc AMH - degenerarea ductelor genitale

interne feminine, - Testiculele produc testosteron – dezvoltarea ductelor

genitale interne de tip masculin; - Nu se sintetizează dihidrotestosteron

- nu se diferenţiază organele genitale externe masculine- evoluţie spre fenotipul indiferent feminin

- sunt declaraţi la naştere de sex feminin- masculinizare după pubertate prin hipersecreţie de testosteron

Sindromul testiculului feminizant - Genetic XY şi fenotip feminin- Gonade masculine - sinteza AMH – degenerenţa ductelor de tip feminin- sinteza testosteron şi DHT

- mutaţii în gena ce codifică receptorul de androgeni situat pe cz.X

- celulele nu răspund la androgeni- diferenţiere sexuală ca şi cum nu s-ar sintetiza androgeni

- degenerenţa ductelor Wolff -spre deosebire de deficitul de 5- reductază

- nu pot răspunde la androgeni la pubertate- dezvoltarea glandei mamare.

Pseudohermafroditismul feminin

Expunerea produsului de concepţie la o sursă de androgeni

> săpt 12 de viaţă intrauterină → malformaţii minore ale organelor genitale externe (megaclitoris)

< săpt 12 de viaţă intrauterină→ malformaţii genitale majore

Surse de androgeni:

• Prezenţa la mamă a unei tumori virilizante de ovar;• Administrarea de androgeni în timpul sarcinii;• Făt cu mutaţii în genele ce codifică sinteza unor enzime

implicate în metabolismul androgenilor (Sdr. adreno-genital congenital)

Corpusculi Barr

46,XX

46,XY

Inactivarea cromozomului X - În fiecare celulă somatică la sexul feminin doar unul din cei 2 cromozomi X este funcţional-Inactivarea este aleatorie; organismul feminin = mozaic celular în care este inactivat fie X-ul matern, fie X-ul patern- Mecanism necesar pt. a menţine echilibrul genetic între sexe (♀ au de 2 ori mai multe gene corespunzătoare cz. X) - Cromozomul X inactiv este vizualizat ca şi corpuscul Barr;- inactivarea are loc precoce în timpul perioadei embrionare.- descoperit de Barr în 1949 în nucleii celulelor somatice ale pisicii

Mecanisme de compensare genetică în cazul genelor situate pe cz. X

Formă corpuscul X

Corpuscul heterocromatic cu dimensiuni de 1-1.5µm vizibil în interfază, aderent de membrana nucleară, de formă triunghiulară sau ovalară.

Corpuscul X

nuclei ai celulelor epiteliale din mucoasa bucală

Corpuscul Barr

• Caracteristic doar sexului ♀ (46,XX); nu există la sexul ♂ (46,XY)

• Nr = Nr. cz. (X) – 1

↓

• XXY (♂) cu 1 corpuscul Barr

• XXX (♀) cu 2 corpusculi Barr...

Factori ce influenţează apariţia corpusulilor sexuali

• Activitatea metabolică a celulei ( activitate metabolică scăzută→ frecvenţă crescută);

• Activitatea mitotică a celulei (celule aflate în diviziune rapidă – cel embrionare- frecvenţă redusă)

• Tipul de celulă examinată (neuroni→frecvenţă ↑);• Vârsta celulei;• Vârsta individului (n.n. frecvenţă redusă); • Administrarea de hormoni şi medicamente; • Tehnica folosită

Inactivarea unui cromozom X, mecanism de compensare genetică

La mamifere doar nucleii celulelor somatice femele conţin un corpuscul Barr (formă intens condensată a cromatinei). Mary Lyon a explicat acest fenomen:

a. Corpusculul Barr reprezintă un cromozom X mult condensat în interfază şi relativ inactiv genetic (lionizare) ; inactivarea unui cromozom X este necesară pt. a se asigura echilibrul genetic funcţional între cele 2 sexe.

– Inactivarea are loc precoce în timpul vieţii intrauterine ( ziua 16 postfertilizare ).

– Este aleatorie

(X matern/X patern)

d. Toate celulele care rezultă prin diviziunea unei celule păstrează acelaşi pattern de inactivare ca celula mamă →organismul feminin = mozaic genetic.

e. exemple:

i. Pisicile (♀) pot avea blana cu pete de culori diferite

(negru/orange)

ii. Dispazia ectodermală anhidrotică este o afecţiune X-linkată în care la sexul ♀ există zone de piele cu/ fără glande sudoripare.

f. Lionizarea explică de ce prezenţa

cromozomilor X suplimentari este

relativ bine tolerată; acest lucru

nu este valabil şi pt. cromozomii

somatici ( moartea produsului de concepţie).

g. Nr. corpusculi Barr = Nr crz. X -1

Mozaicism ce relevă inactivarea aleatorie a unui cromozom X

Regiuni unde glandelesudoripare sunt absente

Femeie heterozigotă cu displazie ectodermală anhidrotică

Petele de culoare orange şi negre reflectă inactivarea aleatorie a unui cromozom X;

inactivare aleatorie precoce .

celulă embrionară

Lyon-Hypothesis: X-inactivation

Pete de diferite culoari

Dovezi ale inactivării funcţionale a genelor de pe cz. X

Gena G6PDH, situată pe cz. X codifică enzima glucozo-6 fosfat dehidrogeneza implicată în metabolismul glucozei;

Nivelul enzimei G6PDH este acelaşi la femeia 46, XX, 47, XXX, dar şi în cazul formulelor genetice 46, XY, 47, XXY, 48, XXXY.

Mecanismul Inactivării cromozomului X

Xq- X-inactivation center (Xic) ~ 1 million pb. localizată gene Xist (X-inactive specific

transcript) ce codifică un tip special de ARN cu rol important în inactivare

↓ gena Xist este activă doar pe crz. X ce va

deveni inactiv

Deleţii în această zonă determină imposibilitatea inactivării crz.X

Aneuploidiile cromozomilor sexuali

Aneuploidii= aberaţii cromozomiale numerice 4 tipuri de aneuploidii gonosomale:

Sindromul Klinefelter: 47, XXY; 48, XXXY, 49, XXXXYSindromul Jacobs: 47,XYYSindromul Turner 45,XO

Sindromul triplo-X: 47,XXX sau 48, XXXX

Rezultatul unor nondisjunctii:

Anomalii de segregare ale cromozomilor în timpul meiozei sau mitozei

Non-disjuncţii în meioza I sau II→gameţi nulisomici sau disomici care, prin fertilizare cu gameţi normali formează zigoţi cu trisomie, 47 cromozomi sau cu monosomie, 45 de cromozomi.

Non-disjuncţii în mitoză → mozaicuri celulare de tipul 46,XX/45,X

Gameţi aneuploizi

Sindromul Klinefelter (47,XXY)

cromatina X ( corpuscul Barr )

Barr Bodies are Inactivated X Chromosomes in Females

01

23

♂,Sdr Turner Sdr.Klinefelter

# corpusculi Barr =N-1

Alte mecanisme implicate în inactivarea funcţională a cz.X:

• metilarea ADN-ului ( cultivarea cel. în prezenţa 5-azocitozinei care previne metilarea ADN → reactivarea cz.X inactivat).

• Acetilarea histonelor

Lionizare = mecanism de compensarea genică

• Asigură expresia egală a genelor situate pe crz.X la cele 2 sexe;

• În fiecare celulă somatică la sexul ♀ doar un singur crz.X este activ.

• Femeile sunt heterozigote pentru genele situate pe crz. X (mozaicism genetic)

Mecanismul compensării genetice în cazul genelor X-linkate

Nucleii celulelor somatice ale organismelor de sex ♀ la mamifere conţin un corpuscul Barr-un cromozom X mult inactivat în interfază şi inactiv genetic.

Majoritatea genelor situate pe cz. X sunz inactivate; inactivarea nu este definitivă.

Inactivarea este aleatorie şi începe în ziua 16 post-fertilizare.

Descendele unei anumite celule păstrează acelaşi patern de inactivare ca şi celula-mamă → mozaic celular.

Formarea corpusculului Barr asigură o tolerabilitate bună a cz. X suplimentari; (XXY posedă 1 cz. X inactivat; XXX posedă 2 cz. X inactivaţi, etc.).

În mecanismul inactivării in rol esenţial îl are regiunea denumită X -inactivation center (Xic). Gena Xist codifică un tip particular de

ARN care acoperă şi inactivează cz. X.

Corpusculul Barr – poate fi uşor de evidenţiat în celulele epiteliale şi PMN din sângele periferic.

Nr. corpusculi Barr

Formule genetice:

45,X46, XY47, XXX47,XXY48,XXXY49, XXXXY

E posibil: formula genetică XY şi fenotip feminin?2 situaţii:

1. Gena SRY inactivată prin mutaţie→nu se diferenţiază gonada ♂ → nu se sintetizează androgeni→fenotip feminin. 2. Sindromul “ testiculului feminizant”, există o rezistenţă la acţiunea androgenilor (mutaţie în gena ce codifică receptorul de androgeni): cariotip XY, genă SRY funcţională, gonadă ♂, dar celulele somatice nu pot răspunde la androgeni → fenotip feminin dar lipsa derivatelor Mulleriene (uter, trompe uterine, porţiunea sup. a vaginului).