Генетический пол в популяциях людей

Половые хромосомы (X и Y) являются единственными из 23 хромосом, которые определяют пол организма. Половые клетки, продуцируемые женским организмом, содержат Х-хромосому, тогда как сперматозоиды – X-или Y-хромосому. Остальные 22 пары хромосом предопределяют характеристики организма, не связанные с полом, и поэтому называются аутосомами.

Во время оплодотворения образуется зигота, содержащая 23 пары хромосом. В зиготе, из которой будет развиваться плод женского пола, содержится две Х-хромосомы, т. е. по одной из каждой женской и мужской гаметы. В зиготе, из которой будет развиваться плод мужского пола, содержится Х- и Y-хромосомы (рис. 21). Развитие гонад и гениталий в мужском организме обусловлено Y-хромосомой. При отсутствии в генах эмбриона Y-хромосомы у эмбриона развиваются яичники. Y-хромосома ответственна за начальный половой диморфизм.

Рис. 21. Сингамное определение пола у человека.

У человека генотипический пол определяют, изучая соматические клетки буккального соскоба. Одна Х-хромосома всегда оказывается в активном состоянии и имеет обычный вид. Другая, если она имеется, бывает в покоящемся состоянии в виде плотного темно-окрашенного тельца, называемого тельцем Барра (факультативный гетерохроматин). Число телец Барра всегда на единицу меньше числа наличных Х-хромосом, т.е. в мужском организме (ХУ) в норме их нет вовсе, у женщин (ХХ) – одно (рис. 22).

Рис. 22. Тельце Барра или половой хроматин: А – эпителиальная соматическая клетка женщины (ХХ); Б – соматическая клетка мужчины (ХУ); В – соматическая клетка индивида с тремя Х-хромосомами (ХХХ).

У человека Y-хромосома является генетически инертной, так как в ней очень мало генов. Однако влияние Y-хромосомы на детерминацию пола у человека очень сильное. Хромосомная формула мужчины 44A+XY и женщины 44A+XX такая же, как и у дрозофилы, однако у человека особь с кариотипом 44A+XО оказывается женщиной, а особь 44A+XXY –   мужчиной. В обоих случаях они проявляли дефекты развития, но все же пол определялся наличием или отсутствием Y-хромосомы. Организм с генотипом 47, XXX представляют собой бесплодную женщину, с генотипом 48, XXXY – бесплодного умственно отсталого мужчину. Такие генотипы возникают в результате нерасхождения половых хромосом, что приводит к нарушению развития (например, синдром Клайнфельтера, XXY). Нерасхождение хромосом случается как в мейозе, так и в митозе. Нерасхождение может быть следствием физического сцепления Х-хромосом, в таком случае нерасхождение имеет место в 100% случаев.

Всем млекопитающим мужского пола, включая человека, свойственен так называемый H-Yантиген, находящийся на поверхности клеток, несущих Y-хромосому. Единственной функцией его считается дифференцировка гонад.

Вторичные половые признаки развиваются под влиянием стероидных гормонов, вырабатываемых гонадами. Развитие мужских вторичных половых признаков контролирует тестостерон, воздействующий на все клетки организма, включая клетки гонад. Мутация всего одного гена Х-хромосомы – гена рецептора андрогенов (AR), кодирующего белок-рецептор тестостерона, приводит к синдрому тестикулярной феминизации особей XY (Х-сцепленный рецессивный тип наследования). Клетки-мутанты не чувствительны к действию тестостерона, в результате чего взрослый организм приобретает черты, характерные для женского пола (ложный мужской гермафродитизм, мужской псевдогермафродитизм). При этом внутренние половые органы оказываются недоразвитыми и такие особи полностью стерильные (рис. 23). Таким образом, в определении и дифференцировке пола млекопитающих и человека взаимодействуют хромосомный и генный механизмы.

Рис. 23. Типичный внешний вид полной нечувствительности к андрогенам при синдроме тестикулярной феминизации.

Несмотря на то, что женщины имеют две Х-хромосомы, а мужчины – только одну, экспрессия генов Х-хромосомы происходит на одном и том же уровне у обоих полов. Это объясняется тем, что у женщин в каждой клетке полностью инактивирована одна Х-хромосома (тельце Барра). Х-хромосома инактивируется на ранней стадии эмбрионального развития, соответствующей времени имплантации. При этом в разных клетках отцовская и материнская Х-хромосомы выключаются случайно. Состояние инактивации данной Х-хромосомы наследуется в ряду клеточных делений. Таким образом, женские особи, гетерозиготные по генам половых хромосом, представляют собой организмы-мозаики (пример, черепаховые кошки (рис. 24)).

Рис. 24. Х^bХ^b – рыжая кошка; Х^bУ – рыжий кот; Х^BХ^B – черная кошка; Х^BУ – черный кот; Х ^B Х ^b – черепаховая (полосатая) кошка.

Таким образом, пол человека представляет собой менделирующий признак, наследуемый по принципу обратного (анализирующего) скрещивания. Гетерозиготой оказывается гетерогаметный пол (XY), который скрещивается с рецессивной гомозиготой, представленной гомогаметным полом (XX). В результате в природе обнаруживается наследственная дифференцировка организмов на мужской и женский пол и устойчивое равенство полов – 50% на 50%.