Пол – важнейшая фенотипическая характеристика организма. Генетические механизмы формирования пола.

 

56. Биологические и генетические аспекты пола. Типы определения пола.

Пол - важнейшая фенотипическая характеристика, представляющая собой совокупность признаков и свойств организма, обеспечивающих половое размножение. Сюда относится блок признаков и свойств: гаметогенез, оплодотворение, воспроизведение себе подобных и передача наследственной информации.

 В процессе созревания каждая половая клетка утрачивает половину своего хромосомного набора (остается лишь по одной хромосоме из каждой пары). Зрелая мужская половая клетка — сперматозоид — содержит 22 аутосомы и одну половую хромосому — X или Y (поэтому есть сперматозоиды двух видов — более крупные, с круглой головкой, содержащие Y -хромосому, и менее крупные, с овальной головкой, содержащие X -хромосому). Женская половая клетка — яйцеклетка — содержит 22 аутосомы и одну половую хромосому, всегда X. т. е. мужской генетический пол является гетерогаметным,а женский — гомогаметным. При слиянии яйцеклетки со сперматозоидом восстанавливается полный набор хромосом — по 22 пары аутосом и пара половых хромосом. Однако пары половых хромосом могут быть разными. Вообще-то зародыш изначально запрограммирован на то, чтобы развиваться в особь женского пола, о чем говорил французский биолог Альфред Жост еще до открытия генетикой Х- и Y -хромосом. Однако присутствие Y -хромосомы останавливает развитие еще не дифференцированных половых органов плода (которые иначе превратились бы в яичники) и направляет их развитие по мужскому типу, превращая в яички.

Процесс половой дифференциации начинается с момента оплодотворения яйцеклетки и проходит ряд стадий, каждая из которых имеет свои специфические задачи, причем результаты развития, достигнутые на каждой стадии, становятся необратимыми.

Формирование мужского пола.

В процесс половой дифференцировки вовлечен целый ряд генов, осуществляющих формирование и дифференцировку эмбриональных гонад Несомненно, что центральное место в сети генетического контроля дифференцировки пола по мужскому типу принадлежит транскрипционному фактору SRY. Этот высококонсервативный, однокопийный, не имеющий интронов ген, локализован в дистальной части короткого плеча Y-хромосомы (Yp11.31-32). Он экспрессируется в момент дифференциации семенников из будущих гонад. Под контролем этого фактора первичные половые клетки совершают миграцию в центральную- медулярную часть гонады. Происходит развитие из медулярной части – семенников, семенных канальцев и осуществляется регрессия мюллеровых протоков в формирующемся мужском организме. В формировании нормального мужского пола принимает участие еще множество генов, локализованных как в половых хромосомах так и в аутосомах.
Гены аутосом - это, во-первых, ген SOX9, родственный гену SRY. Ген локализован на длинном плече хромосомы 17 (17q24-q25). Ген WT1, локализованный на коротком плече хромосомы 11 (11р13). Он ответственен за развитие полового бугорка и контролирует процесс образования клеток Сертоли. Ген DAX1 локализован в Хр21.2-21.3, в так называемом доза-чувствительном локусе инверсии пола (DDS). Этот ген в норме у мужчин контролирует развитие семенников и надпочечников. Группа генов, регулирующих транскрипцию в ходе дифференцировки клеток, участвующих в развитии гонад. Среди них гены LIM1, SF1 и GATA4, которые участвуют в первичной и во вторичной детерминации пола. Ген GATA4 локализован в 19р13.2-33, промотор этого гена распознает ген SRY. Ген SF1, локализованный на хромосоме 9 и действующий как активатор транскрипции генов, участвующих в биосинтезе стероидных гормонов. Продукт этого гена активирует синтез тестостерона в клетках Лейдига и регулирует экспрессию ферментов, контролирующих биосинтез стероидных гормонов в надпочечниках.
Детерминирующим началом развития организма по мужскому типу служат два андрогенных гормона: антимюллеров гормон, или АМН (MIS-фактор) и тестостерон. АМН вызывает регрессию мюллеровых протоков. Он активируется под действием гена GATA4. Секреция гормона АМН начинается на 7 нед эмбриогенеза и продолжается до пубертатного возраста, затем резко падает у взрослых (с сохранением очень низкого уровня). Предполагают, что АМН необходим для развития яичек, созревания сперматозоидов. Тестостерон обуславливает развитие простаты, семенников и куперовых (бульбоуретральных) желез. Уровень тестостерона в крови 3-5-мес плода такой же как и у половозрелого мужчины, что обеспечивает маскулинизацию половых органов. Андрогены в свою очередь воспринимаются андрогенными рецепторами. Образование этих рецепторов рецептор кодируется геном AR, локализованным в Xq11. Под контролем тестостерона из вольфовых протоков и канальцев верхнего мезонефроса развиваются структуры внутренних мужских половых органов, а при воздействии дигидротестостерона (производное тестостерона) формируются наружные мужские половые органы. Действие гормонов мужских гонад (андрогенов) зависит от действия гормонов передней доли гипофиза.
Кроме того важная роль в окончательном формировании наружных мужских половых органов принадлежит андрогенам, вырабатываемым в надпочечниках и яичках.

Формирование женского пола

Кариотип нормальной женщины включает 44 аутосомы и две половые ХХ хромосомы. Несмотря на наличие в Х-хромосоме более 1100 генов, для формирования женского пола необходимо всего лишь выключить из работы гены, определяющие развитие по мужскому типу. Это связано с тем, что эволюционно женский пол сформировался как очень стабильный.
Детерминацию пола по женскому типу контролирует цепочка из нескольких генов, ключевую позицию в которой занимает ген SOX9. В женском организме происходит активизация гена RSPO1, который отключает ген SOX9, и после чего активизируются гены, вызывающие формирование женского пола.
При формировании женского пола первичные половые клетки совершают миграцию в кортикальный слой будущей гонады, из которой начинает формироваться яичник. Формирование пола по женскому типу происходит при участии мюллеровых протоков, из которых на 4-5 нед. развития образуются зачатки внутренних женских половых органов: матка, фаллопиевы трубы, верхние две трети влагалища. При этом проток первичной почки атрофируется, а мюллеров проток, наоборот, дифференцируется. Его верхние части становятся маточными (фаллопиевыми) трубами, концы которых раскрываются в виде воронок и охватывают яичники. Нижние части мюллеровых протоков сливаются и дают начало матке и влагалищу.
Продукты женских гонад - это фолликулостимулирующий гормон (эстроген) или фолликулин и прогестерон.
Рост фолликулов, овуляция, циклические изменения желтого тела, чередование продукции эстрогена и прогестерона определяются соотношениями между гонадотропными гормонами гипофиза и специфическими активаторами адреногипофизотропной зоны гипоталамуса, контролирующей гипофиз.

Генетический пол определяет истинный, или гонадный, пол, т. е. пол, обусловленный строением половой железы (яичка или яичника). Так, паттерн XY,характерный только для мужских клеток и делающий их несовместимыми с иммунологической системой женского организма, программирует, за счет наличия в Y -хромосоме гена SRY, превращение (на 4-8-й неделе) зачаточных гонад мужского плода в семенники, способные порождать сперматозоиды. В хромосоме X паттерна XX имеется ген DSS,который направляет развитие индифферентной половой железы в яичники, которые способны порождать яйцеклетки. Возникновение яичек или яичников обусловливает гаметный пол. Таким образом, ген DSS играет у паттерна XX такую же роль, как ген SRY у паттерна XY. В конце 3-го месяца яички начинают продуцировать мужской половой гормон тестостерон (андрогены). Возникает гормональный пол,который у зародыша определяет дифференциацию внутренних репродуктивных органов (внутренний морфологический пол)и наружных гениталий (внешний морфологический пол),а также особых нервных механизмов, так называемых «половых центров», которые в дальнейшем регулируют маскулинное или фемининное поведение человека. С наступлением полового созревания у мальчиков количество андрогенов увеличивается, так как они вырабатываются не только в коре надпочечников, как у женщин, но и в мужских половых железах. А чем больше в организме андрогенов, тем больше проявляется маскулинное поведение.

Типы определения пола.

В зависимости от времени слияния гамет различают три типа определения пола: прогамный, сингамный, эпигамный.
При прогамном типе пол определяется до слияния половых клеток и зависит от величины яйцеклетки: из крупных яйцеклеток развиваются самки, из мелких самцы. Данный тип характерен для первичных кольчецов, тли.
При сингамном типе пол определяется с момента слияния половых клеток и зависит от сочетания хромосом (см. хромосомный механизм определения пола). Данный тип характерен для всех млекопитающих, птиц, двукрылых насекомых, двудомных растений.
При эпигамном типе пол определяется после слияния половых клеток и зависит от факторов окружающей среды. У морского червя Bonnelia viridis бесполая личинка некоторое время развивается в воде. В дальнейшем, если эта личинка оседает на дно, то из неё развивается нормальная самка, если же личинка прикрепляется к хоботку самки и проникает в её полову систему, то под воздействием гормонов самки эта личинка превращается в самца.
Хромосомный механизм определения пола.
При сингамном типе определения пола важное значение приобретает сочетание хромосом, попадающих в зиготу. Пол, образующий гаметы одного сорта (Х или Z) называется гомогаметным, а два сорта (Х и Y или Х и О) – гетерогаметным.
Для млекопитающих характерно сочетание ХХ – ХY.
При слиянии сперматозоида и яйцеклетки, несущих Х хромосомы, образуется зигота с двумя Х хромосомами. В дальнейшем из таких зигот развиваются нормальные самки. Если в зиготу попадают Х и Y хромосомы, то в дальнейшем из них развиваются самцы.