Генетика пола

Введение

1. Хромосомный механизм формирования пола человека.
1. Образование гамет по половым хромосомам.
2. Слияние гамет – образование первичного генетического пола.
3. Роль Y-хромосомы в формировании пола.
2. Молекулярно-генетический механизм формирования пола у человека.
1. Гены, детерминирующие развитие яичка.
2. Гены, детерминирующие развитие яичника.
3. Гены, регулирующие морфогенез половых желез.
3. Вторичная детерминация пола у человека.
1. Гормональная дифференцировка пола.
2. Роль тестостерона в формировании мужских половых протоков.

Заключение

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

       Генетика  является одной из самых прогрессивных  наук естествознания. Ее достижения  изменили естественнонаучное и  во многом философское понимание  явлений жизни. Роль генетики  для практики селекции и медицины  очень велика. Значение генетики  для медицины будет возрастать  с каждым годом, ибо генетика  касается самых сокровенных сторон  биологии и физиологии человека. Благодаря генетике, ее знаниям,  разрабатываются методы лечения  ряда наследственных заболеваний,  таких, как фенилкетонурия, сахарный диабет и другие. Медицинская генетика обогатилась новыми высокоинформативными методами исследования. Если в предыдущие годы генетические исследования человека проводились на основании изучения родословных, динамики отдельных популяций, близнецов, то в настоящее время разработаны биохимические методы тонкого исследования генов и хромосом, иммунологических свойств различных клеток и тканей, на основании которых ряд наследственных заболеваний можно диагностировать уже внутриутробно. Раскрыта сущность ряда наследственных заболеваний народа, которых раньше не была известна. На основании этого разработаны методы патогенетической терапии ряда заболеваний, которые раньше считались неизлечимыми. Формируется психотерапия, которая позволит уже в недалеком будущем дефектные гены заменять нормальными и тем самым излечивать моногенные заболевания. Медицинская генетика стала важнейшим разделом современной теоретической и практической медицины.

 

1. Хромосомный  механизм формирования пола человека.

 

       Начало изучению  генотипического определения пола  было положено открытием американскими  цитологами у насекомых различия в форме, а иногда и в числе хромосом у особей разного пола (Мак-Кланг, 1906, Уилсон, 1906) и классическими опытами немецкого генетика Корренса по скрещиванию однодомного и двудомного видов брионии. Уилсон обнаружил, что у клопа Lydaeus turucus самки имеют 7 пар хромосом, у самцов же 6 пар одинаковых с самкой хромосом, а в седьмой паре одна хромосома такая же, как соответствующая хромосома самки, а другая маленькая.

       Пара хромосом, которые у самца и самки  разные, получила название идио-, или гетерохромосомы, или половые хромосомы. У самки две одинаковые половые хромосомы, обозначаемые как Х-хромосомы, у самца одна Х-хромосома, другая - Y-хромосома. Остальные хромосомы одинаковые у самца и у самки, были названы аутосомами.

       Совершенно другой  механизм определения пола, называемый  гаплодиплоидный, широко распространен  у пчел и муравьев. У этих  организмов нет половых хромосом: самки - это диплоидные особи,  а самцы (трутни) - гаплоидные. Самки развиваются из оплодотворённых яиц, а из неоплодотворенных развиваются трутни.

       Человек в отношении  определения пола относится к  типу XX-XY. При гаметогенезе наблюдается  типичное менделевское расщепление  по половым хромосомам. Каждая  яйцеклетка содержит одну Х-хромосому,  а другая половина - одну Y-хромосому.  Пол потомка зависит от того, какой спермий оплодотворит яйцеклетку. Пол с генотипом ХХ называют  гомогаметным, так как у него образуются одинаковые гаметы, содержащие только Х-хромосомы, а пол с генотипом XY-гетерогаметным, так как половина гамет содержит Х-, а половина - Y-хромосому. У человека генотипический пол данного индивидума определяют, изучая неделящиеся клетки. 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 их нет вовсе, у женщин (ХХ) - одно. 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 структура мужчины 
44A+XY и женщины 44A+XX такая же, как и у дрозофилы, однако у человека особь кариотипом 44A+XD оказалась женщиной, а особь 44A+XXY мужчиной. В обоих случаях они проявляли дефекты развития, но все же пол определялся наличием или отсутствием Y-хромосомы. Люди генотипа XXX2A представляют собой бесплодную женщину, с генотипом XXXY2A - бесплодных умственно отстающих мужчин. Такие генотипы возникают в результате нерасхождения половых хромосом, что приводит к нарушению развития (например, синдром Клайнфельтера (XXY). Нерасхождение хромосом изучаются как в мейозе, так и в митозе. Нерасхождение может быть следствием физического сцепления Х-хромосом, в таком случае нерасхождение имеет место в 100% случаев.

 

1.1. Образование  гамет по половым хромосомам.

       Гаметогенез — это процесс образования половых клеток. Протекает он в половых железах — гонадах (в яичниках у самок и в семенниках у самцов). Гаметогенез в организме женской особи сводится к образованию женских половых клеток (яйцеклеток) и носит название овогенеза. У особей мужского пола возникают мужские половые клетки (сперматозоиды), процесс образования которых называется сперматогенезом. Гаметогенез — это последовательный процесс, которых складывается из нескольких стадий — размножения, роста, созревания клеток. В процесс сперматогенеза включается также стадия формирования, которой нет при овогенезе.

 

       Большинство животных являются раздельнополыми организмами. Пол можно рассматривать как совокупность признаков и структур, обеспечивающих способ воспроизводства потомства и передачу наследственной информации. Пол чаще всего определяется в момент оплодотворения, то есть в определении пола главную роль играет кариотип зиготы. Кариотип каждого организма содержит хромосомы, одинаковые у обоих полов, — аутосомы, и хромосомы, по которым женский и мужской пол отличаются друг от друга, — половые хромосомы. У человека «женскими» половыми хромосомами являются две Х-хромосомы. При образовании гамет каждая яйцеклетка получает одну из Х-хромосом. Пол, у которого образуются гаметы одного типа, несущие Х-хромосому, называется гомогаметным. У человека женский пол является гомогаметным. «Мужские» половые хромосомы у человека — Х-хромосома и Y-хромосома. При образовании гамет половина сперматозоидов получает Х-хромосому, другая половина — Y-хромосому. Пол, у которого образуются гаметы разного типа, называется гетерогаметным. У человека мужской пол — гетерогаметный. Если образуется зигота, несущая две Х-хромосомы, то из нее будет формироваться женский организм, если Х-хромосому и Y-хромосому — мужской.

1. Женский пол – гомогаметен (ХХ), мужской – гетерогаметен (ХY).

Генетическая  схема хромосомного определения  пола у человека.

Р	♀46, XX	×	♂46, XY
Типы гамет	23, X		23, X     23, Y
F	46, XX  женские особи, 50%		46, XY  мужские особи, 50%

 

1.2. Слияние гамет – образование первичного генетического пола.

      Рост, созревание  гамет и другие обстоятельства, приводящие к встрече мужских и женских половых клеток, имеют лишь предварительное значение на пути к их соединению. Проникновение сперматозоида в яйцеклетку и происходящее в результате этого соединение ядерных веществ обеих клеток являются кульминационным моментом процесса оплодотворения и возвещают о начале жизни нового индивидуума. Если половое сношение здоровых мужчины и женщины произошло примерно во время овуляции, потребуется лишь несколько часов на то, чтобы яйцеклетка, вступившая в бахромчатый конец маточной трубы, была окружена большим числом сперматозоидов, из которых всего лишь один проникает в яйцеклетку. Сразу же после внедрения сперматозоида яйцеклетка испытывает изменения, направленные на предотвращение проникновения в нее других сперматозоидов. Когда один сперматозоид проник в яйцеклетку, ее поверхностная оболочка тотчас же утолщается и остановится менее проницаемой; одновременно остальные сперматозоиды теряют свою направленную активность, и вскоре по соседству с оплодотворенной яйцеклеткой остаются только одиночные сперматозоиды. То, что эти изменения связаны с оплодотворением яйцеклетки, а не с потерей активности другими сперматозоидами, легко может быть доказано путем добавления в чашку неоплодотворенных яйцеклеток и наблюдения за их оплодотворением оставшимися сперматозоидами.

       В яйцеклетку проникают лишь головка сперматозоида (которая состоит почти исключительно из ядерного вещества) и шейка (содержащая центросомный аппарат). Хвостик при внедрении сперматозоида отпадает. В яйцеклетке ядерное вещество, содержавшееся в головке сперматозоида, сразу же теряет свой компактный вид и в нем выявляются хромосомы. В таком состоянии оно называется мужским пронуклеусом.

       Обычно  у млекопитающих при овогенезе первое деление созревания наблюдается сразу же после овуляции, а второе деление созревания, вероятно, задерживается до проникновения в яйцеклетку сперматозоида. Однако как только сперматозоид проникает в яйцеклетку, все процессы быстро активируются и к моменту образования мужского пронуклеуса второе деление созревания заканчивается. Ядро яйцеклетки с этого момента называется женским пронуклеусом.

       Оплодотворение заканчивается лишь тогда, когда хромосомы мужского и женского пронуклеусов сольются вместе. Так как каждый пронуклеус содержит гаплоидный набор хромосом, в оплодотворенной яйцеклетке восстанавливается полный диплоидный набор хромосом, характерный для данного вида. В период между проникновением в яйцеклетку сперматозоида и объединением хромосом обоих пронуклеусов центросомный аппарат, доставленный сперматозоидом, образует митотическое веретено. Хромосомы в этот период готовятся к первому митотическому делению оплодотворенной яйцеклетки. Это деление обычно происходит вскоре после соединения пронуклеусов, но механизм его активации чрезвычайно сложен и его природа остается неизвестной. Ясно, что он не ограничивается только соединением мужского и женского пронуклеусов, так как у некоторых из низших животных, обладающих легко доступными для экспериментирования гаметами, сперматозоиды могут начать деление в цитоплазме яйцеклеток с удаленными ядрами. В других случаях сперматозоид, ядерное вещество которого было необратимо повреждено лучами радия, мог еще проникать в яйцеклетку и побуждать ее к делению. Больше того, яйцеклетки многих низших животных могут начать развитие в отсутствие сперматозоидов, под влиянием соответствующих механических или химических стимулов, что было названо искусственным партеногенезом. Однако, как правило, в таких случаях развитие оказывается гораздо слабее и продолжается недолго. Активация клеточного деления оказывается недостаточной без наличия полноцепного сперматозоида, необходимого для поддержания нормальной силы роста.

1.3. Роль Y-хромосомы в формировании пола.

       Решающую роль  в становлении пола у человека, как и вообще у всех млекопитающих, играет Y-хромосома: в случае ее отсутствия или отсутствия в ее составе детерминирующих пол генов дальнейшая дифференцировка происходит по женскому пути независимо от числа Х-хромосом. Y-хромосома человека содержит всего лишь 1,6% ДНК гаплоидного генома, тем не менее, к настоящему времени на ней идентифицированы 92 гена, характеризующихся голандрическим типом наследования.

       Экспериментально показано, что именно ген SRY (от англ. sex-determining region Y) играет роль тестис-определяющего фактора TDF (от англ. testis-determiningfactor). У человека его экспрессия обнаруживается уже на стадии зиготы, у мыши - на 10,5 день после оплодотворения. Ген может быть делегирован (утрачен) или транслоцирован (перемешен) с Y- на Х- или другую хромосому в профазе мейоза, в результате чего в потомстве появятся XY-женщины или ХХ-мужчины. Для последних характерен мужской фенотип при женском кариотипе (46,ХХ) и различные пороки развития: гипоплазия яичек, нарушения сперматогенеза, гинекомастия (развитие молочных желез по женскому типу). У XY-женщин наблюдается дисгенезия гонад, гипоплазия внутренних половых органов, а также феминизация пропорций тела вообще и наружных гениталий в частности.

       Локусу AZF (от англ. azoospermia factor), расположенному в длинном плече Y-xpoмосомы (Yqll), принадлежит значительная роль в генетической регуляции сперматогенеза у человека. Мутации генов этого локуса: AZfa, AZFb uAZFc приводят к нарушению сперматогенеза от снижения его активности (олигозооспермия) до полного отсутствия (азооспермия).

       В длинном  плече Y-хромосомы картирован ген, контролирующий продукцию белка клеточных мембран — H-У-антиген гистосовместимости. Ранее и его считали главным фактором дифференцировки пола у человека, так как он репрессирован у индивидов, не имеющих в кариотипе Y-хромосомы. В настоящее время появились данные, ставящие под сомнение роль H-Y-антигена в формировании мужских гонад.

2. Молекулярно-генетический механизм формирования пола у человека.

       Выяснение  молекулярного механизма определение  пола у млекопитающих началось  в 40-х годах, когда путем пересадки зачатков гонад у эмбрионов кроликов было выяснено, что автономно развиваются в отношении пола только гонады, а остальные половые признаки развиваются по женскому пути если мужских гонад нет, и по мужскому если они есть.       Закономерности половой принадлежности, наблюдаемые у анеуплоидов по половым хромосомам, однозначно свидетельствовали, что ключевой ген, переключающий развитие в мужском направлении, находится в Y-хромосоме. Его обнаружили, исследуя мужчин ХХ, у которых он оказался перенесенным, вместе с коротким плечом Y хромосомы, с Y хромосомы на Х хромосому.

       В настоящее время этот локус ген называется SRY (sex region Y). Он кодирует фактор регуляции транскрипции из семейства HMG-белков хроматина. Его продукт включает 204 аминокислотных остатка, он способен к специфическому связыванию с ДНК и ее при этом изгибанию. Наконец-то у нас в поле зрения оказался короткий ген, не имеющий не только альтернативного сплайсинга, но и вообще интронов. А также ген фактора регуляции транскрипции, а не процессинга РНК. В клетках-предшественниках зачатков гонад активны две конкурирующие партии генов, имеющих антагонистические продукты: женская партия представлена геном WNT4, мужская – генами SOX9 (существует целое семейство SOX-генов, у млекопитающих их около 20, аббревиатура означает Sry-related HMG box, к этому семейству между прочим относится и сам Sry) и FGF9. Без специфического мужского сигнала со стороны продукта гена SRY ленивая мужская партия прекращает транскрипцию, в частности за счет подавления продуктом гена WNT4, который также запускает регуляторный каскад на развитие по женскому пути, так что клетки-предшественники превращаются в фолликулярные клетки. Если же в кариотипе присутствует Y-хромосома с геном SRY, то этот последний производит белок SRY, который связывается с ДНК в 5’-районе гена SOX9 и изгибает ее цепь, чем активирует транскрипцию SOX9. До получения сигнала от SRY ген SOX9экспрессируется на низком уровне, его белковый продукт остается в цитоплазме, будучи связанным с микротрубочками, и не фосфорилируется. По получении сигнала, его экспрессия резко усиливается, возникает продукт, не связанный с микротрубочками, он фосфорилируется и поступает в ядро.