Генетика пола человека

Карагандинский государственный  медицинский университет

                      Кафедра молекулярной биологии и медгенетики

 

 

Срс

Тема: «Генетика пола человека.»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        

 

 

                                            г.Караганда2013

Детерминация  пола - сложный многокомпонентный  процесс, для его понимания нужно  решить множество вопросов. Один из них - биолого-генетическая значимость Y-хромосомы. Для этой гоносомы характерны специфические черты, резко отличающие ее от других хромосом набора: 1) обедненность генами; 2) обогащенность повторяющимися блоками нуклеотидов, и в частности многократно тандемно повторяющими (сателлитной ДНК). Присутствие значительных гетерохроматиновых районов; 3) наличие области гомологии с Х-хромосомой - псевдоаутосомальной области (PAR).

Y-хромосома, как правило, невелика - 2-3% гаплоидного генома. Тем не  менее кодирующей способности  ее ДНК у Homo sapiens достаточно по крайней мере для нескольких тысяч генов. Однако у этого объекта в Y-хромосоме выявляется всего около 40 обогащенных ГЦ-парами так называемых ЦрГ-островков, обычно фланкирующих большинство генов. Реальный же список генетических функций, связанных с этой хромосомой, вдвое меньше. Фенотипическое влияние этой хромосомы у мышей ограничено весом тестисов, уровнем тестостерона, серологического H - Y-антигена, чувствительностью органов к андрогенам и сексуальным поведением. Обращает на себя внимание и тот факт, что большая часть генов этой хромосомы имеет X-хромосомные аналоги. Это касается и генов, непосредственно вовлекаемых в определение пола: ZFX / ZFY, SOX3 / SRY, UBE1X / UBE1Y, SMCX / SMCY.

Велика в этой хромосоме и  доля разнообразных повторов, включая  и многократные. Нужно отметить, что большинство Y-хромосомных последовательностей  гомологичны ДНК Х-хромосомы или аутосом и лишь часть из них строго уникальна. Нередко количественное преобладание в этой хромосоме некоторых семейств повторов. Наличие таких относительно специфических для Y-хромосомы блоков нуклеотидов (например, известны Bkm-повторы) рассматривают иногда как специфический инструмент ее конденсации в клеточном цикле или даже определения пола.

Наличие псевдоаутосомальных областей, обеспечивающих мейотическое спаривание и рекомбинацию, обычно рассматривается как необходимое условие фертильности. Интересно, что размер участка мейотического спаривания существенно длиннее PAR. У человека имеются два псевдоаутосомальных района на вершине короткого (2,6 " 106 п.н.) и длинного (0,4 " 106 п.н.) плеч Х-хромосомы. Однако только для первого из них установлены облигатный обмен в мейозе, наличие хиазм, влияние на фертильность. Сравнительный анализ указывает на существование различия в генетическом содержании PAR у изученных видов (мышь, человек, приматы).

Высказано предположение о происхождении  половых хромосом млекопитающих  от предковой аутосомы в результате независимых циклов: добавление - рекомбинация - деградация. PAR, по такой терминологии, представляет собой лишь как бы реликт такого последнего добавления. Далее происходят деградация и потеря соответствующих Y-хромосомных частей и инактивация Х-хромосомы. Все гены, представленные в Y-хромосоме, или имеют реальную селективную ценность (SRY, ZFY, UBE1Y, YRRM, TSPY1, RSP4Y), или находятся на пути исчезновения (STS, KAL, AMEL, PBD, псевдогены). Каждый Y-хромосомный ген, быстро дивергирующий, амплифицирующийся (как бы размножающийся) или склонный к исчезновению, имеет своего гомолога в Х-хромосоме, более консервативного и активного у обоих полов. Так, Sox3, предполагаемый X-хромосомный гомолог SRY, кодирует почти идентичные продукты у человека, мыши и сумчатых, экспрессируется в нервной системе обоих полов. SRY быстро дивергирует и активен только в гонадном бугорке. Этот Y-хромосомный ген подвергается амплификации у многих мышей и крыс. Схема эволюции генов Y-хромосомы представлена на рис. 4.

Таким образом Y-хромосома, единственная в геноме млекопитающих, не работает непосредственно на реализацию фенотипа. Ее генетическая значимость связана  с преемственностью между поколениями, в частности с контролем гаметогенеза, первичной детерминацией пола. Жесткий отбор действует только на немногие ее гены, остальная ДНК более пластична. Можно предположить связь между спецификой детерминации и дифференциации пола и репродуктивной межвидовой изоляцией. Возможно, быстрая дивергенция этой системы лежит в основе сформулированного еще в 1922 году Д. Халданом постулата о стерильности или отсутствии гетерогаметного пола при отдаленной гибридизации. По крайней мере один их примеров вклада системы определения пола в феномен репродуктивной изоляции - феминизация самцов у гибридов M. musculus и M. domesticus.

Y-хромосома человека содержит всего лишь 1,6% ДНК гаплоидного генома, тем не менее к настоящему времени на ней идентифицированы 92 гена, характеризующихся голандрнчеким типом наследования. Моногенные заболевания человека с установленным фактом прямой передачи признака от отца к сыну описаны в части II. Медицинская генетика. Из всей совокупности Y-хромосомных генов пока лишь для отдельных представителей выявлены те звенья формирования и функционирования мужской репродуктивной системы, которые детерминируются ими. Один из наиболее изученных генов Y-хромосомы человека — локализованный в дистальной части ее короткого плеча (Ypll.31-32), одноко-пийный ген SRY (от англ. sex-determining region Y).

Известно, что длина этого гена - т.п.н.,он не содержит интронных последовательностей, в его составе есть GC-богатая промоторная область длиной 310 п.н. и открытая рамка считывания из 612 п.н. Ген SRY млекопитающих кодирует белок (транскрипционный фактор из 204 аминокислот), который имеет ДНК-связывающий домен с консервативным участком из 79 аминокислотных остатков. Этот участок, так называемый HMG-бокс (от англ. high mobility group), может специфически связываться с регуляторными последовательностями ДН К (в частности, в области промоторов генов, детерминирующих половую дифференцировку), что вызывает изгиб молекулы. Такие изменения, происходящие в сайтах, являющихся мишенями для SRY, облегчают связывание транскрипционных регуляторов в непосредственно прилегающих областях. Пока точно не установлены гены, транскрипция которых регулируется SRY, достоверно известно лишь, что распознающий его сайт есть в промоторе гена АМН (от англ. anti-mullerian hormone).

Экспериментально показано, что именно ген SRY 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-женшины 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.

Половое размножение 

Половое размножение —  процесс у большинства эукариот, связанный с развитием новых  организмов из половых клеток (у  одноклеточных эукариот при конъюгации функции половых клеток выполняют  половые ядра).

Образование половых клеток, как правило, связано с прохождением мейоза на какой-либо стадии жизненного цикла организма. В большинстве  случаев, половое размножение сопровождается слиянием половых клеток, или гамет, при этом восстанавливается удвоенный, относительно гамет, набор хромосом. В зависимости от систематического положения эукариотических организмов, половое размножение имеет свои особенности, но как правило, оно  позволяет объединять генетический материал от двух родительских организмов и позволяет получить потомков с  комбинацией свойств, отсутствующей  у родительских форм.

Эффективности комбинирования генетического материала у потомков, полученных в результате полового размножения  способствуют:

1)случайная встреча двух  гамет;

2)случайное расположение  и расхождение к полюсам деления  гомологичных хромосом при мейозе;

3)кроссинговер между хроматидами.

 

Такая форма полового размножения  как партеногенез, не предусматривает  слияния гамет. Но так как организм развивается из половой клетки (ооцита), партеногенез все равно считается  половым размножением.

Во многих группах эукариот произошло вторичное исчезновение полового размножения, или же оно  происходит очень редко. В частности, в отдел дейтеромицетов (грибы) объединяет обширную группу филогенетических аскомицетов и базидиомицетов, утративших половой процесс. До 1888 года предполагалось, что среди наземных высших растений половое размножение полностью утрачено у сахарного тростника. Утеря полового размножения в какой-либо группе многоклеточных животных не описана. Однако известны многие виды (низшие ракообразные — дафнии, некоторые типы червей), способные в благоприятных условиях размножаться партеногенетически в течение десятков и сотен поколений. Например, некоторые виды коловраток на протяжении миллионов лет размножаются только партеногенетически, даже образуя при этом новые виды (!).

У ряда полиплиодных организмов с нечётным числом наборов хромосом половое размножение играет малую роль в поддержании генетической изменчивости в популяции в связи с образованием несбалансированых наборов хромосом в гаметах и у потомков.

Возможность комбинировать  генетический материал при половом  размножении имеет большое значение для селекции модельных и хозяйственно важных организмов.

 

 

 

Бесполое размножение

Бесполое размножение, или  агамогенез — форма размножения, при которой организм воспроизводит себя самостоятельно, без всякого участия другой особи. Следует отличать бесполое размножение от однополого размножения (партеногенеза), который является особой формой полового размножения.

Размножение делением

Деление свойственно прежде всего одноклеточным организмам. Как правило, оно осуществляется путём простого деления клетки надвое. У некоторых простейших (например, фораминифер) происходит деление на большее число клеток. Во всех случаях  образующиеся клетки полностью идентичны исходной. Крайняя простота этого способа размножения, связанная с относительной простотой организации одноклеточных организмов, позволяет размножаться очень быстро. Так, в благоприятных условиях количество бактерий может удваиваться каждые 30—60 минут. Размножающийся бесполым путём организм способен бесконечно воспроизводить себя, пока не произойдёт спонтанное изменение генетического материала — мутация. Если эта мутация благоприятна, она сохранится в потомстве мутировавшей клетки, которое будет представлять собой новый клеточный клон.

Размножение спорами

Нередко бесполому размножению  бактерий предшествует образование  спор. Бактериальные споры — это  покоящиеся клетки со сниженным метаболизмом, окружённые многослойной оболочкой, устойчивые к высыханию и другим неблагоприятным  условиям, вызывающим гибель обычных  клеток. Спорообразование служит как  для переживания таких условий, так и для расселения бактерий: попав в подходящую среду, спора  прорастает, превращаясь в вегетативную (делящуюся) клетку.

Бесполое размножение  с помощью одноклеточных спор свойственно и различным грибам и водорослям. Споры во многих случаях  образуются путём митоза (митоспоры), причём иногда (особенно у грибов) в огромных количествах; при прорастании они воспроизводят материнский организм. Некоторые грибы, например злостный вредитель растений фитофтора, образуют подвижные, снабжённые жгутиками споры, называемые зооспорами или бродяжками. Проплавав в капельках влаги некоторое время, такая бродяжка «успокаивается», теряет жгутики, покрывается плотной оболочкой и затем, в благоприятных условиях, прорастает.

Помимо митоспор, у многих из указанных организмов, а также у всех высших растений формируются споры и иного рода, а именно мейоспоры, образующиеся путём мейоза. Они содержат гаплоидный набор хромосом и дают начало поколению, обычно не похожему на материнское и размножающемуся половым путём. Таким образом, образование мейоспор связано с чередованием поколений — бесполого (дающего споры) и полового.

Вегетативное размножение

Другой вариант бесполого  размножения осуществляется путём  отделения от организма его части, состоящей из большего или меньшего числа клеток. Из них развивается  взрослый организм. Примером может  служить почкование у губок и  кишечнополостных или размножение  растений побегами, черенками, луковицами или клубнями. Такая форма бесполого  размножения обычно называется вегетативным размножением. В своей основе оно  аналогично процессу регенерации.

Вегетативное размножение  играет важную роль в практике растениеводства. Так, может случиться, что высеянное  растение (например, яблоня) обладает некой  удачной комбинацией признаков. У семян данного растения эта  удачная комбинация почти наверняка  будет нарушена, так как семена образуются в результате полового размножения, а оно связано с рекомбинацией  генов. Поэтому при разведении яблонь обычно используют вегетативное размножение  — отводками, черенками или прививками почек на другие деревья.

Бесполое размножение, воспроизводящее  идентичные исходному организму  особи, не способствует появлению организмов с новыми вариантами признаков, а  тем самым ограничивает возможность  приспособления видов к новым  для них условиям среды. Средством  преодоления этой ограниченности стал переход к половому размножению.

Почкование

Некоторым видам одноклеточных  свойственна такая форма бесполого  размножения, как почкование. В этом случае происходит митотическое деление  ядра. Одно из образовавшихся ядер перемещается в формирующееся локальное выпячивание  материнской клетки, а затем этот фрагмент отпочковывается. Дочерняя клетка существенно меньше материнской, и  ей требуется некоторое время  для роста и достраивания недостающих  структур, после чего она приобретает  вид , свойственный зрелому организму.Почкование- вид вегетативного размножения. Почкованием размножаются многие низшие грибы, например дрожжи и даже многоклеточные животные, например пресноводная гидра. При почковании дрожжей на клетке образуется утолщение, постепенно превращающиеся в полноценную дочернюю клетку дрожжей. На теле гидры несколько клеток начинают делится, и постепенно на материнской особи вырастает маленькая гидра, у которой образуются рот со щупальцами и кишечная полость, связанная с кишечной полостью „матери“.Если материнская особь поймает добычу, то часть питательных веществ попадает и в маленькую гидру,и наоборот, дочерняя особь, охотясь, также делится пищей с материнской особью. вскоре маленькая гидра отделяется от материнского организма и обычно располагается рядом с ней.