cromossomos sexuais - x e y determinação e diferenciação sexual genética ii profa. dra. ana...
TRANSCRIPT
Cromossomos Sexuais - X e YCromossomos Sexuais - X e YDeterminação e Diferenciação SexualDeterminação e Diferenciação Sexual
Genética II
Profa. Dra. Ana Elizabete Silva
Ross et al. (Nature, 2005) Estrutura funcional:Estrutura funcional:
• 5% genoma nuclear (160 Mb),
• SUBMETACÊNTRICO
• 99,3% da sequência eucromática do X
•1098 genes codificantes 699 genes
conhecidos
• genes funcionais em ambos os sexos.
Cromossomo XCromossomo X
Ohno (1967): cromossomos sexuais de mamíferos evoluiram de um par de autossomos (300 milhões anos)
•Isolamento da região determinante do sexo no Y
•barreira para recombinação entre X e Y: divergência acúmulo de mutações no Y e degeneração deleções http://www.learner.org/courses/biology/pdf/11_gender.pdf
Consequência da Falta de Recombinação X-Y
• Aquisição de genes específicos a masculinidade → envolvidos apenas na espermatogênese
• Perda gradual de genes homólogos ligados ao X• Redução do Y → remoção de sequências redundantes• Mecanismo de conversão gênica → compensar a falta
de recombinação X-Y• Infertilidade masculina → deleção esporádica
ocasional de genes essenciais envolvidos na espermatogênese
Inativação do XInativação do X
Hipótese Lyon (1960)
1 cromossomo X em cada célula somática da mulher é inativado
Compensação de Dose
Fêmeas (46,XX) 2 cópias de cada gene ligado ao X
Machos (46,XY) apenas 1 cópia desvantagem?
- estágio de blastocisto
- contagem dos cromossomos X células 46,XY e 45,X
nenhum X inativado.
- células 46,XX e 47,XXY 1 X inativado.
Corpúsculo de Barr ou Cromatina Sexual
Cromossomo X inativo no núcleo interfásico.
Cromatina Sexual - corpúsculo de Barr
- machos hemizigotos e fêmeas funcionalmente hemizigotas.
- escolha é ALEATÓRIAALEATÓRIA (exceto células das membranas extra-
embrionárias) é FIXADA (inativação do X paterno)FIXADA (inativação do X paterno).
Desvio da Inativação:
Manifestação clínica variável em mulheres heterozigotas para doenças ligadas ao X desde absolutamente normal até totalmente afetada
INATIVAÇÃO NÃO ALEATÓRIA DO X1. Lyonização seletiva: inativação preferencial do X com deleção ou mutação
2. Lyonização negativa: inativação preferencial do X normal. Ex. t(X;A),
3. Mutação em XIST: alteração no processo aleatório
4. Células do tecido extra-embrionário: Apenas o X paterno é inativado
Inativação não-aleatória expressividade variável de doenças ligadas ao X em mulheres heterozigotas
Fêmea adulta: mosaico de clones derivados de
diferentes células embrionárias.
Machos e fêmeas homozigotas → pelagem preta ou laranja
Fêmeas heterozigotas → pelagem malhada
XIC (centro de inativação do X) em Xq13 locus controla
a iniciação e a propagação (contagem e escolha) evento
epigenético silenciamento transcricional de um dos
cromossomos X em células somáticas
- X sem o XIC não são inativados
Mecanismos de inativação do X
Anomalias estruturais do cromossomo X
Deleções X(q)
Região Xcen-q13Região Xcen-q13
Isocromossomos Xp
Região Crítica ausente.Região Crítica ausente.
Região CríticaRegião CríticaCentro de Inativação do X (XIC), sem a
qual o cromossomo não pode formar o
corpúsculo de Barr e permanece ativo.
Genes que atuam na inativação do X:
-XIST (Xist) X-Inactivation-Specific Transcript RNA de
17 kb codificado pelo X inativo atua sobre o
cromossomo X inativado.
-X inativo: o gene XIST é expressado (silenciamento
dos genes )
-X ativo: gene XIST encontra-se inativo
- Xce: contagem dos cromossomos X
- Tsix: antisense de XIST bloqueador de XIST
cromossomo X ativo
Mecanismos de inativação do X
ETAPAS DA INATIVAÇÃO DO X:ETAPAS DA INATIVAÇÃO DO X:1. Iniciação: locus XIST sobre cada cromossomo X é
expressado, de modo que a transcrição é interrompida em um dos crs. X, mas é mantida no outro X inativado (cromatina sexual).
Regulação de XIST no X ativo regulado em cis por um
gene antisense Tsix bloqueia o acúmulo e espalhamento de
XIST no Xa
Hipermetilação do DNA do Xi nas ilhas CpG (silenciamento)
MetilaçãoMetilaçãoMetilação (enzima: DNA-metiltransferase)
regiões 5´ promotoras dinucleotídeos
C-G Ilhas CpG
Genes constitutivos:
são silenciados
inativa a transcrição.
ETAPAS DA INATIVAÇÃO DO X:ETAPAS DA INATIVAÇÃO DO X:
2. Espalhamento bidirecional passagem de alguns sinais a
longa distância de uma maneira cis, sem afetar o outro
cromossomo.
3. Manutenção da inativação
-modificações na conformação da cromatina (hipoacetilação e
metilação de histonas do nucleossomo do Xi) heterocromatina
(cromatina compactada transcricionalmente inativa)
replicação tardia
a
b
c
d
e
a) antes da inativação: XIST é expresso em uma
forma instável, fatores bloqueadores impedem
sua regulação (gene antisense TSIX)
b) RNA XIST se estabiliza, há regulação
transcricional ou ocorre liberação dos fatores
bloqueadores.
c) espalhamento RNA XIST sobre o X antes da
sua inativação.
d) modificações da cromatina: hipoacetilação e
metilação das histonas, metilação dos
promotores dos genes ligados ao X X inativo.
e) silenciamento transcricional dos genes devido
ao espalhamento do RNA XIST
Obs.: no futuro Xa persistência de TSIX prevenindo a formação da cobertura de XIST sobre o Xa
REATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO XREATIVAÇÃO DO CROMOSSOMO X
- Cromossomo X inativo é reativado nos ovócitos pouco antes da
meiose.
Genes que escapam da inativação:Genes que escapam da inativação:
principalmente em Xp (PAR)
STS - enzima esteróide sulfatase (ictiose).
MIC 2
ZFX
A1S9T
RPS4X
MIC2STSZFX
A1S9T
RPS4X
VARIABILIDADE NA EXPRESSÃO DE GENES DO CROMOSSOMO X
• Carrel & Willard (2005): estudo de 95% de genes do X em fibroblastos de 40 mulheres:
• Mulheres expressam diferentes genes do Xi: heterogeneidade do nível de expressão entre as mulheres
• Explicação para algumas diferenças comportamental e biológica entre mulheres e entre homens e mulheres
75% genes: submetidos a inativação
25% genes: escapam da inativação
15% genes (94) do Xi escapam da inativação (todas mulheres): diferindo nas regiões do X
10% genes: padrão variável de inativação entre as mulheres e expressados diferentemente em alguns Xi
Distribuição não casual de genes que escapam da inativação ao longo do cromossomo X: principalmente Xp distal → aneuploidias de Xp mais severa que Xq
www.nature.com/news/2005
Doenças ligadas ao X: reconhecidas pelo padrão de herança
Associado com grande número de doenças: 10% das doenças mendelianas
Cromossomo YCromossomo Y
• acrocêntrico (70 Mb)•Gene ancestral Sox3
heterocromatina constitutiva
(maior parte) • DNA não codificador, alta e
moderadamente repetitivo →
conversão gênica → recombinação
com o próprio Y• pobre em genes (~251 genes)• maioria dos genes controlam a
função sexual.• desaparecimento em 5-10 milhões
de anos???
ESTRUTURA DO CROMOSSOMO YESTRUTURA DO CROMOSSOMO Y
1- Região pseudo-autossômica maior (PAR1) • 5% do tamanho do Y
-extremidade dos braços curtos do Y e X
-Pareamento com o X
- homologia de 2,7 Mb; - contém cerca de 12 genes não submetidos a
inativação
-frequência alta de recombinação
na meiose masculina
-sítio de crossing-over
obrigatório
2- Região pseudo-autossômica menor (PAR2):- 330 kb na extremidade dos braços longos do X e do Y (recombinação
não obrigatória)
- Alguns genes submetidos a inativação
Deleções dos fatores de azoospermia(Yq11): AZFa, AZFb e AZFc: infertilidade
Regiões homólogas de X e Y.
•Região eucromática do X:
6 x maior que do Y
•Outras regiões de
homologia
Xp21.3 e Yq proximal
região Yp-Xq
região Yq-Xq
Cromossomo Y determinação sexual em Cromossomo Y determinação sexual em humanoshumanos
- Eventos que evidenciam que o Y é responsável pela
determinação do sexo masculino:
a- indivíduos 45,X mulheres
b- indivíduos 47,XXY; 48,XXXY ou 49,XXXXY homens
YY garante o fenótipo masculino, independentemente
do número de crs. X.
c- indivíduos 46,X,iso(Yq) ou del(Yp) mulheres com fenótipo
de S. Turner.
Yp Yp fatores determinantes do sexo masculino
Gene Gene SRYSRY (Sex- determining region on the Y
chromosome)
diferentes análises genéticas:
- localizado em Yp11.3
- gene determinante do sexo (TDF: fator
determinante do testículo)
- presente e conservado em
diferentes organismos
- proteína sry: apenas em testículos
-fator de transcrição regula
expressão de outros genes
SRYSRY SRY
Animais transgênicos para o gene SRY:33.17 macho XY e 33.13 macho XX
33.17 33.1333.17XY-m
33.09XX-F
33.13XX- m
SRY
controle
ZFY
Estudos em camundongos transgênicosEstudos em camundongos transgênicos transferência transferência do do SRYSRY clonado para um oócito fertilizado XX clonado para um oócito fertilizado XX
macho XXmacho XX
Estudos em Homens 46,XX – Sexo Reverso
•avaliação cromossômica em homens 46,XX
cromossomo X com o gene SRY crossing defeituoso.
•mutações em SRY - cariótipo 46,XY
- fenótipo feminino
Avaliação cromossômica em Avaliação cromossômica em
homens 46,XXhomens 46,XX
Crossing durante a meiose masculina
SRY: DETERMINAÇÃO DO SEXO MASCULINOSEXO REVERSO
HOMENS XX: Fenotipicamente homens (testículos) Alguns casos genitália ambigua
apresentam o gene SRY (80% casos); são inférteis;
aspecto fenotípico da S. Klinefelter, mas com estatura mais baixa; maioria dos casos parte de Yp foi permutado em Xp
MULHERES XY: ausência de SRY no cromossomo Y;
mecanismo genético: recombinação desigual durante a espermatogênese, entre os cromossomos X e Y;. FREQUÊNCIA= 1:20.000
DETERMINAÇÃO E DIFERENCIAÇÃO SEXUAL
DETERMINAÇÃO E DIFERENCIAÇÃO SEXUAL
• Determinação Gonadal:• relacionada com o desenvolvimento das gônadas
(testículo ou ovário)• processo que inicia-se com a gametogênese dos
progenitores até a diferenciação gonadal específica de cada sexo
• Diferenciação Sexual:• Resulta no desenvolvimento das genitálias até o
desenvolvimento das características sexuais secundárias
É MENINO OU MENINA?
1 em 3000 crianças nasce com intersexo
http://deza7.blogs.sapo.pt/arquivo/masc%20fem.JPG
CLASSIFICAÇÃO DOS NÍVEIS SEXUAIS
SEXO GENÉTICO
CROMOSSÔMICO SEXO GONADAL
SEXO ENDÓCRINO
SEXO CEREBRAL
SEXO GENITAL INTERNO
SEXO GENITAL EXTERNO
SEXO PSICOLÓGICO
CLASSIFICAÇÃO DOS NÍVEIS SEXUAIS
Caracteres sexuais secundários e alterações pubertárias:-mulheres: pêlos axilares e púbicos, seios, menstruação, etc-homens: pêlos axilares e púbicos, barba, alteração da voz, etc
DETERMINAÇÃO E DIFERENCIAÇÃO SEXUAL
•Embrião (6a. - 7a. Semana):
gônadas bissexuais
Diferenciação sexual: completa ~12-14 semanas
(Córtex)(medula)
•Células de Leydig (8a. semana): testosterona
Ductos de Wolff (condutos deferentes, epidídimo, vesícula seminal e ductos ejaculatórios)
•Células de Sertoli (8-12a.semana) HAM (hormônio anti-mulleriano)
regressão dos Ductos de Muller
trompas, útero, porção superior da vagina
Tumor de Wilms (desenvolvimento renal e gônada)
(expresso na crista genital)
regulador do gene HAM (anti-mulleriano)
diferenciação ovariana
CLASSIFICAÇÃO DAS ANORMALIDADES DA DIFERENCIAÇÃO SEXUAL
1-Disgenesia gonadal (erros no sexo gonadal)• S. Turner e S. Klinefelter• Disgenesia gonadal pura (S. Swyer)• Disgenesia gonadal mista • Hermafroditismo verdadeiro• Sexo reverso ou homem XX
HERMAFRODITISMO• Presença de tecido ovariano e testicular,
genitália ambígua
• maioria dos casos: ovotestis (uni ou
bilateral)
• cariótipo típico (60%): 46,XX (SRY-)
• pequena porcentagem: quimeras (13%)
(células XX e XY de diferentes zigotos);
12% 46,XY
• 2/3 casos: genitália externa masculina
• rara presença de espermatozóides
• Presença de útero e menstruação
HERMAFRODITISMO• Características:• frequentemente presença de
útero• condutos genitais conforme
gônadas presentes• genitália externa ambígua ou
masculinizada, hipospadia, criptorquidia
• hérnia inguinal (ovotestis ou testículo)
• ginecomastia na puberdade• menstruação em alguns casos• caracteres sexuais secundários
femininos incompletos
CLASSIFICAÇÃO DAS ANORMALIDADES DA DIFERENCIAÇÃO SEXUAL
2- Pseudo-hermafroditismo feminino• Hiperplasia congênita da adrenal (AR)
-deficiência da 21-hidroxilase-deficiência da 21-hidroxilase com perda de sal
3- Pseudo-hermafroditismo masculino• Deficiência de produção de testosterona• Defeito do metabolismo dos andrógenos
Ex. S. de insensibilidade completa aos andrógenos (S. feminização testicular)
PSEUDO-HERMAFRODITISMO FEMININO
• Incidência: 1:5000 nascimentos• Gônadas: ovários• cariótipo feminino: 46,XX• genitália interna feminina: ovários, útero e
trompas de Falópio• genitália externa masculinizada em grau
variável (ou ambígua) virilização da genitália na vida fetal
• Ex. Hiperplasia congênita da adrenal (AR)-biossíntese do cortisol: superprodução de esteróides com atividade androgênica (deficiência da 21--hidroxilase)
PSEUDO-HERMAFRODITISMO MASCULINO• Incidência: 1:65.000 sexo masculino• Gônadas: testículos (testosterona normal)• cariótipo masculino: 46,XY• fenotipicamente mulheres (mamas,
amenorréia primária, ausência dos derivados de Müller)
• anomalias das gônadas e condutos genitais• genitália externa alterada: feminilizada ou
ambígua (vagina em fundo cego)• Ex. S. da insensibilidade androgênica
completa (S. de feminização testicular)• herança recessiva ligada ao X: ausência ou
defeito da função de receptores andrôgenicos nos órgãos alvo