38. Хромосомні типи визначення статі.

У багатьох видів гени первинного визначення статі містяться у специфічних статевих хромосомах, які й зумовлюють детермінацію статі. Такий механізм називається хромосомним визначенням статі.

Існує декілька різновидів визначення статі хромосомного типу:

• Тип ХХ/Х0 (характерний для деяких комах, наприклад, коників і клопів роду Protentor), самки мають дві статеві хромосоми одного типу, які позначаються як Х-хромосоми (ХХ), а самці лише одну (Х0).

• Тип ХХ/ХY (ссавці, риби, деякі комахи, деякі рослини) жіноча стать має дві однакові статеві хромосоми (ХХ), а чоловіча, дві різні (ХY).

• Тип ZZ/ZW (птахи, плазуни, метелики). На відміну від попереднього типу, особини, які мають дві однакові статеві хромосоми (ZZ), є самцями, а особини з двома різними хромосомами (ZW), самками.

• Тип ZZ/Z0 (характерний для деяких метеликів) самці є носіями двох однакових статевих хромосом (ZZ), а самки лише однієї (Z0).

Стать, представники якої мають дві ідентичні статеві хромосоми та, відповідно, продукують ідентичні за цими хромосомами гамети, називається гомогаметною (гомогаметною статтю у ссавців є самки, а у птахів . самці). Стать, представники якої продукують різні за статевими хромосомами гамети, є гетерогаметною.

Молекулярні механізми визначення статі, навіть у межах одного хромосомного типу, можуть кардинально відрізнятися. Розглянемо два різні механізми визначення статі за типом ХХ/ХY . у дрозофіли та ссавців.

У дрозофіли наявні два типи статевих хромосом . Х і Y. Особини ХХ розвиваються як самки, а особини ХY . як самці. При цьому із зиготи, що має тільки одну Х-хромосому (Х0) також розвиваються самці, а набір статевих хромосом ХХY приводить до розвитку самки. Отже, генетично інертна Y-хромосома у дрозофіли взагалі не відіграє ролі у визначенні статі: ключовим моментом є співвідношення (баланс) між кількістю Х-хромосом і кількістю наборів аутосом. Це положення було свого часу сформульване Бріджесом (Calvin Bridges) як балансова теорія визначення статі.

За наявності в диплоїдній зиготі двох Х-хромосом, співвідношення між ними та кількістю наборів аутосом дорівнює 1, саме за такої умови із зиготи буде розвиватися самка. Набір статевих хромосом ХY приводить до відношення Х : А, що дорівнює 0,5, і з зиготи розвивається самець. Набір Х0 зумовить таке саме співвідношення між Х-хромосомами й аутосомами, тому особини Х0 є самцями. Набір статевих хромосом ХХY визначить співвідношення, яке дорівнює 1, що забезпечить розвиток самки. За умови, що Х : А більше за одиницю, із зиготи розвивається надсамка, яка характеризується гіпертрофованими зовнішніми статевими ознаками самки; наслідком відношення, яке менше 0,5, є розвиток надсамця. Якщо відношення Х-хромосом до кількості наборів аутосом є проміжним між 1 і 0,5, із зиготи розвивається так званий інтерсекс, який характеризується проміжним між самцями та самками фенотипом.

Балансовою теорією пояснюється поява серед дрозофіл гінандроморфів . особин, які мають частину клітин, тканин чи органів з ознаками, характерними для різних статей. Під час ембріонального розвитку при перших поділах зиготи з набором статевих хромосом ХХ, одна з Х-хромосом може бути втраченою (за механізмом виникнення анеуплоїдів), і відповідні клітини будуть родоначальниками тканин і органів, що розвиваються шляхом, характерним для самця.

Молекулярний механізм балансового визначення статі у дрозофіли пов’язаний із наявністю в Х-хромосомі двох генів . sis-a та sis-b, що виконують роль головного стать-детермінуючого сигналу. Білкові продукти цих генів утворюють комплекс із продуктом аутосомного гена da. Кількість продуктів гена da відповідає кількості аутосом (у диплоїдного організму . дві дози), а кількість продуктів генів sis-a та sis-b варіює залежно від кількості Х-хромосом у зиготі (одна або дві дози). Таким чином, у самок утворюється вдвічі більше цих білкових комплексів, ніж у самців. Білкові комплекси sis-da виконують роль факторів транскрипції, під контролем яких знаходиться ключовий ген розвитку статі . Sxl (Sex-lethal), що міститься в одній із аутосом. Подвійна концентрація фактора транскрипції є достатньою для активації гена Sxl у самки; у самця (одна Х-хромосома) ген не транскрибується на найбільш ранніх стадіях ембріонального розвитку, оскільки концентрація активатора транскрипції є недостатньою.

Ген Sxl містить вісім екзонів) і має два промотори . ранній і пізній. Фактор транскрипції sis-da активує ранній промотор, при транскрипції з якого (що відбувається тільки в самки) сплайсинг мРНК спрямований таким чином, що екзони 2 і 3 вирізаються з пре-мРНК. Продуктом гена є білок Sxl, він виконує роль регулятора сплайсингу власного гена при його транскрипції з іншого . пізнього . промотора, що активується як у самця, так і в самки на трохи пізніших стадіях розвитку ембріона. Транскрипція з пізнього промотора зумовлює трохи інший шлях сплайсингу, коли в мРНК залишається скорочений екзон 1 разом з екзоном 2. Регулятор сплайсингу Sxl забезпечує вирізання екзона 3 у самки, у самця (за відсутно-сті Sxl) цей екзон залишається. Оскільки екзон 3 містить стоп-кодон, трансляція мРНК у самця приводить до синтезу нефункціонального поліпептиду. У самки синтезується трохи змінена форма білка Sxl, яка підтримує сплайсинг власної мРНК шляхом, характерним для самки, а також виконує роль регулятора сплайсингу мРНК гена tra (transformer): у самки утворюється функціональна мРНК, у самця . нефункціональна, яка містить стоп-кодон у екзоні 2

Функціональний білковий продукт гена tra, у свою чергу, спрямовує сплайсинг мРНК гена dsx (double-sex) за типом самки: у мРНК наявні перші чотири з шести екзонів . за екзоном 4 розташований polyA-сигнал, який у присутності білка Tra впізнається системою процесингу. У результаті утворюється білок dsxF, який зумовлює розвиток самки, запускаючи активацію відповідного каскаду генів. За відсутності білка Tra в самця вказаний polyA-сигнал не розпізнається, і синтезується мРНК, що містить усі шість екзонів, . відповідний білок dsxM зумовлює активацію генів, які відповідають за розвиток ознак самця.

У ссавців, як і в дрозофіли, особини з набором статевих хромосом XX мають жіночу стать, а з набором XY . чоловічу. Але, на відміну від дрозофіли, особини Х0 (при втраті Y-хромосоми) мають жіночу стать, а особини з додатковими Х-хромосомами (ХХY, ХХХY, ХХХY) . чоловічу. Отже, у визначенні статі у ссавців ключову роль відіграє Y-хромосома: за її наявності розвивається особина чоловічої статі, за відсутності . жіночої. Визначальна функція Y-хромосоми зумовлена наявністю в її складі ключового гена TDF/SRY (Testis Determining Factor/ Sex determining Region Y), продукт якого є транскрипційним фактором для генів, котрі визначають розвиток тестикул (чоловічих гонад) у зародку.