Naslovnica Impresum Predgovor Sadržaj Pojmovnik Literatura

 

9.1. ABNORMALNOSTI U DETERMINACIJI SPOLA

KROMOSOMSKE ANOMALIJE

Ginandromorfizam u čovjeka nije moguć, jer spol nije determiniran na osnovu samo jedne stanice i spolnih kromosoma, već i zbog toga što na determinaciju spola utječu i spolni hormoni koji su stalno prisutni u krvi.
Abnormalnosti u broju i strukturi spolnih kromosoma mogu nam dobro objasniti ulogu X i Y kromosoma u determinaciji spola.
U čovjeka je intaktan Y kromosom neophodan za razvitak muškog spola: jedinka s Y kromosomom bez obzira na broj X kromosoma je muškog spola; jedinka bez Y kromosoma je ženskog spola. Dokaz za to su primjeri mutantnih kariotipova koji uzrokuju različite sindrome.

ABNORMALNOSTI ŽENSKOG SPOLA

TURNEROV SINDROM: 45, XO (Slika 9.1. http://www.endocrineonline.org/gif%20box/Ullrich.gif, monosomija kromosoma X).
Osoba je ženskog spola; učestalost javljanja je 1/2000. To su sterilne žene izrazito niskog rasta sa zadebljalim vratom (pterigij), nerazvijenim jajnicima, nerazvijenom maternicom, te drugim fizičkim abnormalnostima. To je ujedno jedina monosomija (monosomija – nedostatak jednog kromosoma) koja u čovjeka preživljava.

 

Slika 9.1. Fenotipske karakteristike žene s Turner-ovim sindromom.

 

Triplo-X sindrom: 47, XXX - trisomija X kromosoma

Ženske osobe normalne inteligencije; učestalost 1/600. Obično su fertilne i imaju normalno potomstvo. Tijekom oogeneze višak X kromosoma odlazi u polocite koje propadaju.

Tetra-X sindrom: 48, XXXX - tetrasomija X kromosoma

To su vrlo rijetki slučajevi ženskog spola. Radi se o teško retardiranim osobama s različitim fizičkim abnormalnostima kod kojih je razvitak sekundarnih spolnih karakteristika sasvim normalan.

ABNORMALNOSTI MUŠKOG SPOLA

KLINEFELTEROV SINDROM: 47, XXY (Slike 9.2. i 9.3.; http://emedicine.medscape.com/article/945649-overview).
Osobe muškog spola; učestalost 1/600. To su muškarci feminiziranog fenotipa s razvijenim prsima, malim testisima, slabe dlakavosti te ponekad s blagim mentalnim poremećajima.

 

Slika 9.2. Fenotipske karakteristike osobe s Klinefelter-ovim sindromom.

 

 

 

Slika 9.3. Kariogram Klinefelter-ovog sindroma (preuzeto s: http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookhumgen.html).

 

Osobe s Klinefelterovim sindromom mogu biti i kariotipa: XXXY; XXXXY; XXYY. U prosjeku je kariotip XXY niže inteligencije od XY kariotipa. Mentalna retardacija i tjelesne abnormalnosti su veće što je veći broj kromosoma X.

SINDROM DVOSTRUKOG Y: 47, XYY (Slika 9.4.)

Učestalost javljanja je 1/1000; to su muškarci nešto viši od prosječne populacije, inteligencije niže od prosjeka. Često ih nalazimo u mentalnim institucijama i zatvorima, jer su izrazito agresivni i slabo se uklapaju u društvene okvire. Fertilni su i imaju normalno potomstvo. Naime postoji kontrolni mehanizam koji sprječava da višak Y kromosoma uđe u gametu (funkcionalni spermij): to se događa tijekom mitotskih dioba spermatogonija ili u zadnjim fazama spermatogeneze.

 

Slika 9.4. Kariogram sindroma dvostrukog Y.

 

Sindrom su prvi puta opisali Patricia Jacobs i suradnici 1965. g. Ponekad se višak Y kromosoma nalazi i u muških osoba s normalnim ponašanjem i životnim navikama. Stoga je vjerojatnije da agresivno ponašanje nastaje kao posljedica složenog odnosa okoliša i bioloških (genetičkih) faktora, a ne viška Y kromosoma.

Do navedenih anomalija u broju spolnih kromosoma dolazi zbog nerazdvajanja kromosoma tijekom mejoze (homolognih kromosoma u AI ili sestrinskih kromatida u AII) (Slika 9.5.a. i b.).
I u drugih vrsta sisavaca prisutnost intaktnog Y kromosoma neophodna je za razvitak muškog spola. To pokazuju sindromi koji nastaju zbog abnormalnosti u broju spolnih kromosoma; tako u mačaka postoje jedinke XXY koje su sterilni ekvivalenti Klinefelterovom sindromu.

 

Slika 9.5.a. Nerazdvajanje kromosoma X u AI.

 

 

 

Slika 9.5.b. Nerazdvajanje spolnih kromosoma u AI (donja slika) i kromatida kromosoma Y u AII (gornja slika).

 

MOZAICIZAM

Oko 15% osoba s Turnerovim sindromom su mozaici s dvije stanične linije (X0/XX ili X0/XXX ili X0/XY – te se osobe razlikuju fenotipski). Mozaik nastaje nerazdvajanjem kromosoma tijekom mitotskih dioba u embriogenezi. Što se gubitak X kromosoma dogodi ranije tijekom razvitka fenotip je sličniji Turnerovom sindromu.
Kod Klinefelterovog sindroma se također javlja oko 15% mozaicima: XY/XXY; XX/XXY. Te se osobe razlikuju fenotipski, što ovisi o broju stanica s abnormalnim kariotipom te o njihovom smještaju, tj. koje je tkivo zahvaćeno.
Mozaici nisu ginandromorfi, jer u ljudskom organizmu nema ispoljavanja sekundarnih spolnih karakteristika oba spola. Mozaicizam daje abnormalne fenotipove, ali hormonalna aktivnost ne dozvoljava razvitak ženskih spolnih karakteristika zajedno s muškim spolnim karakteristikama.

9.2. DIFERENCIJACIJA SPOLA U SISAVACA

U čovječjem embriju 30 dana nakon oplodnje gonade predstavljaju gonadni grebeni. Zadebljanje grebena ukazuje na mjesto razvitka Müllerovog ili Wolfovog sistema, tj. ženskog ili muškog spolnog sustava.
Diferencijacija spola ovisi o spolnim kromosomima primitivne gonade.
Intaktni kromosom Y je neophodan za razvitak normalnih testisa koji luče muške spolne hormone neophodne za razvitak muškog reproduktivnog sustava. To su MIH (Müllerov inhibirajući hormon) i testosteron (glavni muški hormon).Testosteron upravlja razvitkom Wolfovog sistema – razvitak prostate, sjemenih vezikula i kanalića (unutarnji spolni sustav). Metabolizmom testosterona u dihidroksitestosteron (DHT) razvija se vanjski spolni sustav.
U odsustvu Y kromosoma razvija se Müllerov sistem, tj. primitivna gonada kariotipa XX razvija se u jajnik. Oogonije (matične stanice) nastaju u korteksu gonada, a primarne oocite nastaju neposredno prije rođenja ženskog novorođenčeta.

9.3. GENI KROMOSOMA Y

To su holandrični geni. U sisavaca je na Y kromosomu smješten gen okidač razvitka testisa koji proizvode muške spolne hormone. 1950. Ernest Eichwald je otkrio protein na površini stanica različitih muških tkiva. Takav protein nemaju stanice ženskih tkiva. Teoriju da se testis-determinirajući faktor (ili gen okidač razvitka testisa, TDF) nalazi na Y kromosomu potvrdila su transplantacijska istraživanja u izogenih sojeva miševa.
Izogeni sojevi su čiste linije homozigotnog genotipa. Ipak postoje neke genetičke razlike između mužjaka i ženke što je pokazano u eksperimentima transplantacije kože. 1955. je uspješno izvedena transplantacija kože sa ženki miševa na mužjake. Ukoliko je pak donor kože bio mužjak, a recipijent ženka došlo je do odbacivanja transplantata. Uzrok tomu je gen na Y kromosomu za antigen koji se nalazi na površini stanica tkiva mužjaka. Radi se o genu H-Y (histokompatibilni Y-gen) za antigen H-Y .
Gen H-Y se nalazi blizu centromera kromosoma Y, na dugom kraku. To je bio prvi potencijalni gen kandidat za razvoj testisa.

TESTIS-DETERMINIRAJUĆI FAKTOR (TDF)

Istraživanja o genu TDF uključivala su spolno-reverzne osobe: XX muškarce i XY žene (Slika 9.6.).
Muškarci XX (učestalost 1/20.000) su normalnog fenotipa, ali su sterilni. Imaju razvijene testise što znači da je dio kromosoma Y koji nosi gen za razvoj testisa smješten na kromosomu X .
Žene koje su XY na kromosomu Y nemaju taj gen; to su sterilne žene sa slabo razvijenim grudima i bez menstruacijskog ciklusa.
Tehnikama molekularne biologije dokazano je da se gen za razvitak testisa nalazi na kraćem kraku kromosoma Y . Tijekom tog istraživanja prvi gen kandidat za TDF je bio gen ZFY (zinc finger); to je gen za sintezu zinc finger proteina koji se veže za DNA te regulira ekspresiju drugih gena. Taj gen ipak nije primaran u determinaciji spola zato jer su nađeni XX muškarci bez ZFY gena.
Mogući gen kandidat je bio i gen SRY (sex determining region Y). Ta je regija nađena u miševa i ostalih sisavaca. Zanimljivo je da postoje XY jedinke miševa bez SRY gena koje su biološke ženke.

 

Slika 9.6. Gen SRY krosingoverom s kromosoma Y prelazi na kromosom X; na taj način mogu nastati spolno reverzne osobe.

 

 

Eksperiment koji je pokazao da je SRY spolno-determinirajući gen: DNA segment sa SRY genom istraživači su ubacili u mišje embrije čije su stanice imale XX spolne kromosome. Neki od embrija razvili su se u mužjake s normalno razvijenim testisima i ponašanjem tipičnim za mužjaka.
Gen SRY je okidač promjena u nediferenciranom naboru gonada prema razvoju muškog spola. Regija sa genom SRY nalazi se u nehomolognoj regiji Y kromosoma (http://www.nature.com/nrg/journal/v2/n3/fig_tab/nrg0301_207a_F1.html).

Normalni razvitak spola je vrlo složeni proces koji ovisi o genima na spolnim kromosomima i genima na autosomima. Gen SRY je okidač aktivnosti drugih gena (na autosomima i spolnim kromosomima).

Neki geni u genomu mogu spriječiti razvitak muškog spola u XY jedinki: npr. X-vezani recesivni alel može spriječiti stvaranje receptora za muške spolne hormone na stanicama; iako se testisi razvijaju, ne spuštaju se u mošnje pa se takve osobe zbog nerazvijenih vanjskih genitalija odgajaju kao ženske osobe (Slika 9.7.). U pubertetu im narastu grudi, te se razviju sekundarne spolne karakteristike ženskog spola, iako je razina testosterona sasvim normalna. Razlog tomu je prisutnost ženskog spolnog hormona estrogena koji nastaje metabolizmom testosterona. Taj sindrom nazivamo testikularna feminizacija ili muški pseudohermafroditi (ANDROGEN INSENSITIVITY SYNDROME). Te su osobe sterilne. Sindrom se nasljeđuje preko majke koja nosi X-vezani recesivni alel.

PSEUDOHERMAFRODITI

To su osobe XY koje zbog spolno-vezanog recesivnog alela imaju djelomičnu neosjetljivost na spolne hormone pa zbog toga imaju ambigvitetne vanjske genitalije (dijelom muške dijelom ženske; “ambiguity”).
Autosomalni recesivni gen, koji spriječava pretvorbu testosterona u DHR, uzrokuje da se XY osobe rađaju i odgajaju kao ženske osobe, ali u pubertetu postaju muškarci.
Razvijen je unutarnji muški reproduktivni sustav, ali zbog nedostatka DHT vanjske su genitalije poput ženskih (Slika 9.7.). U pubertetu dolazi do maskulinizacije zbog visoke razine testosterona koja prati pubertet. U pubertetu se testisi mogu spustiti, a razvija se i penis; počinje rasti brada; javljaju se muške sekundarne spolne karakteristike uključujući i sposobnost stvaranja spermija. Radi se o rijetkoj pojavi koja se javlja u nekim selima na Karibima gdje su česti brakovi u srodstvu.

 

Slika 9.7. Razvitak muškog spola mogu spriječiti neki geni na autosomima.

 

PRAVI HERMAFRODITI – INTERSEKS (kariotip 46,XX/46,XY)

To je tzv. himera koju čine dvije zigotne linije. Od tih dviju linija, jedna zigotna linija je potencijalni ženski embrij, a druga muški. Od unutarnjih spolnih organa imaju i testise i jajnike ili njihovu kombinaciju. Vanjske genitalije razvijaju se ovisno o količini testosterona – može se razviti normalna rodnica ili ambigvitetno spolovilo.

9.4. REGULACIJA EKSPRESIJE X-VEZANIH GENA

Različita struktura spolnih kromosoma utječe na aktivnost spolno-vezanih gena kao i na njihovo nasljeđivanje.
U vinske mušice i većine sisavaca sa XX/XY sustavom, postoji genska neravnoteža između spolova; ženke imaju dva X-vezana gena, a mužjaci samo jedan (muški spol je hemizigotan). Genska neravnoteža rješava se na različite načine ovisno o vrsti organizma.

VINSKA MUŠICA

Kromosom X mužjaka “radi” dvostruko (hipertranskripcija) kako bi se nadoknadio manjak jednog X kromosoma u odnosu na ženski spol. 1930. citolozi su uočili “napuhnuti” X kromosom mužjaka što je pripisano akumulaciji nekih genskih produkata. U novije vrijeme su identificirana 4 autosomalna gena odgovorna za hipertranskripciju. To su geni MSL (male sex-lethal) koji kodiraju za MSL proteine koji se udružuju s X kromosomom tako da tvore kompleks: X kromosom + MSL proteini + RNA molekule roX1 i roX2 gena uz pomoć kojega se mijenja struktura kromatina te dozvoljava pojačana transkripcija (http://cmgm.stanford.edu/devbio/baker/dose.html).

OBLIĆI

Dolazi do smanjene transkripcije (hipotranskripcije) – geni na oba X kromosoma se smanjeno transkribiraju od gena na jednom X kromosomu.

SISAVCI

Iako su svi autosomalni geni zastupljeni dvostruko, to nije slučaj sa spolno-vezanim genima. Kromosom X čini oko 6% genoma čovjeka.
Sisavci (i čovjek) imaju regulacijski sistem kompenzaciju doze, kojom se jedan X kromosom isključuje (inaktivira) u ranom embrionalnom razvoju i ostaje genetički inaktivan cijeli život. Sve započinje prepisivanjem gena Xist (X inaktivni stanični transkript) (Slika 9.8.) u molekulu RNA koja se veže za X kromosom i dalje upravlja procesom heterokromatinizacije tj. inaktivacijom X kromosoma. U inaktiviranom kromatinu dolazi do kemijske modifikacije (hipoacetilacije) histona H3 i H4 (http://www.nature.com/nrg/journal/v2/n1/fig_tab/nrg0101_059a_F5.html).
Inaktivirani kromosom X vidi se u jezgri tjelesnih stanica ženki uz samu jezgrinu ovojnicu kao jače obojano duguljasto tjelešce (Slika 9.9.). To je otkrio 1949. Murrey Barr u jezgrama neurona hipoglosusa mozga ženki mačaka. Njemu u čast inaktivirani X nazivamo Barrovo tjelešce. Barrovo tjelešce vidljivo je u tkivima embrija starog 16-20 dana.

Slika 9.8. Lokalizacija Xist RNA molekule na kromosomu dobivena tehnikom FISH-a.

 

Barrovo tjelešce nije vidljivo u stanicama hematopoeze i gametogeneze. Vidljivo je u svim ostalim tjelesnim stanicama ali s različitom zastupljenošću. Primjerice vidljivo je u 90% neurona, 60% fibroblasta, 2% leukocita; u polimorfonuklearnim leukocitima izgleda poput bubnjarskog štapića pričvršćenog za jedan od režnjeva jezgre (Slika 9.10.).

Britanska genetičarka Mary Lyon (1961-62.) je zaključila da se inaktivacija X kromosoma događa nasumce i sasvim slučajno. Prema njenoj hipotezi žensko je tijelo mozaik sačinjen od dvije vrste stanica s obzirom na aktivnost X kromosoma: u ½ tjelesnih stanica inaktiviran je očev X, a u drugoj polovici majčin X kromosom (Slika 9.11.).
Ako je ženka heterozigot za spolno-vezano svojstvo to znači da u jednoj polovici tjelesnih stanica dolazi do ekspresije dominantnog alela, a u drugoj polovici stanica do ekspresije recesivnog alela.

 

Slika 9.11. Prema Lyonovoj hipotezi inaktivacija kromosoma X je nasumična i slučajna (preuzeto s: http://www.synapses.co.uk/genetics/tsg12.html, copyright dr. Jamie Love).

 

Dobar primjer gdje se to vidi je boja krzna u mačke koja ima krzno šareno poput kornjačevine ("tortoise-shell"). Spolno-vezani gen daje crno ili narančasto krzno. Mužjak koji je za boju krzna recesivan, ima narančasto krzno. Ženka heterozigotna za boju krzna ima krzno crne i narančaste boje (poput kornjačevine) što ovisi o diferencijalnoj ekspresiji alela na kromosomu X (Slika 9.12.).

 

Slika 9.12. Boja krzna heterozigotne ženke (preuzeto s: http://www.columbia.edu/cu/biology/courses/w3031/HOsandOverheads/

mendelian%20folder/XInact.jpg).

Što se inaktivacija kromosoma X dogodi ranije tijekom razvitka, to su veći dijelovi krzna iste boje, jer nastaju većim brojem staničnih dioba.

Ako se javlja i krzno bijele boje, uz narančasto i tamno to je “calico” mačka, gdje je za bijelu boju odgovoran autosomalni gen (Slika 9.13.). Mužjak može biti takve boje jedino ako ima višak X kromosoma.

 

Slika 9.13. Barrovo tjelešce (strelice) u jezgrama tjelesnih stanica ženke (lijevo); “Calico” mačka (desno).

 

 

Inaktivacija X kromosoma događa se heterokromatinizacijom. Heterokromatin je kondenzirani kromatin u kojem se DNA ne transkribira. Molekularni mehanizam inaktivacije X kromosoma je modifikacija DNA metilacijom citozina (Slika 9.14.a. i b.)

Slika 9.14.a. Mehanizam DNA metilacije.

 

 

 

Slika 9.14.b. Uzorak metilacije isti je nakon replikacije DNA (preuzeto s: http://www.web-books.com/MoBio/Free/Ch7F2.htm).

 

DOKAZI LYON TEORIJE

Kada su kromosomi kondenzirani, oni ne sudjeluju u staničnim aktivnostima, osim onima vezanim za diobu. Istraživanjem stanica u kulturi (♀) u ranoj mitozi vidljivo je da je jedan X kromosom kompaktniji i jače se boji, a također se replicira kasnije od drugog X kromosoma.
Tijekom ranih dioba ženskog embrija oba X kromosoma se ponašaju jednako; oko 16. dana gestacije u kasnoj fazi blastociste spolni kromatin (inaktivirani X) može se vidjeti u svim stanicama (i tjelesnim i germinativnim); u germinativnim stanicama kasnije dolazi do reaktivacije X kromosoma, tako da su na početku mejoze oba kromosoma X aktivna.


Biokemijska istraživanja osoba heterozigota za spolno-vezane gene također idu u prilog hipotezi Mary Lyon:

HEMOFILIJA
Homozigotna zdrava žena i hemizigotni zdravi muškarac imaju jednaku količinu antihemofilijskog faktora u krvi. Heterozigotna žena je zdrava, ali količina antihemofilijskog faktora varira; većina ih ima polovičnu količinu (u odnosu na zdrave osobe).

G6PD
Heterozigotne žene pokazuju intermedijarni odgovor na neki stimulans (npr. lijek). Ako usporedimo osobe normalnog kariotipa s XXX i XXY osobama, možemo uočiti da je količina enzima ista što znači da je samo jedan X aktivan.

Mehanizam inaktivacije X kromosoma usavršen je prirodnom selekcijom zajedno s evolucijom X i Y kromosoma koja je osigurala gensku ravnotežu u oba spola. Prema Ohno-u mehanizam inaktivacije X kromosoma je sačuvao kromosom X intaktnim kroz evoluciju sisavaca dok je kromosom Y bivao sve manji te se danas razlikuje od vrste do vrste. Evolucija X kromosoma je bila vrlo konzervirana i zbog toga je veličina X kromosoma gotovo ista u svih sisavaca.

Neki su geni aktivni u Barr-ovom tijelu: gen za steroidnu sulfatazu, gen za antigen Xg na eritrocitima, MIC2, ZFX. Zbog inaktivacije jednog X kromosoma u ženki, oba su spola hemizigotna za gene na X kromosomu, ali ekspresija ipak ovisi o genotipu. Dva X kromosoma su neophodna za fertilnost ženskog spola. Sterilnost se javlja ako nedostaje samo djelić X kromosoma.

9.5. SVOJSTVA UVJETOVANA SPOLOM (SEX-INFLUENCED)

Ekspresija nekih alela uvjetovana je spolom nosioca.To su najčešće aleli na autosomima čija dominantna ekspresija ovisi o spolu.
Primjeri:
Nasljeđivanje boje dlake u stoke
Prisustvo ili odsustvo rogova u ovaca: u mužjaka je prisustvo rogova dominantno, a u ženki je odsustvo rogova dominantno
Ćelavost u ljudi: u muškaraca je to dominantno (B), a u žena je recesivno (b) (Slika 9.15.).

 

Slika 9.15. Ćelavost u muškarca (lijevo) i žene (desno).

 

Za ćelavost su osim gena odgovorni i faktori unutarnjeg, hormonalnog okoliša. Muški hormon testosteron je odgovoran za ekspresiju alela za ćelavost (B); stoga terapija testosteronom u muškaraca može uzrokovati ćelavost. S druge strane terapija ženskim spolnim hormonima može povratiti rast kose, ali također i uzrokovati rast grudi. Žena koja je genotipa BB može kasnije u životu oćelaviti, jer to ovisi o njenom hormonskom statusu. Isti genotip daje različiti fenotip ovisno o spolu: Bb – ćelavi muškarac ili žena s normalnim rastom kose.

9.6. SVOJSTVA OGRANIČENA SPOLOM (SEX-LIMITED)

To su svojstva koja se izražavaju samo kod jednog spola iako su geni za ta svojstva prisutni u oba spola.
To su primjerice u žena razvitak grudi i jajnika; u muškaraca dlakavost lica i stvaranje spermija. U nekih vrsta ptica su mužjaci puno šarenijeg perja nego ženke.

Za razvitak određenog fenotipa jako je važan hormonalni okoliš. U ljudi se geni za sekundarne spolne osobine nasljeđuju od oba roditelja, no njihova ekspresija ovisi o hormonskom statusu.
Za rast brade je osim gena potrebna određena razina muškog spolnog hormona koja inducira ekspresiju tog gena.
Neki tumori nadbubrežne žlijezde, koja proizvodi muške spolne hormone, u oba spola mogu uzrokovati višak muških spolnih hormona. To kod žena utječe na aktivnost gena za rast brade – fenotipski muškarac.
Ako muškarci uzimaju ženski spolni hormon estrogen narastu im grudi jer se aktiviraju geni koji su normalno aktivni samo u žena. Za ekspresiju nekih svojstava ograničenih spolom može biti važna i odsutnost spolnog hormona.

U svojstva ograničena spolom spada i oblik repa u peradi. Dominantni alel H uzrokuje u mužjaka rep poput ženkinog (“hen-featered”). Recesivni alel h nikada ne dolazi do izražaja u ženki koje su bez obzira na genotip “hen-feathered” (Slika 9.16.). No ako se mladoj ptici uklone gonade, pa nema spolnih hormona, genotipovi HH i Hh bit će “cock-feathered” (pijetlov rep).


Slika 9.16. Nasljeđivanje oblika repa u peradi.

 

9.7. SAŽETAK