Cromossomos Sexuais - X e Y Determinação e Diferenciação Sexual Genética II Profa. Dra. Ana...

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