Wiki/Genetika/Determinacija pola i poremećaji polne diferencijacije

Determinacija pola — mehanizam

Stranica Polno vezano (X-vezano) nasljeđivanje je već pomenula da je SRY najvažniji Y-vezan gen i da pokreće mušku polnu diferencijaciju, uz obećanje pune razrade ovdje - ova stranica to obećanje ispunjava. Napomena o izvorima: dubinski mehanistički materijal za ovu temu (SRY, hormonske kaskade, embrionalni kanali) ne dolazi iz iste knjige (OpenStax Biology) koja je primarni izvor za ostatak genetika oblasti, nego iz srodne, ali odvojene knjige istog izdavača - OpenStax Anatomy and Physiology - i StatPearls, jer OpenStax Biology ovu temu pokriva samo najosnovnijim naznakama.

SRY - okidač muške determinacije. Gen SRY (Sex-determining Region of the Y chromosome) kodira protein koji funkcioniše kao transkripcioni faktor - vezuje se za specifične regije DNK i kontroliše aktivnost drugih gena. Bez funkcionalnog SRY proteina, fetus neće razviti testise nego će razviti matericu i jajovode, uprkos prisustvu i X i Y hromozoma - SRY aktivno regrutuje gene koji pokreću razvoj testisa i, posredno (preko testisa i njegovih hormona), sprečava razvoj ženskih struktura. Vezu između SRY gena i testis-determinišućeg faktora (TDF) je 1990. godine u časopisu Nature pokazao tim (Berta, Sinclair i saradnici, u saradnji sa Marc Fellousom sa Instituta Pasteur) analizom osoba sa Y hromozomom ali neaktivnim SRY sekvencama koje su se razvile kao žensko.

SOX9 kaskada. SRY, u kompleksu sa proteinom SF-1, djeluje kao transkripcioni faktor koji pojačava aktivnost drugih transkripcionih faktora - prvenstveno SOX9, koji je zapravo "izvršni" gen kaskade: SRY je okidač, ali SOX9 je taj koji dalje sprovodi program, direktno pokrećući diferencijaciju Sertolijevih ćelija testisa.

Vremenska linija - bipotentna gonada. Do otprilike 5.-6. sedmice post-fertilizacije, gonadalno tkivo je bipotentno - identično kod hromozomski muškog i ženskog koncepta, sa potencijalom da se razvije u bilo kom smjeru. Oko 6.-7. sedmice, paramezonefrički (Milerovi) kanali se razvijaju uz mezonefričke (Wolffove) kanale - oba kanalna sistema su prisutna kod SVAKOG embriona bez obzira na genetski pol, sve dok se ne odluči koji će opstati.

Dva hormona, dva zadatka. Ekspresija SRY gena pomaže diferencijaciju Sertolijevih ćelija, koje potom proizvode anti-Milerov hormon (AMH, poznat i kao Mullerian inhibiting substance). Vezivanje AMH za svoj receptor pokreće apoptozu (samouništenje) ćelija Milerovog kanala - kod hromozomskih muškaraca, Milerov kanal tako regredira. Otprilike istovremeno, intersticijske (Leydigove) ćelije počinju lučiti testosteron (izvori variraju, otprilike od 7.-9. sedmice), koji je kritičan za mušku diferencijaciju unutrašnjih genitalija - testosteron djeluje LOKALNO (parakrino) na Wolffov kanal na istoj strani tijela odakle dolazi, ne sistemski podjednako na obje strane, što objašnjava zašto neka DSD stanja daju asimetričnu sliku. Bez te AMH sekrecije, Milerov kanal će se razviti u matericu i jajovode; bez testosterona, Wolffov kanal će atrofirati.

Ženski put nije puka odsutnost muškog. Dugo se ženski razvoj opisivao kao "default" ishod - jednostavno ono što se desi kad SRY/testosteron/AMH izostanu. Savremena literatura ovo ispravlja: diferencijacija jajnika je sopstven, aktivan proces, koji vode gen-specifični transkripcioni faktori (FOXL2, WNT4, RSPO1, preko beta-katenin puta) - odsustvo SRY samo po sebi ne garantuje uredan razvoj jajnika, nego može dati i varijabilnu gonadalnu disgenezu ako i ovaj aktivni ženski program zakaže (primjer takvog ishoda je 46,XX gonadalna disgenezija, obrađena na sljedećoj stranici).

Testosteron naspram DHT - unutrašnje naspram spoljašnje genitalije. Testosteron direktno virilizuje UNUTRAŠNJE strukture (Wolffov kanal → epididimis, vas deferens, sjemene kesice). Za SPOLJAŠNJE genitalije, testosteron se mora prvo konvertovati u dihidrotestosteron (DHT) preko enzima 5-alfa-reduktaze - maskulinizacija spoljašnjih genitalija in utero je odgovor na DHT, ne direktno na testosteron. Ova razlika objašnjava zašto deficit 5-alfa-reduktaze daje osobu sa normalnim unutrašnjim muškim strukturama, ali nedovoljno maskuliniziranim spoljašnjim genitalijama.

Homologne strukture. Bipotentna tkiva postaju različite strukture zavisno od hormonskog okruženja, ne potpuno različite organe iz ničega. Sa izloženošću testosteronu (preko DHT), ćelije koje bi mogle postati ili glans penisa ili glans klitorisa formiraju glans penisa; bez te izloženosti, iste ćelije diferenciraju u klitoris. Tkivo koje kod muškaraca postaje skrotum, kod žena postaje velike usne (labia) - homologne strukture, isti embrionalni materijal, različita sudbina zavisno od hormona.

Česta zabuna

Čest je utisak da "XY" automatski znači "muško" i "XX" automatski znači "žensko", kao da su sami hromozomi uzrok. Tačnije: hromozomi određuju KOJI GEN će biti prisutan (SRY na Y), a taj gen je taj koji stvarno pokreće kaskadu - bez funkcionalnog SRY, XY jedinka se razvija žensko; sa funkcionalnim SRY prisutnim čak i na X hromozomu (translokacija), XX jedinka se može razviti muško. Konkretni klinički primjeri ove tačke - Swyer sindrom (XY bez funkcionalnog SRY) i SRY-pozitivan XX muškarac - obrađeni su na stranici o poremećajima polne diferencijacije.

Druga zabuna je izjednačavanje testosterona i DHT kao "istog hormona". Testosteron i DHT imaju RAZLIČITE zadatke u razvoju - testosteron za unutrašnje strukture, DHT (konvertovan od testosterona) za spoljašnje - poremećaj konverzije (deficit 5-alfa-reduktaze) daje diskordantnu sliku između unutrašnjih i spoljašnjih genitalija.

Klinička korelacija

Svaki korak ove kaskade - SRY ekspresija, SOX9 aktivacija, AMH lučenje, testosteron/DHT konverzija - predstavlja tačku na kojoj mutacija može poremetiti proces i dati poremećaj polne diferencijacije (DSD). AMH nivo se koristi i klinički, van embrionalnog razvoja - mjerenje AMH kod novorođenčeta sa dvosmislenom genitalijom direktno govori da li testikularno (Sertolijevo) tkivo uopšte postoji, nezavisno od kariotipa. Puna klasifikacija i konkretni klinički entiteti (Swyer sindrom, sindrom neosjetljivosti na androgene, kongenitalna adrenalna hiperplazija i drugi) su tema sljedeće stranice ove oblasti.

Izvori
  • OpenStax Anatomy and Physiology, 2. izdanje, pog. 27.3 (Development of the Male and Female Reproductive Systems) - primarni izvor za SRY princip, homologne strukture (napomena: ovo je Anatomy and Physiology, ne Biology izdanje koje je primarni izvor za ostatak genetika oblasti - OpenStax Biology ovu temu pokriva samo površno)
  • StatPearls (NCBI Bookshelf): "Embryology, Sexual Development" - primarni izvor za vremensku liniju, SRY→SOX9→AMH kaskadu, Wolffov/Milerov kanal, testosteron/DHT razliku, i za aktivnu prirodu ženske gonadalne diferencijacije (FOXL2/WNT4/RSPO1)
  • MedlinePlus Genetics (NLM/NIH): gen SRY, gen AMH - molekularni mehanizam (transkripcioni faktor, apoptoza Milerovih ćelija)
  • Wikipedia: "Sex-determining region Y protein" - SOX9/HMG mehanizam; istorija otkrića SRY-TDF veze (Berta, Sinclair i saradnici, Nature, 1990)