TDF je član porodice SOX (gena sličnih kutiji SRY) porodice proteina koji vežu DNK. Kada se kompleksira sa proteinom SF1, TDF djeluje kao faktor transkripcije koji izaziva pojačanu regulaciju ostalih faktora transkripcije, što je najvažnije SOX9-a. Njegov ekspresija uzrokuje razvoj primarnih spolnih vrpci, koji se kasnije razvijaju u seminiferne tubule. Ove vrpce formiraju se u centralnom m dijelu još nediferencirane gonade, pretvarajući je u testis. Sada inducirane Leydigove ćelije testisi počinju lučiti testosteron, dok Sertolijeve proizvode antiMüllerovski hormon.[7] Efekti SRY gena obično se javljaju 6-8 sedmica nakon formiranja fetusa i inhibira rast feminiziranih anatomskih struktura kod muškaraca. Također djeluja na razvijanju dominantnih muških karakteristika.
Razvoj i regulacija gena
Evolucija
SRY može nastati duplikacijom gena za X hromosom vezanog SOX3, člana porodice Sox.[8][9] Do ove duplikacije došlo je nakon podjele između monotremmata i Theria. Monotrematima nedostaje SRY, a neki od njihovih spolnih hromosoma imaju homologiju sa spolnim hromosomima ptica.[10]SRY je gen koji se brzo razvija, a njegovu regulaciju je bilo teško proučiti, jer određivanje spola nije visoko konzervirana pojava u životinjskom carstvu.[11] Razlikuje se među vrstama, čak i unutar Marsupialia i Placentalia, koja imaju SRY u svom procesu određivanja spola, djelovanjem SRY . Genska sekvenca se također mijenja; dok je jezgro gena, grupa visoke pokretljivosti(HMG), konzerviran među vrstama, druge regije gena nisu. SRY je samo jedan od četiri gena na ljufdskom Y hromoomu za koja se pokazalo da su nastali iz originalnog Y hromosoma.[12] Ostali geni na ljudskom romosomu Y nastali su iz autosoma koji je spojen sa originalnim Y-onom.[12]
Regulacija
Gen SRY ima malo zajedničkog sa genima za određivanje spola drugih modelnih organizama, zbog čega su miševi glavni model istraživanja organizama koji se mogu koristiti za njegovo proučavanje. Razumijevanje njegove regulacije je dodatno komplicirano jer čak i među vrstama sisara postoji malo konterviranih proteinskih sekvenci. Jedina konzervirana grupa između miševa i drugih sisara je grupa visoke pokretljivosti(HMG) regije koja je odgovorna za vezivanje DNK. Mutacije u ovoj regiji rezultiraju reverzijom spola, gdje u nekoj fazi jedinka mijenja dotadašnji, u suprotni spol.[13] Budući da ima malo konzerviranih sekvenci, promotor SRY, regulatorni elementi i regulacija nisu dobro shvaćeni. Unutar srodnih grupa sisara postoje homologije u prvih 400-600 parova baza uzvodno od početnog mjesta translacije. In vitro studije promotora ljudskog SRY pokazale su da je za funkciju promotora potrebna regija od najmanje 310 bp uzvodno do početnog translacijskog mesta. Dokazano je da naa ekspresiju ljudskog promotora SRY , utiču vezanje tri transkripcijska faktora, steroidogeni faktor 1 (SF1), specifični protein 1 (transkripcijski faktor Sp1) i Wilmsov tumorski protein 1 (WT1).
Regija promotora ima dva Sp1 vezna mjesta, na –150 i –13 koja funkcioniraju kao regulatorna mjesta. Sp1 je faktor transkripcije koji veže konsenzusne sekvence bogate GC-om, a mutacija mesta vezanja SRY dovodi do smanjenja transkripcije gena za 90%. Studije SF1 rezultirale su manje određenim rezultatima. Mutacije SF1 mogu dovesti do inverzije spola, a delecija do nepotpunog razvoja spolnih žlijezda. Međutim, nije jasno kako SF1 direktno komunicira s promotorom SR1.[14] Promotorska regija također ima dva WT1 mjesta vezanja na –78 i –87 bp kodona ATG. WT1 je transkripcijski faktor koji ima četiri C-krajacinkovog prsta i regiju N-kraja bogatu Pro/Glu-om i primarno funkcionira kao aktivator. Mutacija cinkovog prsta ili inaktivacija WT1 rezultira smanjenom veličinom muške spolne žlijezde. Delecija gena rezultira potpunom inverzijom (preokretom) spola. Nije jasno kako WT1 funkcionira u regulaciji SRY , ali neka istraživanja sugeriraju da to pomaže u stabilizaciji obrade poruka. Međutim, postoje hipoteze u vezi s ovom, jer je WT1 također odgovoran za ekspresiju antagonista muškog razvoja, DAX1, što znači preokret spola osetljiv na dozu, kritična regija nadbubrežne hipoplazije, na hromozomu X, gen 1. Dodatna kopija DAX1 kod miševa dovodi do reverzije spola. Nije jasno kako DAX1 funkcionira, a predloženo je mnogo različitih puteva, uključujući destabilizaciju transkripcije SRY i vezanje RNK. Postoje dokazi iz rada na suzbijanju muškog razvoja da DAX1 može ometati funkciju SF1, a zauzvrat transkripciju SRY, aktiviranjem korepresora.
Također postoje dokazi da protein GATA, koji veže 4 (GATA4) i FOG2 doprinose aktivaciji SRY, povezivanjem sa njegovim promotorom. Nije jasno kako ovi proteini reguliraju transkripciju SRY , ali FOG2 i GATA4 mutanti imaju značajno niže nivoe SRY transkripcije.[15] FOG-ovi imaju motive na cinkovim prstima koji mogu vezati DNK, ali nema dokaza o interakciji FOG2 sa SRY. Studije sugeriraju da se FOG2 i GATA4 povezuju s proteinima koji prepravljaju nukleosome, što bi moglo dovesti do njihove aktivacije.[16]
Funkcija
Tokom gestacije, ćelije primordijalne spolne žlijezde koje leže duž urogenitalnog grebena nalaze se u bipotencijalnom stanju, što znači da imaju sposobnost da postanu ili muške ćelije (Sertolijeve i Leydigove ćelije) ili ženske ćelije (folikulske i tekine ćelije). TDF pokreće diferencijaciju testisa, aktivirajući muške specifične faktore transkripcije koji omogućavaju ovim bipotencijalnim ćelijama da se diferenciraju i razmnožavaju. TDF to postiže nadgulacijom SOX9-a, transkripcijskog faktora sa mjestom vezanja DNK vrlo sličnom TDF-ovima. SOX9 dovodi do regulacije faktora rasta fibroblasta 9 (Fgf9), što zauzvrat dovodi do daljnje regulacije SOX9. Kada se dostignu odgovarajući nivoi SOX9, bipotencijalne ćelije spolne žlijezde počinju se diferencirati u Sertolijeve ćelije. Pored toga, ćelije koje eksprimiraju TDF nastavit će se razmnožavati, formirajući primordijalni testis. Iako to predstavlja osnovni niz događaja, ovaj kratki osvrt treba uzeti s oprezom jer postoji mnogo više faktora koji utiču na spolnu diferencijaciju.
Djelovanje u jedru
TDF protein sastoji se od tri glavne regije. Centralna regija obuhvata domen HMG (grupa visoke pokretljivosti), koji sadrži nuklearna sekvenca lokalizacije i djeluje kao domen koji veže DNK. Domen C-kraja nema konzerviranu strukturu, a domen N-kraja može se fosforilirati, kako bi se poboljšalo vezanje DNK. Proces započinje sa jedarnom lokalizacijom TDF-a, acetilacijom signalnih područja jdrne lokalizacije, što omogućava vezanje importina β i kalmodulina za TDF, olakšavajući njegov unos u ,edro. Kada se nađu u jedru, TDF i SF1 (steroidogeni faktor 1, drugi regulator transkripcije) slože se i vežu za TESCO (pojačivač jedra Sox9 specifičnog za testise), element testis-specifičnog pojačivača gena Sox9 u prekursorima Sertolijevih ćelija, uzvodno od početnog mjesta transkripcije gena.[17] Konkretno, to je HMG regija TDF -a, koja se veže za manji žlijeb ciljane sekvence DNK, što dovodi do savijanja i odmotavanja DNK. Uspostavljanje ove posebne DNK "arhitekture" olakšava transkripciju gena Sox9. U jedrima Sertolijevih ćelija, SOX9 direktno cilja gen Amh, kao i gen za prostaglandin D-sintazu (Ptgds). Vezanje SOX9 za pojačivač u blizini promotora Amh omogućava sintezu Amh-a, dok vezanje SOX9 za gen Ptgds omogućava proizvodnju prostaglandina D2 (PGD2). Ponovni ulazak SOX9 u jedro olakšava se autokrinom ili parakrinom signalizacijom koju provodi D2 (PGD2). Ponovni ulazak SOX9 u jedro olakšava se autokrinom ili parakrinom signalizacijom koju provodi PGD2.[18] SOX9 protein tada pokreće petlju pozitivne povratne informacije, koja uključuje SOX9, djelujući kao vlastiti faktor transkripcije i rezultirajući sintezom velikih količina SOX9.
SOX9 i diferencijacija testisa
SF1 protein sam po sebi dovodi do minimalne transkripcije gena SOX9 u XX i XY bipotencijalnim ćelijama gonada duž urogenitalnog grebena. Međutim, vezanje kompleksa TDF-SF1 za pojačivač specifičan za testise (TESCO) na SOX9 dovodi do značajne regulacije gena samo u XY gonadi, dok je transkripcija u XX gonadi i dalje zanemariva. Dio ove regulacije postiže sam SOX9 kroz petlju pozitivnih povratnih informacija; poput TDF-a, SOX9 kompleksira sa SF1 i veže se za pojačivač TESCO, što dovodi do daljeg ekspresije SOX9 u XY gonadi. Dva druga proteina, FGF9 (faktor rasta fibroblasta 9) i PDG2 (prostaglandin D2), također održavaju ovu regulaciju. Iako njihovi tačni putevi nisu u potpunosti razumljivi, pokazalo se da su neophodni za kontinuiranu ekspresiju SOX9 na nivoima neophodnim za razvoj testisa.
Smatra se da su SOX9 i TDF odgovorni za ćelijsko-autonomnu diferencijaciju potpornih ćelijskih prekursora u spolnim žlijezdama u Sertolijeve ćelije, što je početak razvoja testisa. Pretpostavlja se da su ove početne Sertolijeve ćelije u centru spolne žlijezde polazna tačka talasa FGF9 koji se širi kroz XY gonadu u razvoju, što dovodi do daljnje diferencijacije Sertolijevih ćelija, nadregulacijom SOX9.[19] Smatra se da su SOX9 i TDF odgovorni za mnoge kasnije procese razvoja testisa (poput diferencijacije Leydigovih ćelija, formiranja spolnihvrci i formiranja vaskulature specifične za testise), iako tačni mehanizmi ostaju nejasni.[20] Pokazano je, međutim, da SOX9, u prisustvu PDG2, djeluje direktno na Amh (kodirajući antimilerovski hormon) i sposoban je inducirati stvaranje testisa u XX. Urađeno je na spolnim žlijezdama miševa, ukazujući na njegov vitalni značaj za razvoj testisa.
Uticaj SRY poremećaja na ekspresiju spola
Embrioni su gonadno identični, bez obzira na genetički spol, sve do određene faze razvoja kada faktor određivanja testisa uzrokuje razvoj muških spolnih organa. Tipski muški kariotip je XY, dok je ženski XX. Međutim, postoje izuzeci u kojima glavnu ulogu ima SRY+Y. Osobe sa Klinefelterovim sindromom nasljeđuju normalan Y hromosom i više X hromosoma, uz kariotip XXY. Smatraju se muškarcima.[21] Neuobičajena genetička rekombinacija tokom krosinovera, kada se razvija spermatozoid, može rezultirati kariotipovima koji se ne podudaraju sa njihovom fenotipskom ekspresijom.
Većinu vremena, kada se spermatozoid u razvoju podvrgne se krosing-overu tokom mejoze, gen SRY ostaje na Y hromosomu. Ako se SRY gen prenese u X hromosom, umjesto da ostane na Y-nu, neće početi razvoj testisa. Ovo je poznato kao Swyerov sindrom, karakteriziran XY kariotipom i ženskim fenotipom. Osobe sa ovim sindromom imaju normalno formirane maternice i jajovode, ali spolne žlijezde nisu funkcionalne. Uglavnom se odgajaju kao žene i imaju ženski rodni identitet.[22] Na drugoj strani spektra, XX muški sindrom javlja kada tijelo ima ženske hromosome, a SRY se za jedan od njih veže translokacijom. Osobe sa sindromom XX muškog fenotipa imaju ženski genotip, ali muške fizičke osobine.[23] Osobe s bilo kojim od ovih sindroma mogu imati usporeni pubertet, neplodnost i karakteristike rasta suprotnog spola s kojim se identificiraju. Oni sa XX muškim sindromom mogu razviti dojke, a sa Swyerovim sindromom mogu imati dlake na licu.[22][24]
Glavna obilježja Klinefelterovog sindroma
Klinefelterov indrom
Naslijeđeni normalan Y i više X hromosoma, dajući osobi kariotip sa XXY
Osobe s ovim sindromom smatraju se muškarcima
Swyerov sindrom
* Osobe s ovim sindromom smatraju se muškarcima
SRY translociran u X , umjesto da ostane na Y hromosomu, pa neće doći do razvoja testisa
Karakterizira ih kariotip XY i ženski fenotip
Osobe imaju normalno formirane maternice i jajovode, ali spolne žlijezde nisu funkcionalni
Muški sindrom XX
Karakterizira ga tijelo koje ima ženske hromosome, a SRY se translokacijom veže za jedan od njih
Osobe imaju ženski genotip, ali muške fizičke osobine
Iako prisustvo ili odsustvo SRY općenito određuje da li se razvija testis ili ne, sugerira se da postoje i drugi faktori koji utiču na funkcionalnost gene SRY.[25] Prema tome, postoje osobe koje imaju gen SRY, ali se i dalje razvijaju kao žene, bilo zato što je sam gen neispravan ili mutiranili zato što je neispravan jedan od faktora koji tome doprinosi.[26] To se može dogoditi kod osoba koje imaju XY, XXY ili XX SRY pozitivan kariotip.
Pored toga, drugi sistemi za određivanje spola na bazi SRY/TDF osim XY, su procesi koji dolaze nakon što SRY bude prisutan ili odsutan u razvoju embriona. U normalnom sistemu, ako je SRY prisutan za XY, TDF će aktivirati moždinu da razvije spolne žlijezde u testise. Tada će se proizvesti testosteron i pokrenuti razvoj drugih muških spolnih obilježja. Uporedno s tim, ako SRY nije prisutan u paru XX, nedostajaće TDF zbog nedostatka Y hromosoma. Nedostatak TDF-a omogućit će da se korteks embrionskih spolnih žlijezda razvije u jajnike, koji će tada proizvoditi estrogen i dovesti do razvoja drugih ženskih spolnih karakteristika.[27]
Uloga u ostalim bolestima
Dokazano je da SRY ima interakcije sa androgenim receptorom, a osobe sa XY kariotipom i funkcionalnim SRY genom mogu imati ženski vanjski fenotip zbog osnovnog sindroma neosjetljivosti na androgen (AIS).[28] Osobe s AIS-om nisu u stanju pravilno reagirati na androgene zbog oštećenja gena za androgeni receptor, a pogođene osobe mogu imati potpunu ili djelimičnu AIS.[29] SRY je također povezan s činjenicom da muškarci češće od žena razvijaju bolesti povezane sa dopaminom, kao što su shizofrenija i Parkinsonova bolest. SRY kodira protein koji kontrolira koncentraciju dopamina, neurotransmitera koji prenosi signale iz mozga koji kontroliraju kretanje i koordinaciju.[30] Istraživanje na miševima pokazalo je da je mutacija SOX10, SRY kodiranog transkripcijskog faktora, povezana sa stanjem dominantnog megakolona kod miševa.[31] > Ovaj model miša koristi se za istraživanje veze između SRY i Hirschsprungove bolesti ili urođenog megakolona kod ljudi. Također postoji veza između SRY kodiranog transkripcijskog faktora SOX9 i kampomelne displazije (CD).[32] Ova misense mutacija uzrokuje defektnu hondrogenezu ili proces formiranja hrskavice, a manifestira se kao skeletna CD.[33] Two thirds of 46,XY individuals diagnosed with CD have fluctuating amounts of male-to-female sex reversal.[32]
Upotreba u olimpijskim pregledima
Jedna od najkontroverznijih upotreba ovog otkrića bila je kao sredstvo za verifikaciju rodnosti na Olimpijskim igrama, u okviru sistema koji je Međunarodni olimpijski komitet implementirao 1992. godine. Sportistima sa SRY genom nije bilo dozvoljeno da učestvuju kao žene, iako sportistima kod kojih je to "otkriven" na Ljetnim olimpijskim igrama 1996 presuđen lažno pozitivni nalaz, nisu diskvalificirani. Tačnije, utvrđeno je da osam učesnica (od ukupno 3387) u ovim igrama imaju gen SRY. Međutim, nakon daljnjeg ispitivanja njihovog genetičkog stanja, sve su potvrđeni kao žene i dozvoljeno im je takmičenje. Utvrđeno je da ovi sportisti imaju ili djelimičnu ili potpunu neosjetljivost na androgen, uprkos tome što imaju SRY gen, što ih čini fenotipski ženama i ne daje im prednost u odnosu na druge takmičarke.[34] Krajem 1990-ih, broj relevantnih profesionalnih društava u Sjedinjenim Državama pozvao je na ukidanje provjere spola, uključujući Američko medicinsko udruženje, navodeći da je korišteni metod nesiguran i neefikasan. Hromosomski pregled je eliminiran od Ljetnih olimpijskih igara 2000.,[35][36][37] ali nakon toga su uslijedili drugi oblici ispitivanja na osnovu nivoa hormona.[38]
Tekuća ustraživanja
Uprkos napretku postignutom tokom proteklih nekoliko decenija u proučavanju određivanja spola, gena SRY i proteina TDF, još uvijek se radi na daljem razumijevanju ovih područja. Ostaju faktori koje treba identificirati u molekulskoj mreži koja određuje spol, a hromosomske promjene uključene u mnoge druge slučajeve inverzije spola kod čovjeka još uvijek nisu poznate. Nastavlja se potragu za dodatnim genima za određivanje spola, koristeći tehnike kao što je mikromreže skrining gena genitalnog grebena u različitim razvojnim fazama, mutagenezni zasloni kod miševa za fenotipove inverzije spola i identificiranje gena koji kao transkripcijski faktori djeluju na upotrebu hromatinske imunoprecipitacije.
^Mittwoch U (oktobar 1988). "The race to be male". New Scientist. 120 (1635): 38–42.
^Katoh K, Miyata T (decembar 1999). "A heuristic approach of maximum likelihood method for inferring phylogenetic tree and an application to the mammalian SOX-3 origin of the testis-determining gene SRY". FEBS Letters. 463 (1–2): 129–32. doi:10.1016/S0014-5793(99)01621-X. PMID10601652.
^Bakloushinskaya, I Y (2009). "Evolution of sex determination in mammals". Biology Bulletin. 36 (2): 167–174. doi:10.1134/S1062359009020095.
^Bowles J, Schepers G, Koopman P (novembar 2000). "Phylogeny of the SOX family of developmental transcription factors based on sequence and structural indicators". Developmental Biology. 227 (2): 239–55. doi:10.1006/dbio.2000.9883. PMID11071752.
^ abGraves JA (decembar 2015). "Weird mammals provide insights into the evolution of mammalian sex chromosomes and dosage compensation". Journal of Genetics. 94 (4): 567–74. doi:10.1007/s12041-015-0572-3. PMID26690510.
^Polanco JC, Koopman P (februar 2007). "Sry and the hesitant beginnings of male development". Developmental Biology. 302 (1): 13–24. doi:10.1016/j.ydbio.2006.08.049. PMID16996051.
^Lister Hill National Center for Biomedical Communications (2008). "Androgen insensitivity syndrome". Genetics Home Reference. U.S. National Library of Medicine.
^Dewing P, Chiang CW, Sinchak K, Sim H, Fernagut PO, Kelly S, Chesselet MF, Micevych PE, Albrecht KH, Harley VR, Vilain E (februar 2006). "Direct regulation of adult brain function by the male-specific factor SRY". Current Biology. 16 (4): 415–20. doi:10.1016/j.cub.2006.01.017. PMID16488877.
^ abPritchett J, Athwal V, Roberts N, Hanley NA, Hanley KP (2011). "Understanding the role of SOX9 in acquired diseases: lessons from development". Trends in Molecular Medicine. 17 (3): 166–174. doi:10.1016/j.molmed.2010.12.001. PMID21237710.
Haqq CM, King CY, Ukiyama E, Falsafi S, Haqq TN, Donahoe PK, Weiss MA (decembar 1994). "Molecular basis of mammalian sexual determination: activation of Müllerian inhibiting substance gene expression by SRY". Science. 266 (5190): 1494–500. Bibcode:1994Sci...266.1494H. doi:10.1126/science.7985018. PMID7985018.
Harley VR (2002). "The molecular action of testis-determining factors SRY and SOX9". The Genetics and Biology of Sex Determination. Novartis Found. Symp. Novartis Foundation Symposia. 244. str. 57–66, discussion 66–7, 79–85, 253–7. doi:10.1002/0470868732.ch6. ISBN978-0-470-86873-7. PMID11990798.
Jordan BK, Vilain E (2003). "Sry and the genetics of sex determination". Pediatric Gender Assignment. Adv. Exp. Med. Biol. Advances in Experimental Medicine and Biology. 511. str. 1–13, discussion 13–4. doi:10.1007/978-1-4615-0621-8_1. ISBN978-1-4613-5162-7. PMID12575752.
Oh HJ, Lau YF (mart 2006). "KRAB: a partner for SRY action on chromatin". Molecular and Cellular Endocrinology. 247 (1–2): 47–52. doi:10.1016/j.mce.2005.12.011. PMID16414182.
Polanco JC, Koopman P (februar 2007). "Sry and the hesitant beginnings of male development". Developmental Biology. 302 (1): 13–24. doi:10.1016/j.ydbio.2006.08.049. PMID16996051.
Müller J, Schwartz M, Skakkebaek NE (juli 1992). "Analysis of the sex-determining region of the Y chromosome (SRY) in sex reversed patients: point-mutation in SRY causing sex-reversion in a 46,XY female". The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 75 (1): 331–3. doi:10.1210/jc.75.1.331. PMID1619028.
McElreavey KD, Vilain E, Boucekkine C, Vidaud M, Jaubert F, Richaud F, Fellous M (juli 1992). "XY sex reversal associated with a nonsense mutation in SRY". Genomics. 13 (3): 838–40. doi:10.1016/0888-7543(92)90164-N. PMID1639410.
Berkovitz GD, Fechner PY, Zacur HW, Rock JA, Snyder HM, Migeon CJ, Perlman EJ (novembar 1991). "Clinical and pathologic spectrum of 46,XY gonadal dysgenesis: its relevance to the understanding of sex differentiation". Medicine. 70 (6): 375–83. doi:10.1097/00005792-199111000-00003. PMID1956279.
Berta P, Hawkins JR, Sinclair AH, Taylor A, Griffiths BL, Goodfellow PN, Fellous M (novembar 1990). "Genetic evidence equating SRY and the testis-determining factor". Nature. 348 (6300): 448–50. Bibcode:1990Natur.348..448B. doi:10.1038/348448A0. PMID2247149.
Jäger RJ, Anvret M, Hall K, Scherer G (novembar 1990). "A human XY female with a frame shift mutation in the candidate testis-determining gene SRY". Nature. 348 (6300): 452–4. Bibcode:1990Natur.348..452J. doi:10.1038/348452a0. PMID2247151.
Ellis NA, Goodfellow PJ, Pym B, Smith M, Palmer M, Frischauf AM, Goodfellow PN (januar 1989). "The pseudoautosomal boundary in man is defined by an Alu repeat sequence inserted on the Y chromosome". Nature. 337 (6202): 81–4. Bibcode:1989Natur.337...81E. doi:10.1038/337081a0. PMID2909893.
Whitfield LS, Hawkins TL, Goodfellow PN, Sulston J (maj 1995). "41 kilobases of analyzed sequence from the pseudoautosomal and sex-determining regions of the short arm of the human Y chromosome". Genomics. 27 (2): 306–11. doi:10.1006/geno.1995.1047. PMID7557997.
