Cromossomo sexual - Sex chromosome

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Cromossomos XY masculinos humanos após banda G

Um cromossomo sexual (também conhecido como alossomo , cromossomo heterotípico, gonossomo ou heterocromossomo ou idiocromossomo ) é um cromossomo que difere de um autossomo comum em forma, tamanho e comportamento. Os cromossomos sexuais humanos, um par típico de alossomos de mamíferos , determinam o sexo de um indivíduo criado na reprodução sexuada . Os autossomos diferem dos alossomos porque os autossomos aparecem em pares cujos membros têm a mesma forma, mas diferem de outros pares em uma célula diplóide , enquanto os membros de um par de alossomos podem diferir um do outro e, assim, determinar o sexo.

Nettie Stevens e Edmund Beecher Wilson descobriram cromossomos sexuais independentemente em 1905. No entanto, Stevens é creditado por descobri-los antes de Wilson.

Diferenciação

Em humanos, cada núcleo celular contém 23 pares de cromossomos, um total de 46 cromossomos. Os primeiros 22 pares são chamados de autossomos . Autossomos são cromossomos homólogos, ou seja, cromossomos que contêm os mesmos genes (regiões de DNA) na mesma ordem ao longo de seus braços cromossômicos. Os cromossomos do 23º par são chamados de alossomos, consistindo em dois cromossomos X na maioria das mulheres e um cromossomo X e um cromossomo Y na maioria dos homens. As mulheres, portanto, têm 23 pares de cromossomos homólogos, enquanto os homens têm 22. Os cromossomos X e Y têm pequenas regiões de homologia chamadas regiões pseudoautossômicas.

O cromossomo X está sempre presente como o 23º cromossomo no óvulo, enquanto um cromossomo X ou Y pode estar presente em um espermatozóide individual . No início do desenvolvimento embrionário feminino, em células diferentes dos óvulos, um dos cromossomos X é aleatoriamente e permanentemente parcialmente desativado : em algumas células, o cromossomo X herdado da mãe é desativado, enquanto em outras o cromossomo X do pai é desativado. Isso garante que ambos os sexos sempre tenham exatamente uma cópia funcional do cromossomo X em cada célula do corpo. O cromossomo X desativado é silenciado pela heterocromatina repressiva que compacta o DNA e impede a expressão da maioria dos genes (ver inativação do X ). Esta compactação é regulamentada pelo PRC2 (Polycomb Repressive Complex 2).

Determinação sexual

Todos os organismos diplóides com sexo determinado por alossomos obtêm metade de seus alossomos de cada um de seus pais. Em mamíferos, as fêmeas são XX, podem passar qualquer um dos seus X e, como os machos são XY, podem passar um X ou um Y. Para um mamífero ser fêmea, o indivíduo deve receber um cromossomo X de ambos os pais , enquanto para ser homem, o indivíduo deve receber um cromossomo X de sua mãe e um cromossomo Y de seu pai. Portanto, é o esperma do macho que determina o sexo de cada prole nos mamíferos.

No entanto, uma pequena porcentagem de humanos tem um desenvolvimento sexual divergente, conhecido como intersex . Isso pode resultar de alossomos que não são XX nem XY. Também pode ocorrer quando dois embriões fertilizados se fundem, produzindo uma quimera que pode conter dois conjuntos diferentes de DNA, um XX e o outro XY. Também pode resultar da exposição, geralmente no útero, a substâncias químicas que interrompem a conversão normal dos alossomos em hormônios sexuais e, posteriormente, no desenvolvimento de órgãos genitais externos ambíguos ou órgãos internos .

Teorias anteriores sobre determinação do sexo

Desde a descoberta da inativação do X por meio da pesquisa em gatos Calico, tem sido postulado que a inativação do X desempenha um papel na determinação genética do sexo em humanos. Inicialmente, havia muitas teorias sobre como exatamente a inativação do X influencia o sexo. Para entender uma dessas teorias, você pode levar em consideração o seguinte cenário: uma sequência de DNA que se preocupa com a criação de uma característica masculina é regulada por uma sequência de DNA reguladora . Se a sequência reguladora do DNA permitir que a sequência principal seja expressa, a característica masculina aparecerá no fenótipo , caso contrário, não. Uma explicação para essa teoria é que o cromossomo X simplesmente se inativa na presença de outro cromossomo X; isso faz com que os humanos com cromossomo XX tenham uma frequência menor do gene regulador (visto que os cromossomos X e Y têm uma frequência igual do regulador) e, assim, a expressão da característica masculina é impedida de aparecer no fenótipo.

Uma imagem que descreve o locus do gene SRY no cromossomo Y.

Determinação do sexo como entendida hoje

Teorias como a acima se tornaram redundantes agora. No passado, não havia muitas evidências que sustentassem a ideia de que a inativação do cromossomo X ocorria devido à compensação da dosagem . No momento, acredita-se que um cromossomo X em humanos do sexo feminino esteja inativado (torcido em um corpo de Barr para que suas sequências de DNA não possam ser acessadas). Isso deixa apenas um cromossomo X funcionando em homens e mulheres, equalizando assim a "dosagem".

Mas a regulação da dosagem não é tudo o que existe para a determinação genética do sexo. Existe um gene no cromossomo Y que possui sequências regulatórias que controlam os genes que codificam para a masculinidade. Este gene é denominado gene SRY . A proeminência da sequência SRY na determinação do sexo foi descoberta quando a genética de homens XX com sexo invertido (ou seja, humanos que possuíam traços masculinos biológicos, mas na verdade tinham alossomos XX) foi estudada. Após exame, descobriu-se que a diferença entre um indivíduo XX típico (mulher tradicional) e um homem XX com sexo reverso era que os indivíduos típicos não tinham o gene SRY. É teorizado que em homens XX com sexo invertido, o SRY é erroneamente translocado para um cromossomo X no par XX durante a meiose . De qualquer forma, essa experiência provou o papel do gene SRY na determinação genética do sexo.

Outros vertebrados

Argumenta-se que os humanos desenvolveram um sistema complexo de determinação genética do sexo devido ao seu status de cordados altamente complexos . Cordados inferiores, como peixes, anfíbios e répteis, têm sistemas que são influenciados pelo meio ambiente. Peixes e anfíbios, por exemplo, têm determinação sexual genética, mas seu sexo também pode ser influenciado por esteróides disponíveis externamente e temperatura de incubação dos ovos. Nos répteis, apenas a temperatura de incubação determina o sexo.

Muitos cientistas argumentam que a determinação do sexo em plantas com flores é mais complexa do que em humanos. Isso ocorre porque até mesmo o subconjunto de plantas com flores tem uma variedade de sistemas de acasalamento. Sua determinação de sexo é regulada principalmente por genes MADS-box. Esses genes codificam proteínas que formam os órgãos sexuais das flores.

Compreender a determinação do sexo em outros grupos taxonômicos nos permite entender melhor a determinação do sexo humano, bem como colocar os humanos na árvore filogenética com mais precisão.

Plantas

Os cromossomos sexuais são mais comuns em briófitas , relativamente comuns em plantas vasculares e desconhecidos em samambaias e licófitas . A diversidade de plantas se reflete em seus sistemas de determinação de sexo, que incluem os sistemas XY e UV , bem como muitas variantes. Os cromossomos sexuais evoluíram independentemente em muitos grupos de plantas. A recombinação de cromossomos pode levar à heterogametria antes do desenvolvimento dos cromossomos sexuais, ou a recombinação pode ser reduzida após o desenvolvimento dos cromossomos sexuais. Normalmente, apenas algumas regiões pseudoautossômicas permanecem, uma vez que os cromossomos sexuais são totalmente diferenciados. Quando os cromossomos não se recombinam, divergências de sequência neutra começam a se acumular, o que tem sido usado para estimar a idade dos cromossomos sexuais em várias linhagens de plantas. Mesmo a mais antiga divergência estimada, na hepática Marchantia polymorpha , é mais recente do que a divergência em mamíferos ou aves. Devido a essa recência, a maioria dos cromossomos sexuais das plantas também tem regiões ligadas ao sexo relativamente pequenas. As evidências atuais não apóiam a existência de cromossomos sexuais de plantas mais antigos do que os de M. polymorpha .

A alta prevalência de autopoliploidia em plantas também afeta a estrutura de seus cromossomos sexuais. A poliploidização pode ocorrer antes e depois do desenvolvimento dos cromossomos sexuais. Se ocorrer após o estabelecimento dos cromossomos sexuais, a dosagem deve permanecer consistente entre os cromossomos sexuais e os autossomos, com impacto mínimo na diferenciação sexual. Se ocorrer antes que os cromossomos sexuais se tornem heteromórficos, como é provável no azedinha vermelho octoplóide Rumex acetosella , o sexo é determinado em um único sistema XY. Em um sistema mais complicado, a espécie de sândalo Viscum fischeri tem cromossomos X1X1X2X2 nas mulheres e cromossomos X1X2Y nos homens.

Plantas não vasculares

As samambaias e as licófitas têm gametófitos bissexuais e, portanto, não há evidências de cromossomos sexuais. Nas briófitas, incluindo hepáticas, hornworts e musgos, os cromossomos sexuais são comuns. Os cromossomos sexuais em briofetas afetam o tipo de gameta produzido pelo gametófito, e há grande diversidade no tipo de gametófito. Ao contrário das plantas com sementes, onde os gametófitos são sempre unissexuais, nas briófitas eles podem produzir gameta masculino, feminino ou ambos.

As briófitas mais comumente empregam um sistema UV de determinação do sexo, onde U produz gametófitos femininos e V produz gametófitos masculinos. Os cromossomos U e V são heteromórficos com U maior que V, e freqüentemente são ambos maiores que os autossomos. Há variação mesmo dentro deste sistema, incluindo arranjos cromossômicos UU / V e U / VV. Em algumas briófitas, descobriu-se que os microcromossomos coocorrem com os cromossomos sexuais e provavelmente afetam a determinação do sexo.

Gimnospermas

A dioicia é comum entre as gimnospermas, encontrada em cerca de 36% das espécies. No entanto, os cromossomos sexuais heteromórficos são relativamente raros, com apenas 5 espécies conhecidas em 2014. Cinco deles usam um sistema XY e um ( Ginkgo biloba ) usa um sistema WZ. Algumas gimnospermas, como o Pinheiro de Johann ( Pinus johannis ), têm cromossomos sexuais homomórficos que são quase indistinguíveis por meio do cariótipo .

Angiospermas

Angiospermas cossexuais com flores monóicas ou hermafroditas não têm cromossomos sexuais. Angiospermas com sexos separados (dióicas) podem usar cromossomos sexuais ou flores ambientais para a determinação do sexo. Dados citogenéticos de cerca de 100 espécies de angiospermas mostraram cromossomos sexuais heteromórficos em aproximadamente metade, principalmente na forma de sistemas de determinação de sexo XY. Seu Y é tipicamente maior, ao contrário dos humanos; no entanto, há diversidade entre as angiospermas. No gênero Poplar ( Populus ), algumas espécies apresentam heterogametria masculina, enquanto outras apresentam heterogametria feminina. Os cromossomos sexuais surgiram de forma independente várias vezes nas angiospermas, a partir da condição ancestral monóica. A mudança de um sistema monóico para dióico requer que as mutações de esterilidade masculina e feminina estejam presentes na população. A esterilidade masculina provavelmente surge primeiro como uma adaptação para prevenir a autofecundação. Depois que a esterilidade masculina atinge uma certa prevalência, a esterilidade feminina pode ter uma chance de surgir e se espalhar.

No mamão domesticado ( Carica papaya ), três cromossomos sexuais estão presentes, denotados como X, Y e Y h . Isso corresponde a três sexos: mulheres com cromossomos XX, homens com XY e hermafroditas com XY h . Estima-se que o sexo hermafrodita tenha surgido há apenas 4000 anos, após a domesticação da planta. A arquitetura genética sugere que ou o cromossomo Y tem um gene de inativação de X, ou que o cromossomo Y h tem um gene de ativação de X.

Aplicações médicas

Os alossomos não apenas carregam os genes que determinam as características masculinas e femininas, mas também aquelas para algumas outras características. Diz-se que os genes carregados por qualquer um dos cromossomos sexuais estão ligados ao sexo . As doenças ligadas ao sexo são transmitidas através das famílias por meio de um dos cromossomos X ou Y. Como geralmente os homens herdam os cromossomos Y, eles são os únicos a herdar os traços ligados ao Y. Homens e mulheres podem obter os ligados ao X, pois ambos herdam os cromossomos X.

Um alelo é considerado dominante ou recessivo . A herança dominante ocorre quando um gene anormal de um dos pais causa doença, embora o gene correspondente do outro pai seja normal. O alelo anormal domina. A herança recessiva ocorre quando os dois genes correspondentes devem ser anormais para causar a doença. Se apenas um gene do par for anormal, a doença não ocorre ou é leve. Alguém que tem um gene anormal (mas sem sintomas) é chamado de portador. Um portador pode transmitir esse gene anormal para seus filhos. O cromossomo X carrega cerca de 1.500 genes, mais do que qualquer outro cromossomo do corpo humano. A maioria deles codifica algo diferente de traços anatômicos femininos. Muitos dos genes ligados ao X não determinantes do sexo são responsáveis ​​por condições anormais. O cromossomo Y carrega cerca de 78 genes. A maioria dos genes do cromossomo Y está envolvida com atividades essenciais de manutenção de células e produção de esperma. Apenas um dos genes do cromossomo Y, o gene SRY, é responsável pelas características anatômicas masculinas. Quando qualquer um dos 9 genes envolvidos na produção de espermatozóides está ausente ou com defeito, o resultado geralmente é uma contagem de espermatozoides muito baixa e infertilidade. Exemplos de mutações no cromossomo X incluem doenças mais comuns, como daltonismo , hemofilia e síndrome do X-frágil .

  • Daltonismo ou deficiência na visão das cores é a incapacidade ou diminuição da capacidade de ver as cores, ou perceber diferenças de cores, em condições normais de iluminação. O daltonismo afeta muitos indivíduos da população. Não existe cegueira real, mas existe uma deficiência na visão das cores. A causa mais comum é uma falha no desenvolvimento de um ou mais conjuntos de cones retinais que percebem a cor na luz e transmitem essa informação ao nervo óptico. Esse tipo de daltonismo geralmente é uma condição ligada ao sexo. Os genes que produzem fotopigmentos são carregados no cromossomo X; se alguns desses genes estiverem ausentes ou danificados, o daltonismo será expresso em homens com uma probabilidade maior do que em mulheres, porque os homens têm apenas um cromossomo X.
  • A hemofilia se refere a um grupo de distúrbios hemorrágicos nos quais o sangue leva muito tempo para coagular. Isso é conhecido como recessivo vinculado ao X. A hemofilia é muito mais comum em homens do que mulheres porque os homens são hemizigóticos. Eles têm apenas uma cópia do gene em questão e, portanto, expressam a característica quando herdam um alelo mutante. Em contraste, uma mulher deve herdar dois alelos mutantes, um evento menos frequente, uma vez que o alelo mutante é raro na população. Traços ligados ao X são herdados maternamente de mães portadoras ou de um pai afetado. Cada filho nascido de mãe portadora tem 50% de probabilidade de herdar o cromossomo X portador do alelo mutante.
    • A Rainha Vitória era portadora do gene da hemofilia. Ela transmitiu o alelo prejudicial a um de seus quatro filhos e pelo menos duas de suas cinco filhas. Seu filho Leopold teve a doença e morreu aos 30 anos. Como resultado do casamento com outras famílias reais europeias, as princesas Alice e Beatrice espalharam a hemofilia na Rússia, Alemanha e Espanha. No início do século 20, dez dos descendentes de Victoria tinham hemofilia. Todos eles eram homens, como esperado.
  • A síndrome do X frágil é uma doença genética que envolve alterações em parte do cromossomo X. É a forma mais comum de deficiência intelectual hereditária (retardo mental) em homens. É causada por uma alteração em um gene chamado FMR1. Uma pequena parte do código do gene é repetida em uma área frágil do cromossomo X. Quanto mais repetições, maior a probabilidade de haver um problema. Homens e mulheres podem ser afetados, mas como os homens têm apenas um cromossomo X, um único X frágil provavelmente os afetará mais. A maioria dos homens frágeis-X tem testículos grandes, orelhas grandes, faces estreitas e distúrbios de processamento sensorial que resultam em dificuldades de aprendizagem.

Outras complicações incluem:

  • 46, XX distúrbio testicular do desenvolvimento sexual, também chamado de síndrome XX masculino , é uma condição em que indivíduos com dois cromossomos X em cada célula, o padrão normalmente encontrado nas mulheres, têm aparência masculina. Pessoas com esse transtorno têm genitália externa masculina. Na maioria das pessoas com distúrbio testicular 46, XX no desenvolvimento sexual, a condição resulta de uma troca anormal de material genético entre os cromossomos (translocação). Essa troca ocorre como um evento aleatório durante a formação dos espermatozoides no pai da pessoa afetada. O gene SRY (que está no cromossomo Y) está mal colocado nessa doença, quase sempre em um cromossomo X. Qualquer pessoa com um cromossomo X que carregue o gene SRY desenvolverá características masculinas, apesar de não ter um cromossomo Y.

Ver

Referências