第二十章性别决定基因鉴定及性染色体进化.docx

第二十章 性别决定基因鉴定及性染色体进化性别决定机制的探讨一直是生命科学研究中最具吸引力和最热门的领域之一对两性 生物而言，性别决定与分化是个体正常发育和生存不可缺少的i环，也是种族得以繁衍延 续的物质基础自古以来，关于性别决定的稀奇古怪的说法很多随着科学技术的发展， 人们认识到雌性和雄性个体在形态、生理和行为的许多特征及基因产物上都有很大的差异, 然而它们在遗传信息上绝大部分是一致的，这就更引起了人们的兴趣，去揭示其中的奥秘 至今，对性别决定机制的研究已经形成了由遗传学、发育生物学、分子生物学及进化等多 学科交叉的前沿研究领域性别发育是一个多基因调控的复杂的分化事件，是对两套可轮 换的遗传程序Z—的精确决定和执行，而其分了机制及其多样性使得性别决沱机制的研究 成为有关胚胎发育过程中分子调节开关如何起作用的一个丰富的信息源泉发育生物学家的目标是追溯出性别决定和分化的基因通路，并以性别决定机制作为一 种模式去理解发育的各个过程同时，研究人员也致力于研究在大脑中是如何导致产生特 殊的性行为，以及在不同的生物中，进化是如何产生截然不同的机制而最终获得相同的结 果在无脊椎动物中，研究人员以果蝇和线虫为实验对象，已接近实现这个目标，可绘^ 出详细的信号传导过程，其研究领先于脊椎动物；在低等脊椎动物中，性染色体的分化程 度较低，而且其性别决定受环境的影响较大，研究人员在此领域中一直没有获得突破性进 展；在哺乳动物中，已经克隆了一些调控性别决定和分化的基因，追溯出性别分化早期的 i部分信号通路，并先后提岀了i系列模型来解释哺乳动物的性别决定机制0由于线虫和 果蝇决定性别分化的基因完全不同，哺乳动物又具有不相关的第三套基因，这使得研究人 员还无法应用从简单生物中所获得的信息来指导对高等生物的研究(Mane, 1995)。

因此， 脊椎动物性别决定基因的及其作用机制的研究主要依赖于本身的研究系统第一节哺乳动物的性别决定一、性别决定基因的鉴定50年代确立了哺乳动物性别决定的两条规律：第一，性腺的分化决定了性别的分化，这条规律是通过一系列胎兔阉割实验确立的；第二，Y染色体决定雄性，这条规律是在发现性逆转病人的基础上确立的哺乳动物性别决定基因的鉴定主要也是來自于对性反转动物的研究事实上经过对性逆转病人三十多年的研究，通过对H・Y抗原、ZFY等睾丸决泄因子(testis-detennining factor, TDF)候选基因的逐步认识，直到1990年，才fh Sinclair等克隆到人类Y染色体该区域内的-个新的候选基因SRY (.Sex-detennining region Y),同时在小鼠Y染色体相应区域找到了类似基因旳(Guddayetal.,1990)o经过SRY转基因小鼠实验及对SRY表达特征和保守性分析证实，SRY基因就是TDF (Gudday etal., 1990)o SRY基 因具有高度进化保守性，在其它较广泛的物种中也发现了 SRY的同源基因，包括果蝇、两 栖类、鸟类、北美鱼和其它哺乳动物SRY盒基因的发现及其保守性为性别决定机制等的 研究提出了新的研究课题。

至U具有更低等的进化地位的动物11去寻找性别决定基因或其祖 先基因，从进化途径来阐明性别分化发育机制，是该领域研究的热点前沿课题SRY基因的发现是哺乳动物性别决定这个研究领域的一项重大突破然而，最近的研 究发现X染色体和常染色体上某些位点的突变也和性逆转有关，这意味着还存在着另一些 基因介入了性别决定近年来，人们己克隆了许多涉及性别决定的基因至今为止，在哺 乳动物中已分离鉴定了一些性别决定基因(表241)o表2(M哺乳动物中已发现的性别决定基因基因基因功能缩写SRY(Sry)sex-detennining region Y为哺乳动物睾丸决定因子，启动睾丸的分化，是睾丸发育 负调节的抑制子MIH(AMH)Mullerian inhibitingsubstance使雄性体内的訓1僭管退化，阻止其发育成雌性生殖器Sox9SRY box gene 9与人类睾丸决定有关，突变训导致产生46XY性反转WTlWilm tumor gene 1可能在性别分化的早期参与SRY的激活SF-1steroidogenic factor 1对能是AMH基因的直接调控者，是AMH基因激活所必 需的，在Siy表达之前启动性腺和肾上腺的发育DAX-1DSS-AHC： critical region on the X chromosome ,gene 1决定雌性发育，SRY仅能抑制其一份齐憬RBMRNA binding motif精子细胞发生DAZDeleted inAzooepennia精刊II胞发生SOX-5SRY box gene 5精子细胞坯SOX-6SRY box gene 6精子细胞发生SOX-17SRY box gene 17精刊II胞发生以前广泛地认为Y染色体上的特异重复顺序是由“无用PNA组成，而Emce等(1997) 认为 Y 染色体由大量的 NRY (nonrecombining region of the human Y chromosome,人类 Y 染色体非重组区)组成，其上的重复序列区富含基因，包含了大多数NRY的基因的转录 单位。

他们通过系统地寻找人类Y染色体上非重组区，克隆了 12个新的基因或基因家族，并将它们定位在Y染色体上这些基因编码同一-类蛋白，并分散在NRY的常染色质区 这12个基因可分为两类：DBY、TB4Y、EIFIAY等5个基因在NRY内为单拷贝，具有类似 的性质每一个在X染色体上都有同源顺序，各编码一个相近的同功蛋白，在人类多个组 织中都有表达而CDY、BPY1、BPY2、77Y/等7个具有与前者完全不同的性质，仅在睾 丸中表达，有多个拷贝其中有一些基因可能编码DNA或RNA结合蛋白，包括两个小的 蛋白BPY1和BPY2；两个假定的RNA结合蛋白RBM和DAZ (Reijo et al., 1995),包含 染色质决定了的CDY [一个染色质基序(motif) ]o这些由Bmce等克隆的Y染色体上的特 异基因为研究脊椎动物的性别决定机制和性染色体的进化提供了有用的工具二、性别决定和分化的信号传导途径人类性别分化始丁•胚胎第4周，生殖悄发育成包括皮质和髓质的未分化性腺男性由 髓质分化成睾丸，而皮质萎缩；女性由皮质分化成卵巢，而髓质萎缩内生殖器起源于中 肾管和副中肾管男胚中肾管分化成精巢、输精管和副睾，副中肾管退化；女胚副中肾管 发育成输卵管、子宫和阴道的前1/3部分，中肾管退化。

小鼠性腺约在胚胎第10天开始发育, 中肾增厚，第12天两性间出现形态差异,可辨雌雄研究表明，人SRY基因位于Ypll.3,含有一单个外显子，长850bp,在起始密码子的 上游91bp处有…个主要的转录起始位点(Lovel1・badge and Hacker, 1995)SRY基因携带了 一个DNA结合结构域HMG (high mobility group),是一个转录因子，通过与其它基因的 结合来改变它0啲表达MarcoBianchi等发现SRY蛋白与DNA结合能引起DNA发生70以凹面结介的模式图(Werner etal.,1995)度至80度的弯曲MariiisClove等也通过硏究 SRY区的HMG功能区和DNA之间的三维复 合结构确证了这个结果(Marx ,1995 ) 0 SRY-HMG具有一个弯曲的L形结构，以a■螺 旋的凹血与DNA结合(020-1) (Werner et al.,1995)o SRY蛋白通过插入一无极性的侧链 到DNA双螺旋的小沟，并与特殊的核昔酸顺 序(5,-AACAATG)结合，干扰碱基堆积(Ha etal., 1994),引起DNA弯曲，可能是使DNA 形成环状，将远距离的调节位点和启动子拉近, 以便调节基因的表达。

小鼠的炳也只有单个外显子，位于一个2.8 kb的单一序列的延伸部分，侧翼是一个 至少15kb的反向重复序列人类SRY和小鼠S巧的HMG盒有71 %的同源性，但在此区域 的外侧无明显同源性S

与SRY基 因同样重要的是Zanaria等(1994)在DSS基因座(dosage・sensitive sex reveral,剂量敏感 性性反转基因)区域内克隆的一个 DAX-J (DSS-AHC critical region on the X chroinosome , gene 1, X染色体DSS・AHC决定区慕因1)基因，与先天肾上腺发育不全慕因座(adrenal hypoplasia congenita, AHC)有关，编码核内激素受体超家族的“个成员，雌性个体中具有 两份拷贝，这表明D4XJ基因是卵巢发育所需的Amanda等(1998)的硏究表明，Dcix-1 的产物是与旳，的产物相互颉抗，Dax・l表达量的增加导致个体向雌性发育，而Sp活性的 增加则引导个体向雄性发育在小鼠小，DoM在受孕后11.5天时在生殖悄中表达，但是在 雌雄中表达水平相当，表明EtoJ对 巧 的负调节发生在转录后水平DAX・1能与SF・1形 成界二聚体，它可能作为一种辅助抑制因子改变SF・1的性质使其不能激活其目的基因(Ito etaL, 1997)Ha 等(1994)报道 SRY 蛋白与缪勒氏抑制基因(Mullerian inhibiting substance, MIS) 的启动子结合并激活其表达c研究人员曾认为SRY最佳的下游候选靶基因为抗缪勒氏激素 基因 ( antimullerian honnone gene,亦称 M/S) (Marx, 1995),为转化生长因子 B 家 族的…员,其主要功能是使雄性个体体内的缪勒氏管退化，阻止其发育成雌性生殖器。

但 SRY蛋白并不结合到调节元件上，将SRY表达质粒和报告基因共转染大鼠胚 胎的性悄细胞系中，表明SRY可以通过间接的方式诱导AMH表达(McElrearcy et al. 1993)Duke5s Parker等(Marx 1995)的硏究结果表明，另一转录因了编码备类因了的基因 SF-1 (steroidogenicfactor 1,笛类生成因子1)可能是基因的直接调控者，是激活 基因所必需的在细胞转染实验中,SF1蛋白能与AMH基因的上游序列结合并促进其转录 SF・1属于核内激素受体超家族成员，结构与DAX・1相似，具有分离的配基结合区和DNA 结合区，是肾上腺皮质和性腺中留类合成酶系的一个调控因子当剔除小鼠体内的SFJ基 因时，小鼠缺乏肾上腺、性腺和下丘脑腹中核(Luoe"L,1994),提示SF1在旳表达之前 启动。