Cromozomul Y

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Cromozomul Y
Informații generale
Lungime 57.772.954 bps
SNP-uri 50.447
Genele care codifică proteinele
Înștiințare 90
Presupus 23
Pseudogene 2
Genele care codifică ARN-ul
ARNr 6
miARN 2
snARN 14
snoRNA 3
Alte ANN-uri 2
Reprezentare grafică
Cromozomul Y.svg
Date actualizate despre Ensembl
Manual

Cromozomul Y este unul dintre cei doi cromozomi umani care determină sexul (celălalt cromozom sexual este cromozomul X ). Cromozomii sexuali sunt una dintre cele 23 de perechi de cromozomi omologi umani. X și Y sunt denumiți cromozomi sau heterosomi sexuali , pentru a-i distinge de ceilalți 44, denumiți autozomi , care sunt prezenți atât la bărbați, cât și la femei. Multe alte specii vii (în special mamifere ) au un sistem foarte similar de cromozomi sexuali.

Cromozomul Y are aproximativ 65 de milioane de perechi de baze și reprezintă mai mult de 2% din ADN-ul haploid masculin. Este aproximativ o treime din lungimea cromozomului X, deci majoritatea genelor de pe X nu au corespondentul lor pe cromozomul Y. Se estimează că cromozomul Y conține 90 de gene (comparativ cu 1100-1200 pe X cromozom), dintre care multe localizate în MSY , regiunea specifică masculină a Y. Până în prezent, în această regiune au fost identificate 156 de unități de transcripție, dintre care 78 sunt codificate și 78 sunt necodificate; dintre secvențele de codificare, au fost notate 60, aparținând a 9 familii de gene (de exemplu, familia globinelor ) și 18 gene cu o singură copie. Totalul proteinelor produse este egal cu 32.

Cromozomul Y este un mic cromozom acrocentric fără sateliți. Partea distală a brațului lung și, prin urmare, cea mai mare parte a ADN-ului cromozomului Y, este alcătuită din heterocromatină . Heterocromatina nu codifică, de aceea variabilitatea sa în mărime de la individ la individ nu implică efecte dăunătoare evidente. De asemenea, la alte mamifere cromozomul Y este cel mai sărac în gene.

A fost numit Y deoarece în timpul meiozei cele două brațe mici (p) au apărut ca un singur braț, asumând forma unui Y. [1]

Structura și funcțiile principale

Celulele umane (cu excepția celulelor anucleate, cum ar fi eritrocitele) au o pereche de cromozomi sexuali: XX la femele, XY la bărbați. Prin urmare, vorbim, respectiv, de homozigoți (gamete care conțin X) și hemizigoți (gameti X și Y). Pe Y se află SRY ( Regiunea care determină sexul pe cromozomul Y ), această genă sintetizează o proteină implicată în determinarea primară a sexului (adică determinarea tipului de gamete produse de individ și de organele care le fabrică): SRY (din nota că gena SRY și proteina SRY sunt două lucruri diferite) care acționează ca un inhibitor asupra factorului antitesticular produs de gena DAX1 prezentă pe cromozomul X. Prin urmare, la mascul proteina SRY suprimă inhibitorul masculinității codificat de DAX1, în timp ce la femeie, unde proteina SRY nu este prezentă, DAX1 poate acționa prin inhibarea masculinității.

În ceea ce privește determinarea secundară a sexului , adică manifestările fenotipice ale masculinității sau feminității, responsabilii sunt unele gene distribuite pe autozomi și pe cromozomul X, care controlează acțiunea hormonilor precum testosteronul și estrogenul .

Pe lângă SRY , alte gene sunt implicate în determinarea sexuală masculină. Acestea sunt localizate atât pe cromozomul X (de exemplu, SOX3 ), cât și pe autozomi (de exemplu, SOX9 , important pentru dezvoltarea gonadei în testicul). SRY este, prin urmare, fundamental, dar acționează în cadrul unei rețele de interacțiuni genetice, formată din gene care îl controlează (de exemplu, DAX1 , pe X) și gene pe care le activează (de exemplu, gena care codifică hormonul anti-Müllerian ). Există, de asemenea, mai multe gene responsabile de spermatogeneză pe cromozomul Y.

Genele prezente în regiunea euchromatică a Y reprezintă 1% din genomul uman. Eucromatina cromozomului Y cuprinde 3 clase de secvențe:

  • X-transpuse : derivă din porțiunile împărțite de cromozomii ancestrali X și Y și au 99% identitate cu X;
  • X-degenerat : regiuni cu omologie mică cu X;
  • Ampliconi : secvențe lungi repetate, directe sau inverse (palindromi), care suferă conversia genelor ; constituie aproximativ o treime din ADN-ul euchromatic al lui Y.

Trebuie remarcat faptul că bărbatul are mai multe gene decât femeia. De fapt, deși acesta din urmă are două copii ale lui X (care, în orice caz, conțin aceeași secvență de codificare ca X-ul unic al genomului masculin), și are un conținut de gene mai mare decât Y, femeia nu posedă acele gene care sunt localizate exclusiv pe Y, care sunt exact specifice bărbaților.

Cromozomul Y, deși considerat omolog cu X, este incapabil să treacă cu el în timpul meiozei , cu excepția zonelor mici numite „ regiuni pseudoautozomale ” ( PAR ), situate la nivelul telomerilor ambilor cromozomi.

  • PAR1 : mapat pe brațul scurt (p), are o extensie de 2,6 Mb și conține aproximativ 12 gene; ea este mereu implicată în trecere și pierderea ei este asociată cu infertilitatea masculină.
  • PAR2 : mapat pe brațul lung (q), are o extensie de 320 kB și conține genele IL9R și SYBL1; este posibil să nu fie prezent pe cromozomul Y și nu este întotdeauna implicat în trecerea.

Împreună, PAR reprezintă 5% din lungimea totală a cromozomului și transportă mai mult de jumătate din genele Y- mapate .

Există alte gene în comun între X și Y, situate pe brațul lung lângă centromer , dar nu pot fi definite ca alele omoloage, deoarece asemănarea lor este mai mică de 99% și, în plus, nu se poate spune că aparțin aceluiași locus întrucât hărțile genetice ale lui X și Y sunt diferite. Nomenclatura lui Y este de fapt diferită de cea a citogeneticii clasice. Pornind de la extremitatea brațului scurt, regiunile Y umane sunt următoarele: PAR1 - 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - PAR2.

Regiunea mediană a cromozomului Y se numește porțiunea specifică masculină a Y ( MSY ), în timp ce porțiunea intermediară a cromozomului X este cunoscută sub numele de porțiunea non-pseudoautozomală a X (NPX, porțiunea non-pseudoautozomală X ). Aceste două regiuni nu suferă recombinare în timpul meiozei, deoarece nu conțin alele corespunzătoare.

Prin urmare, cromozomii sexuali au unele dificultăți în recunoașterea, împerecherea și segregarea în timpul meiozei masculine.

Genele localizate pe cromozomii X și Y nu sunt implicate exclusiv în determinarea sexului și a caracteristicilor sexuale. Genele prezente pe cromozomul X care nu au echivalentul pe cromozomul Y se numesc legate de X ; dimpotrivă, cele situate exclusiv pe Y sunt numite Y-legate .

Genele

  • AMELY : amelogenin pe Y;
  • ANT3Y : adenină- nucleotidă translocază-3 pe Y;
  • ASMTY : acetilserotonin metiltransferază pe Y;
  • AZF1 : factorul 1 al azoospermiei ;
  • AZF2 : factor 2 de azoospermie ;
  • BPY2 : proteină bazică pe Y;
  • CSF2RY : receptor pentru factorul de stimulare a coloniei de granulocite-mascrofage, subunitate alfa pe Y;
  • DAZ : genă ștearsă în azoospermie;
  • IL3RAY : receptor pentru interleukina 3 ;
  • PRKY : proteina kinază legată de Y;
  • RBM1 : motivul proteinei de legare a ARN-ului , cromozomul Y, familia 1, membru A1;
  • RBM2 : motivul proteinei de legare a ARN 2;
  • SRY : regiune care determină sexul pe Y;
  • TDF : factor de determinare testiculară;
  • TSPY : proteină specifică testiculului;
  • UTY : gena TPR transcrisă omniprezent pe Y;
  • ZFY : proteină deget de zinc pe Y.

Conversia genelor

Diferența dintre conversia genei și încrucișarea cromozomială.

S-a observat că mecanismul care a determinat Y să devină așa cum îl știm astăzi este și cauza vulnerabilității sale. De fapt, se știe că recombinarea dintre cromozomii omologi are o funcție reparativă, deoarece permite corectarea mutațiilor. Prin urmare, în absența acestui mecanism reparator, MSY risca să piardă acele informații genetice păstrate de lipsa recombinării cu omolog X.

Y ancestral conținea 1500-2000 de gene, în timp ce aproximativ nouăzeci sunt cunoscute până în prezent. Pe lângă faptul că a suferit deleții care au dus la scurtarea sa progresivă, cromozomul Y deține, de asemenea, multe regiuni inactive, care au fost definite ca „ADN nedorit” . Prin urmare, s-a presupus că cromozomul Y era destinat să-și continue dezintegrarea până la dispariție.

În 2003, cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology au descoperit un proces care încetinește rata de scurtare și degenerare a cromozomului Y: Y-ul uman este capabil să se recombine cu el însuși prin propriile sale secvențe de palindrom. Acest tip de recombinare se numește „ conversie genică ” sau „pierderea recombinațională a heterozigoității”. Regiunea MSY este de fapt caracterizată printr-o cantitate enormă de secvențe repetate, ceea ce a făcut dificilă asamblarea în timpul lucrării la Proiectul genomului uman . Aceste repetări nu sunt cap-coadă, ci constituie palindromuri sau două repetări inversate separate printr-un distanțier scurt. Astfel, genele testiculare specifice sunt în mai multe copii pe Y; de exemplu. DAZ este în 2 copii oglindă (palindromi) prezente de 2 ori pe cromozom, pentru un total de 4 copii. Interesant, omologia secvenței palindromilor este de 99,9-99,99%, mai mare decât similaritatea alelelor (99% prin definiție). Prin urmare, se poate spune că secvențele speculare ale MSY evoluează împreună comportându-se ca alele și prin efectuarea încrucișării intracromozomiale compensează lipsa recombinării cu cromozomul X. Acesta este procesul de conversie a genei.

Deci, în cazul Y, secvențele de palindrom nu constituie ADN junk, ci conțin gene funcționale care sunt fundamentale pentru fertilitatea masculină.

Origine și evoluție

Se știe că multe vertebrate nu au cromozomi sexuali, iar determinarea sexului se datorează factorilor de mediu sau de dezvoltare. De exemplu, unele reptile (strămoși îndepărtați ai mamiferelor) manifestă unul din cele două sexe în funcție de temperatura de incubație a ouălor. În mod similar, în urmă cu milioane de ani, progenitorii mamiferelor au fost supuși unei determinări sexuale de mediu , reglementată de temperatură în timpul dezvoltării embrionare. Prin urmare, X și Y au constituit o pereche normală de autozomi omologi. Istoria lor a divergut în urmă cu 300 de milioane de ani, când o mutație a dat naștere unei alele care a oferit un enorm avantaj reproductiv individului aflat în posesia sa, deoarece a determinat sexul indiferent de temperatură. Creșterea fitnessului s-a datorat, de fapt, menținerii unui raport bine definit între sexe (50:50) chiar și în condițiile de mediu în schimbare, care altfel ar fi dus la o creștere disproporționată a numărului de femei sau bărbați din populație , reducând rata de redare. Mai mult, schimbările de temperatură ridicate ar putea determina chiar eșecul dezvoltării embrionare.

Selecția naturală a asigurat apoi păstrarea acestui avantaj, defavorizând toate mutațiile care afectează SRY , elementul crucial pentru determinarea sexuală genetică . În acest scop, așa-numita „regiune non-recombinantă pe Y” (NRY) a apărut în timpul evoluției, care include SRY și alte gene în vecinătatea sa. Odată cu reducerea ratei de recombinare, aceste gene și-au menținut caracteristicile de-a lungul timpului și, în același timp, perechea ancestrală de autozomi s-a diversificat din ce în ce mai mult pentru a forma actualii cromozomi sexuali X și Y. Evident, asocierea lor în meioză trebuia garantată. , prin urmare, a fost necesar ca unele regiuni să continue să efectueze treceri: acesta este rolul PAR.

În timpul evoluției, trecerea între X și Y a fost suprimată în cinci momente diferite, fiecare dintre acestea implicând un segment diferit al cromozomului Y. Ultimul dintre aceste evenimente a avut loc acum 30 de milioane de ani sau 5 milioane de ani. Înainte ca specia umană să divergă. de la Maimuțele Lumii Vechi (ex. Macaca mulatta ). Descoperirile recente au arătat că, în ultimii 25 de milioane de ani, pierderea genelor la nivelul MSY uman a implicat doar segmentul „cel mai tânăr” (stratul 5), care cuprinde 3% din MSY; prin urmare, cele mai vechi straturi (1-4), unde se află 97% din materialul genetic specific masculin, ar trebui să fie strict conservate între cele două grupuri de primate. MSY uman cuprinde în prezent doar 3% din materialul genetic al autozomilor ancestrali.

Alte date datează de acum 30-50 de milioane de ani, când evenimentele de translocare au condus la recuperarea genelor din X de către Y, inclusiv într-o regiune non-recombinantă. Acest lucru a dus la separarea hominidelor de restul maimuțelor. Astfel de gene se găsesc în prezent în regiunea specifică X-transpusă a MSY umană.

Această teorie (pe care o putem numi teoria prăbușirii ) se bazează pe faptul că în ultimii 300 de milioane de ani cromozomul masculin Y a evoluat micșorându-se și pierzând sute de gene pe care omul său feminin le-a păstrat, atât de mult încât astăzi Y umanul cromozomul reține doar 19 dintre cele peste 600 de gene pe care le-a împărțit odată cu partenerul său ancestral.

Ipotetic, odată ce rămâne doar gena SRY pe cromozomul Y, această genă ar putea fi translocată în cromozomul X (sau într-un autozom), care ar deveni noul cromozom care determină sexul, iar procesul evolutiv ar fi „repornit”. Acest eveniment a avut loc deja la două specii de mușchi : la Ellobius tancrei ambele sexe au un singur cromozom sexual (X), în timp ce la lutescensul lobiesc atât bărbatul, cât și femela au două X.

Cu toate acestea, ideea dispariției cromozomului Y cauzată de acumularea de mutații fără sens pare o ipoteză de eliminat, deoarece mecanismul de conversie a genelor garantează eficiența în conservarea integrității genelor cromozomului Y uman. Pentru a demonstra acest lucru, descoperirile recente au arătat că decăderea rapidă inițială a genelor ancestrale pe Y a încetinit, ajungând la un nivel stabil în timp. De fapt, cromozomul Y al omului a fost comparat cu cel al doi strămoși îndepărtați: Macacus Rhesus , a cărui linie evolutivă s-a separat de a noastră acum aproximativ 25 de milioane de ani și cimpanzeul ( Pan paniscus ), de care ne-am separat evolutiv doar 6 milioane cu ani în urmă. Analizând secvența cromozomului Y al macacului, cercetătorii au observat că acesta a rămas intact în ultimii 25 de milioane de ani, pierzând o singură genă. Pe baza acestui studiu, s-a ajuns la concluzia că la început cromozomul Y suferea o degenerare rapidă și pierderea genelor sale, dar ulterior s-a stabilizat. Deoarece nu a existat nicio pierdere de gene în cromozomul macac Y și o singură pierdere la om, este de conceput că nimic nu se va întâmpla cu cromozomul Y în viitor.

Aberații cromozomiale

Nici o genă vitală nu se află pe cromozomul Y, deoarece 50% dintre oameni (adică indivizii de sex feminin din specia Homo sapiens ) nu o au. Singura boală bine definită din cauza unui defect al cromozomului Y este deficiența în dezvoltarea testiculară, cauzată de inactivarea ștergerii sau mutației regiunii care cuprinde SRY . Manifestarea acestui fapt este discrepanța dintre sexul genotipic și sexul fenotipic, cunoscut sub numele de „ inversarea sexului ”. De fapt, un subiect cu cariotipul 46, XY, care nu posedă gena funcțională SRY , este fenotipic o femeie (evident sterilă , din cauza lipsei celui de-al doilea X), la fel ca un individ 46, XX este fenotip masculin dacă SRY a fost transferat la X pentru efectul încrucișării în meioza paternă. Frecvența acestei din urmă patologii este de 1: 2000 nașteri, corespunzătoare frecvenței translocării SRY de la Y la X în timpul încrucișării la nivelul PAR1 , regiunea Y care se învecinează cu gena SRY . Dacă, pe de altă parte, eroarea meiotică a apărut în timpul primelor diviziuni embrionare, masculii 46, XX pot fi mozaicuri cu cariotip 46, XX / 46, XY.

Alte patologii cromozomiale se datorează unei anomalii numerice ( aneuploidie ) a cromozomilor Y:

  • Sindromul Klinefelter (47, XXY) este o trisomie cauzată, în 70% din cazuri, de o eroare de segregare a cromozomilor sexuali în meioza paternă. Rata natalității vii este destul de mare, cel puțin 1: 1000. Aceste date confirmă dificultatea de asociere a cromozomilor X și Y în timpul meiozei masculine. Sindromul este, în general, diagnosticat numai la vârsta adultă, când se constată infertilitate sau ginecomastie . Unele persoane se pot dovedi a fi mozaicuri 47, XXY / 46, XY.
    Mecanism care cauzează sindromul Klinefelter (XXY)
  • Subiecții cu cariotipuri 48, XXYY , 48, XXXY sau 49, XXXXY ( fenotipuri asemănătoare Klinefelter ) au probleme de comportament și retard mental.
  • Sindromul Jacobs (47, XYY) este o trisomie cauzată de prezența unui exces de copie Y pentru fiecare celulă la mascul. Cercetătorii nu sunt siguri dacă prezența unei copii suplimentare a lui Y este asociată cu statura înaltă a unor indivizi și cu problemele de învățare; de fapt, efectele sunt variabile și adesea minime sau nedetectabile. Un sondaj privind cariotipurile, efectuat în anii 1960, a raportat că la deținuți s-a găsit un procent mai mare de subiecți afectați decât se aștepta; astfel s-a emis ipoteza că excesul de Y a predispus tinerii la comportamente antisociale („cariotipul criminal” a fost astfel botezat). Anchete mai serioase ale populației au arătat că asocierea se datora faptului că, în general, băieții și bărbații cu probleme de învățare erau statistic mai predispuși să comită infracțiuni și, prin urmare, efectele nu erau direct legate de excesul de Y.
  • Gradele ridicate de polizomie Y (de exemplu: XYYYY) sunt foarte rare. În aceste cazuri, excesul de ADN poate duce la anomalii scheletice, scăderea coeficientului intelectual și întârzierea dezvoltării, dar simptomele sunt variabile.
  • Alte condiții pot rezulta dintr-un Y incomplet și adesea prezente ca deficiențe în dezvoltarea testiculului. Pot fi găsite malformații (sau non-formare) ale organelor genitale și ale testiculelor cu severitate variabilă, în special în cazul sindroamelor mozaice (unele celule cu Y normal și altele cu Y incomplet). Când fragmentul Y este minim și nefuncțional, nou-născutul este de obicei o femeie care prezintă caracteristici similare femelelor X0 cu sindrom Turner . Acest sindrom poate caracteriza și persoanele de sex masculin, în cazul foarte rar în care zigotul a primit de la tată un cromozom X care poartă SRY (prin translocație de la Y) și în același timp nu a primit niciun cromozom sexual de la mamă.
Cele trei mutații cromozomiale principale: ștergere (1), duplicare (2) și inversare (3).

Există, de asemenea, aberații în structura Y: deleții , inele , izocromozomi , inversiuni , translocații .

În ceea ce privește ștergerile, dacă fragmentul pierdut este foarte mic, vorbim de microdelecții . Microdelecția poate scăpa de observarea citogenetică, deoarece nu este vizibilă printr-o simplă configurare a cariotipului. De fapt, pentru a identifica aceste mutații, este necesară metoda de hibridizare fluorescentă in situ (FISH), care se bazează pe utilizarea sondelor de ADN marcate; dacă fragmentul complementar sondei este absent pe cromozom, semnalul fluorescent nu va fi vizibil și, prin urmare, se poate spune că este în prezența unei microdelecții.

Microdeletele din regiunea MSY pot implica gene responsabile de spermatogeneză, provocând astfel oligospermie (lipsa spermei) și azoospermie (absența spermei). Prin urmare, microdelecțiile cromozomului Y sunt cea mai frecventă cauză genetică a infertilității masculine , iar incidența lor ridicată este legată tocmai de structura specifică a Y.

Notă

  1. ^ (RO) JOSEPH KEIERLEBER, Cum au primit numele cromozomii X și Y, 1891 , pe the-scientist.com, 1 martie 2019.

Bibliografie

  • Cordum, HS, et. la. (2003) Regiunea specifică masculin a cromozomului Y uman este un mozaic de clase de secvențe discrete. Natura, 423, 825-837
  • Rozen, S., și colab. la. (2003) Conversie genică abundentă între brațele palindromilor din cromozomii umani și maimuța Y. Natura, 423, 873-876.
  • Huges, JF și colab. (2012) Conservarea strictă a evoluției a urmat pierderii rapide a genelor pe cromozomii Y umani și rhesus. Natura, 483, 82-86.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Biologie Portalul de biologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Cromosome_Y&oldid=120060601 ”