DETERMINACIÓN DEL SEXO

• En la mayoría de los organismos existen dos sexos (macho y hembra) y aparecen en proporciones mas o menos iguales

– Igualdad explicada por primera vez por Ronald Fisher

• El sexo es determinado por la presencia de cromosomas sexuales

– XX en hembra; XY en macho

– Excepción en Isopodo (Armadillidium vulgare) donde hembras presentan ZW y machos ZZ

• LA PRESENCIA O AUSENCIA DE UN CROMOSOMA SEXUAL NO ES, COMO SE CREIA, EL MECANISMO ÚNICO, UNIVERSAL Y NECESARIO PARA LA DETERMINACIÓN DEL FENOTIPO SEXUAL.

• Un ejemplo evidente, es el caso de Drosophila melanogaster

D. melanogaster: tres cromosomas son AUTOSOMALES y el par restante es el par sexual, donde cada gameto macho es XY y la hembra es XX.

Autosomas: cromosomas de gran semejanza entre machos y hembras.

Cromosomas Sexuales: estructura diferente entre machos y hembras.

En 15 dEn 15 díías se obtiene una as se obtiene una nueva progenie.nueva progenie.

• A pesar de que hembras tienen cromosoma XX y machos XY, la presencia de Y no determina el sexo masculino en Drosophila, sino que cada sexo es determinado por un equilibrio entre los genes de los autosomas y los genes del cromosoma X

• El cromosoma X produce efectos feminizantes, mientras que los autosomas contienen genes que inducen masculinización

• Es decir, el sexo de la mosca es determinado por la proporción X:A– Una proporción X:A de 1,0 produce mosca hembra; una

proporción X:A de 0,5 produce un macho. Si la proporción es menor de 0,5 se produce macho débil y estéril

LA DETERMINACIÓN DEL SEXO

a) Determinación sexual debida a un par de genes; como ocurre, por ejemplo, en las plantas dioicas.

b) Determinación sexual por cromosomas sexuales. En el reino animal, los sistemas más frecuentes de determinación sexual son:

- Sistema XX-XY. Como el del hombre y el resto de los mamíferos.

- Sistema ZZ-ZW. Se da en aves, reptiles, etc. En este caso el macho es el sexo homogamético (ZZ) y la hembra el heterogamético (ZW).

- Sistema XX-XO. La hembra es homogamética XX y el macho heterogamético (XO) posee un sólo cromosoma X y no tiene cromosoma Y. Se da en libélulas, saltamontes

c) Sexo por haploidia: Los huevos fecundados (diploides) dan lugar a hembras y los no fecundados (haploides) a machos. Ejemplo: las abejas.

d) Sexo debido al equilibrio genético como en Drosophila : La determinación sexual se encuentra en los autosomas y depende de la relación numérica entre el número de cromosomas X y el de juegos autosómicos (A).

e) Sexo determinado por factores ambientales. En ciertos casos, por ejemplo, en ciertas especies de cocodrilos, el sexo se determina en función de la temperatura de incubación de los huevos.

f) Inversión sexual. El sexo depende de la proporción de machos y hembras existentes en la población o de la edad. Así, ciertos peces cuando son jóvenes tienen un sexo y de adultos tienen otro.

Complemento cromosómico sexual

Juegos haploides de autosomas

Proporción X:A Fenotipo sexual

XX AA 1,0 Hembra

XY AA 0,5 macho

XO AA 0,5 macho

XXY AA 1,0 hembra

XXX AA 1,5 metahembra

XXXY AA 1,5 metahembra

XX AAA 0,67 Fenotipo intersexual

XO AAA 0,33 metamacho

XXXX AAA 1,3 metahembra

Complementos cromosómicos y fenotipos sexuales en Drosophila Gen Sex-lethal Proteína Sex-lethal

En hembras: Proteína Sex-lethal Corte y empalme de pre-mRNA sex lethal en etapas tardías del desarrollo

mRNA Sex-lethal

En machos:Ausencia de Proteína Sex-lethal

Corte y empalme de pre-mRNA sex-lethal

mRNA con codón de terminación al principio de la secuencia

• Proteína Sxl → unión cerca de extremo 3’ de mRNA, entre exones 2 y 3

• Bloquea asociación apropiada entre cofactor U2AF y la snRNP U2

• Formación de empalmosoma (snRNP U1, U2, U4, U5 y U6)

• Empalme de exones 2 a 4, excluyendo el 3• Se genera mRNA que se traduce a proteína activa

Sxl• En machos está incluido el exón 3 y en

consecuencia el codón de terminación que evita la traducción de la proteína Sxl

LECTURA DEL COCIENTE X:A

XX XYCociente X:A

sis-asis-bsis-cruntdpn

daheremcgro

1 1:

vs.

sis-asis-bsis-cruntdpn

daheremcgro

1 2:

vs.

Sxl(Sex-lethal)

Sxl(Sex-lethal)

Proteínasnumerador(crom. X)

Proteínasdenominador(autosomales)

Proteínasnumerador

(crom. X)

Proteínasdenominador(autosomales)

ACTIVACIÓN DE Sxl

PL PE

Gen Sxl

Hembra 2X:2A

2X 2A 1X 2A

Macho 1X:2A

PL PE

Gen Sxl

Transcripción

Splicing

TraducciónProteína Sxl

activa (354 aas)

No hay transcripción

• Proteína Sxl → corte y empalme de gen Tra (Transformer) y Dsx (Double-sex)– Mecanismo de splicing alternativo– El producto del gen Tra gobierna el splicing del pre-mRNA

del gen Dsx

CASCADA BAJO Sxl

Tránscrito primarioHembras Machos

transformer

doublesex

Transformer

Tra-2

Doublesex fem. Doublesex mas.

Sex-lethal

No proteína

CASCADA REGULATORIA

Sxlactiva

Mosca XX Mosca XY

Genesmsl

Prot. Dsxmasc.

Transcripciónnormal genes

crom. X

SxlinactivaGenes

crom. Y

Fenotipo femenino

Prot. Ix(intersex)

+

Transcripciónactivada genes

crom. X

Fenotipo masculino

Formac.esperma

Genesmsl

Genes diferen.femen.

Genes diferen.masc.

Genes diferen.masc.

Genes diferen.femen.

Prot. Dsxfemen.

Desde la niñezFuertes sentimientos de ser macho o hembra

Identidad de género

8 semanas tras fertilización a pubertad

Estructuras reproductivas internas y externas

Fenotípico

9-16 semanas tras la fertilización

De gónadas

indiferenciadas a testículos u ovarios

Gonadal

FertilizaciónXY=macho

XX=hembra

Cromosomal/

genético

LA DETERMINACIÓN DEL SEXO EN MAMÍFEROS (HOMBRE)

MomentoEventosNivel

LA IMPORTANCIA DEL CROMOSOMA Y

XX - Hembra normalX - Fenotipo femenino–infértil (Turner)XXX - Hembra normal (triple-X)

- Relación entre el cromosoma X y el fenotipo femenino- Como mínimo XX para hembra normal

XY - Macho normalXXY - “Macho normal”, generálmente fértil (Klinefelter) XXXXXY - Fuerte síndrome de Klinefelter, fenotipo masculino Y - monosómico Y - letal en el embrión

- El cromosoma Y determina el fenotipo masculino- Basta con un Y

Porción no homóloga, genes ligados al sexo

Genes holándricos

Región pseudoautosómica

XX

YY

Porción no homóloga, genes que se transmiten de padres a hijos

Se transmiten según herencia mendeliana

Compensación de dosis génicaCompensación de dosis génica• En los organismos en donde las hembras y los

machos difieren en el número de cromosomas X, se presenta el mecanismo de compensación de dosis génica, de forma tal que los productos de los genes ligados al sexo están representados en cantidades equivalentes en hembras y machos.

• Este proceso recibe el nombre de compensación de dosis génica

• En D. melanogaster, los dos cromosomas X de las hembras son activos y la compensación de dosis génica tiene lugar en los machos por hipertranscripción de su único cromosoma X.

• En Caenorhabditis elegans la compensación de dosis génica se realiza en las hembras por hipotranscripción de sus dos cromosomas X.

• En los mamíferos, la compensación de dosis génica consiste en la inactivación de uno de los cromosomas X de las hembras.

• En Drosophila, la determinación sexual y la compensación de dosis génica están bajo el control del gen Sex-lethal (Sxl).– Actúa sobre los genes de compensación de

dosis: genes male-specific lethals (msl+s). – Son cuatro genes: mle, msl-1, msl-3 y msl-2

• En Mamíferos: Inactivación al azar de un cromosoma X de la hembra durante el desarrollo embrionario

• La inactivación está controlada por un locus del propio cromosoma X, conocido como el Centro de Inactivación del X (Xic).

• Dentro de esta region hay RNAs no codificantes y elementos reguladores implicados en la elección del que se va a inactivar.

Control genético de la inactivación

• En Xic, se localiza el Xce (Elemento controlador del X), situado a unas 100 kb de la región 3’ del gen Xist que está implicado en el proceso de elección del cromosoma que se va a inactivar.

• Una vez elegido el cromosoma que se va a inactivar, un RNA no codificante se extiende a lo largo de Xist e inicia el silenciamiento del mismo.

• En un principio, los dos cromosomas X expresan Xist, de forma inestable.

• Durante el proceso de inactivación, uno de estos dos Xist es degradado por otro RNA llamado DXPas34, también en el locus Xic, evitando así la inactivación de uno de los cromosomas.

Regulación genética durante el desarrollo

• Desarrollo ontogenético

Genes Homeóticos

• Genes que participan en el desarrollo de los organismos y que determinan la identidad de los segmentos o partes individuales del embrión en sus etapas iniciales

• Confieren a la célula identidad espacial o posicional inequívoca en diferentes regiones a lo largo del eje anteroposterior del cuerpo– indican a la célula si forma parte de la cabeza, del

tórax o del abdomen del individuo.

Drosophila melanogaster

• Primero se expresan los genes de polaridad del huevo

Genes maternos: crean gradiente citoplasmático en el huevo y su origen es materno

•bicoid: segmentos anteriores•nanos: segmentos posteriores

• Segundo, los genes de segmentación: determinan número y organización de los segmentos

Genes de segmentación (aprx. 20): determinan el número y la organización de los segmentos

•Genes gap: regiones del embrión•Genes regla de pares (pair-rules): definen pares de segmentos•Genes de polaridad de segmento: definen segmentos individuales

• Los productos de los genes anteriores, activan a los genes homeóticos que determinan la identidad de cada segmento– Codifican proteínas que se unen al DNA activando

otros genes

– Contienen secuencia muy conservada de 180 nt, llamada caja homeótica

– La caja se traduce en región de proteína, de 60 a.a. que codifican el homeodomínio, a través del cual se une a DNA

Los genes homeóticos se agrupan en el genoma en clusters

Clasificación

• Genes HOX

• Genes ParaHOX

• Genes NK

Genes HOX

• Actúan en el control maestro del desarrollo de los organismos multicelulares, centrándose su acción en la regulación de la morfogénesis y diferenciación celular durante el desarrollo en animales, plantas y algunos hongos

• En Drosophila– Agrupados en dos complejos en el cromosoma 3– Complejo Antennapedia: regula desarrollo de cabeza y

segmentos torácicos anteriores– Complejo Bithorax: regula abdomen y segmentos torácicos

posteriores

• El orden de estos genes refleja su orden de expresión en el cuerpo de la mosca

• En Mus musculus– Cuatro complejos de genes, al igual que en

humanos, llamados HoxA (6), HoxB (11), HoxC (15), HoxD (4),

Tema 9. Regulación de la expresión génica en eucariotas

Conservacion evolutiva de los genes homeóticos (Hox)

Genes ParaHOX

• Se originaron a partir de la duplicación y evolución posterior de genes HOX

• Restringido a cefalocordados y vertebrados• Es un complejo que incluye tres genes:

– Cdx (homeobox tipo caudal), – Gsh (genomic screened homebox) y – Xlox/lpf1 (Xenopus laevis homeobox 8/insuline

promotor factor 1).

• Son cruciales para el desarrollo del cerebro y del tubo neural y comparte muchas similitudes con los genes Hox.

Genes NK

• En Drosophila melanogaster NK1, NK3 y NK4 en cromosoma 3, NK2 en cromosoma 1

• Cambio de nombres:– NK1 → slouch

– NK2 → vnd (ventral nervous system defective)

– NK3 → bap (bagpipe)

– NK4 → msh2 (muscle-specific homeobox 2)

– Se aislaron otros hasta llegar a 9: NK5, LBx o ladybird (Lbe, Lbl), Msx y Tlx

• En humanos, los genes NKX3.1 y NKX3.2 son ortólogos del gen bap

• LBX1 y LBX2 son ortólogos del gen ladybird y los genes NKX2.3, NKX2.5 y NKX2.6 lo son del tin de la mosca de la fruta

Genes PAX

• Codifican proteínas de unión al DNA (paired domain homeobox)

• Cuando se alteran (mutación), provocan malformaciones

• El mecanismo de acción de los genes Pax es aún desconocido, sin embargo, se sabe que son capaces de inducir la transformación neoplásica en algunos tejidos

• Grupos en mamíferos:– Grupo Pax 1 (Pax 1 y 9),– Grupo Pax 2 (Pax 2, 5 y 8),– Grupo Pax 3 (Pax 3 y 7)– Grupo Pax 4 (Pax 4 y 6).

• PAX1 participa en el desarrollo de vertebrados y segmentación de embrión. Codifica proteína de 440 a.a. a partir de 4 exones.

• PAX2, identificado en formación de riñon y desarrollo de nervio óptico. A partir de 11 exones se genera proteína de 417 a.a. Mutaciones en humanos ha sido asociaco con síndrome renal.

• PAX3 ha sido identificado en oído, ojos, desarrollo facial. Genera proteína de 479 a.a. Mutaciones se asocia con síndrome de Waardenburg.

• PAX4 involucrado con desarrollo de islas pancreaticas. Genera proteína de 350 a.a.

• PAX5, desarrollo neural y espermatogenesis, diferenciación de células B.

• PAX6, desarrollo de ojos y órganos sensoriales, tejidos neurales y epidermicos asícomo otras estructuras derivadas del ectodermo

• PAX7, desarrollo de músculo esquelético.• PAX8, asociado con expresión específica de

tiroides. Transcribe proteína de 451 aa. a partir de 11 exones

Evolución de los genes homeóticos

Gen homeobox fundador

Cis duplicación

Megacomplejos presente en la separación de cnidarios y organismos con simetría bilateral

• Los genes Hox se expresan sobre todo en el ectodermo y neuroectodermo, contribuyendo al desarrollo del sistema nervioso central de los vertebrados.

• Los genes del complejo NK contribuyen a establecer patrones en el mesodermo, especialmente en Drosophila y son fundamentales para el desarrollo del corazón en los vertebrados.

• Los genes ParaHox se expresan sobre todo en el endodermo posterior y medio.

Genes homeóticos en el hombre y enfermedades

• En humanos existen 39 genes Hox localizados en cuatro clusters que se encuentran los cromosomas 2, 7, 12 y 17

• Mutaciones provocan afecciones y síndromes:

• Hipervitaminosis A durante el embarazo– La vitamina A causa la expresión de los genes Hox

1-4 en grupos de células que habitualmente no expresan estos genes.

– El ácido retinoico puede alterar regulación de genes HOX en el embrión

– Malformaciones: labio leporino, malformaciones del cuello y cabeza, hidrocefalia, enfermedades cardíacas

• Síndrome de Waardenburg– Defecto en gen homeótico (PAX “Paired box”,

familia de factores de transcripción que contienen homeodominio. Importantes para especificación de tejidos en etapas tempranas de desarrollo

– Genera alteración a la cresta neural durante el desarrollo

– Anomalias faciales, problemas de visión, sordera, dolor de articulaciones, rigidez

• Aniridia– Mutación humana en la que se pierde el iris del

ojo– Defecto en gen homeótico PAX 6– El afectado no puede controlar la entrada de luz

en el ojo– Empleo de lentes coloreadas

• Cardiopatías congénitas– Causadas por mutación en el gen NKX2.5, del

cromosoma 5– Gen tinman de los humanos– Flujo anormal de sangre en el corazón