ZALEŻNOŚĆ PŁCI OD GENÓW

Każdy z nas wie, że naszą płeć określa obecność lub nieobecność chromosomu Y. Oczywiście nie jest to nic zaskakującego, ani nazbyt ciekawego. Jednak gdy się głębiej nad tym zastanowić, nie jest to takie jasne. Okazuje się bowiem, że każdą cechę warunkują konkretne geny lub większe ich grupy, natomiast sam chromosom jest większą jednostką, w której znajdują się geny.

Występowanie dwóch płci u różnych osobników jest znana nawet u bardzo pierwotnych organizmów, dlatego dla ułatwienia tej sprawy naukowcy zaczęli od badania właśnie takich organizmów. O wiele łatwiejsze było przeprowadzenie badań na prostych modelach, jakimi były bezkręgowce niż na ssakach, a co dopiero mówić tu o ludziach. Dlatego determinację płci najgłębiej poznano u nicieni Caenorhabditis elegans oraz muszki owocowej Drosophila melanogaster.

Ta mała muszka posiada, tak jak ludzie, zestawy parzystych chromosomów X i Y jako określenia płci - samice dwa iksy a samce - jednego iksa i jednego igreka. Wśród innych zwierząt nie zawsze chromosomy Y i X decydują o płci. O wiele ważniejszy okazuje się stosunek ilości chromosomów X do ilości haploidalnych zestawów autosomów. U standardowego samca X/A jest równy ½ - oznacza to, że na 1 chromosom X przypadają dwa zestawy autosomów (tak jest także u diplonta - Drosophili). Natomiast każda samica posiada równą ilość chromosomów X oraz zestawów autosomów (czyli stosunek jest równy 1).

Bardzo ważne były doświadczenia z krzyżowaniem osobników posiadających różną ploidalność. Dzięki tym badaniom (podczas których osiągnięto duży zakres stosunków X/A) wyznaczono granicę w wartości tego stosunku warunkującą powstawanie określonej płci. I tak - aby powstał samiec stosunek ten musi wynosić mniej niż 0,67. Natomiast samica powstanie jeśli stosunek będzie większy od tej wartości. Gdy stosunek wynosi dokładnie 0,67 - czyli osobnik posiada dokładnie 2 chromosomy X oraz 3 zestawy autosomalne, to powstają interseksy - czyli osobniki posiadające komórki męskie oraz żeńskie jednocześnie.

Jednak nawet w tej chwili nie jest do końca wyjaśnione, jak organizm oblicza liczbę chromosomów w każdej komórce. Prawdopodobnie odpowiedzialne za to są geny występujące na chromosomie X. Kodują one białka będące czynnikami transkrypcyjnymi - tzw. sis-a oraz sis-b. To one, gdy wartość stosunku X/A przekroczy 0,67, warunkują, że osobnik zostanie kobietą. Jednak nadal nie został znaleziony gen na autosomie, który wpływa na powstawanie płci.

Białka powstające przez kodowanie czynników transkrypcyjnych powodują aktywację nadrzędnego genu Sxl, który reguluje inicjację kaskady genów występujących przy determinacji płci u muszki owocowej.

Zilustrowane zostały więc trzy kierunki regulacyjnej działalności genu Sxl - są to: aktywowanie kaskady genów wpływających na różnicowanie się płci w komórkach somatycznych, inna droga różnicowania się płci w komórkach rozrodczych oraz aktywowanie tak zwanych mechanizmów kompensacji.

Determinacja płci nie ma bezpośredniego związku z kompensacją. Jednak kompensacja jest ważna, gdyż ma na celu wyrównanie liczby genów na chromosomach X pomiędzy samicą (XX) a samcem (XY). Chromosomy X oprócz genów odpowiedzialnych za płeć, występują także inne geny (stanowiące u Drosophili blisko 20% wszystkich). Dlatego u Drosophila melanogaster transkrypcja jest prawie dwa razy wydajniejsza niż u innych gatunków.

Kompensacja odbywa się także u innych gatunków, także u ludzi. Najpierw jeden z chromosomów X kondensuje się, dając tzw. ciałko Barra, które jest nieaktywną formą chromosomu. W wyniku kondensacji geny znajdujące się na chromosomie X u samca, jak i u samicy ulegają takiej samej ekspresji, mimo różnicy w ilości tych chromosomów. Z kolei w oocytach - komórkach płciowych u płci żeńskiej dochodzi do aktywowania tej nieaktywnej formy chromosomu X.

Jeśli jakiś osobnik jest euploidalny - czyli posiada więcej chromosomów X, to w wyniku kompensacji zostają skondensowane wszystkie chromosomy X, poza jednym.

Mimo, że mechanizm kompensacyjny jest sterowany przez Sxl, to nie jest on bezpośrednio związany z różnicowaniem się płci, a jedynie niwelowaniem różnic pomiędzy chromosomami u obu płci. O wiele ważniejszym zadaniem tego genu jest inicjowanie kaskady genów, odpowiedzialnych za rozwijanie się organizmu pod kątem płci żeńskiej.

Samce Drosophila melanogaster także mają aktywny gen Sxl po urodzeniu, jednak obróbka mRNA jest inna, w wyniku czego powstają u nich krótkie, zupełnie nie funkcjonujące produkty.

Różnicowanie płci w komórkach somatycznych zależy od 4 genów znajdujących się w hierarchii pod genem Sxl - są to tra, tra-2, ix oraz dsx. Ich funkcje nie zostały jeszcze do końca poznane.

Regulowanie genów odpowiedzialnych za różnicowanie się płci w komórkach somatycznych jest głównie widoczne w procesie modyfikowania transkrypcji. Samice posiadają białka genu Sxl, zawierające część, która wiąże się z mRNA. Dzięki temu możliwe jest powstawanie aktywnego produktu genu tra. Samce - nie posiadające właściwych produktów genu Sxl - produkują nieaktywne produkty genu tra - gdyż gen ten zostaje skrócony o część zwaną ORF.

Kolejne geny - tra ora tra-2 kodują białka zawierające część oddziałującą z RNA. Białka te biorą z kolei udział w transkrypcji genu dsx. Ten ostatni gen jest ważny - gdyż wytwarza on już aktywny i sprawny produkt zarówno męski, jak i żenśki.

Niestety mimo przeprowadzenia tak wielu badań i doświadczeń, naukowcy wciąż nie znają dokładnego mechanizmu, w wyniku którego zachodzi różnicowanie się komórek rozrodczych. Na razie wiadomo, że gen Sxl jest niezbędny w procesie powstawania oocytów. Z drugiej strony zauważono, że komórki somatyczne danej płci mają duży wpływ na powstawanie komórek rozrodczych tej samej płci. Przeprowadzo bowiem doświadczenie w wyniku którego zauważono, że komórki rozrodcze zawierające chromosomy XX, po przeniesieniu do komórek somatycznych męskich, mogą się rozwijać w wyniku spermatogenezy.