哺乳動物性別決定基因的研究進(jìn)程

1、哺乳動物性別決定基因的研究進(jìn)程12生物技術(shù) 鄭俊昌 學(xué)號：2012454116摘要： Sry在哺乳動物的性別決定中起主導(dǎo)作用，同時(shí)伴隨多個(gè)基因的參與調(diào)控。性別決定相關(guān)基因的研究對性分化與生殖發(fā)育過程的了解具有十分重要的意義。本文簡介了與哺乳動物性別控制相關(guān)基因的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：研究成果，SRY,AMH,SOX9，WT1，SF-1，DAX-1Research process of sex-determining gene of the mammal12 biotechnology Zheng Junchang student number: 2012454116Abstract: Sry de

2、cided to play a leading role in the sex of the mammals, and at the same time accompanied by multiple genes involved in regulation.Research of sex determination genes that understanding of sex differentiation and reproductive development process is of great significance.This paper introduced the rese

3、arch progress of genes involved in mammalian sex control.  Key words: research, SRY, AMH, SOX9, WT1, SF, 1, DAX 1性別決定機(jī)制的探討一直是生命科學(xué)研究中最具吸引力和最熱門的領(lǐng)域之一。對兩性生物而言，性別決定與分化是個(gè)體正常發(fā)育和生存不可缺少的一環(huán)，也是種族得以繁衍延續(xù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。自古以來，關(guān)于性別決定的稀奇古怪的說法很多。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們認(rèn)識到雌性和雄性個(gè)體在形態(tài)、生理和行為的許多特征及基因產(chǎn)物上都有很大的差異，然而它們在遺傳信息上絕大部分是一致的，這就更引起了人們

4、的興趣，去揭示其中的奧秘。至今，對性別決定機(jī)制的研究已經(jīng)形成了由遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、分子生物學(xué)及進(jìn)化等多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域。性別發(fā)育是一個(gè)多基因調(diào)控的復(fù)雜的分化事件，是對兩套可輪換的遺傳程序之一的精確決定和執(zhí)行，而其分子機(jī)制及其多樣性使得性別決定機(jī)制的研究成為有關(guān)胚胎發(fā)育過程中分子調(diào)節(jié)開關(guān)如何起作用的一個(gè)豐富的信息源泉。1，哺乳動物的研究過程和成果50年代確立了哺乳動物性別決定的兩條規(guī)律：第一，性腺的分化決定了性別的分化，這條規(guī)律是通過一系列胎兔閹割實(shí)驗(yàn)確立的；第二，Y染色體決定雄性，這條規(guī)律是在發(fā)現(xiàn)性逆轉(zhuǎn)病人的基礎(chǔ)上確立的。哺乳動物性別決定基因的鑒定主要也是來自于對性反轉(zhuǎn)動物的研究。事實(shí)

5、上經(jīng)過對性逆轉(zhuǎn)病人三十多年的研究，通過對H-Y抗原、ZFY等睪丸決定因子（testis-determining factor, TDF）候選基因的逐步認(rèn)識，直到1990年，才由Sinclair等克隆到人類Y染色體該區(qū)域內(nèi)的一個(gè)新的候選基因SRY（Sex-determining region Y），同時(shí)在小鼠Y染色體相應(yīng)區(qū)域找到了類似基因Sry（Gudday et al., 1990）。經(jīng)過SRY轉(zhuǎn)基因小鼠實(shí)驗(yàn)及對SRY表達(dá)特征和保守性分析證實(shí)，SRY基因就是TDF（Gudday et al., 1990）。SRY基因具有高度進(jìn)化保守性，在其它較廣泛的物種中也發(fā)現(xiàn)了SRY的同源基因，包括果蠅、兩

6、棲類、鳥類、北美魚和其它哺乳動物。SRY盒基因的發(fā)現(xiàn)及其保守性為性別決定機(jī)制等的研究提出了新的研究課題。到具有更低等的進(jìn)化地位的動物中去尋找性別決定基因或其祖先基因，從進(jìn)化途徑來闡明性別分化發(fā)育機(jī)制，是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)前沿課題。 SRY基因的發(fā)現(xiàn)是哺乳動物性別決定這個(gè)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。然而，最近的研究發(fā)現(xiàn)X染色體和常染色體上某些位點(diǎn)的突變也和性逆轉(zhuǎn)有關(guān)，這意味著還存在著另一些基因介入了性別決定。近年來，人們已克隆了許多涉及性別決定的基因。至今為止，在哺乳動物中已分離鑒定了一些性別決定基因（表20-1）。表20-1 哺乳動物中已發(fā)現(xiàn)的性別決定基因基因基因功能縮寫全稱SRY（Sry）sex-

7、determining region Y為哺乳動物睪丸決定因子，啟動睪丸的分化，是睪丸發(fā)育負(fù)調(diào)節(jié)的抑制子MIH（AMHMullerian inhibiting substance使雄性體內(nèi)的副中腎管退化，阻止其發(fā)育成雌性生殖器Sox9SRY box gene 9與人類睪丸決定有關(guān)，突變可導(dǎo)致產(chǎn)生46XY性反轉(zhuǎn)WT1Wilm tumor gene 1可能在性別分化的早期參與SRY的激活SF1steroidogenic factor 1可能是AMH基因的直接調(diào)控者，是AMH基因激活所必需的，在Sry表達(dá)之前啟動性腺和腎上腺的發(fā)育DAX1DSS-AHC critical region on the

8、X chromosome ,gene 1決定雌性發(fā)育，SRY僅能抑制其一份劑量RBMRNA binding motif精子細(xì)胞發(fā)生DAZDeleted in Azooepermia精子細(xì)胞發(fā)生SOX-5SRY box gene 5精子細(xì)胞發(fā)生SOX-6SRY box gene 6精子細(xì)胞發(fā)生SOX-17SRY box gene 17精子細(xì)胞發(fā)生,2，SRY基因SRY 基因是最早被克隆出來的 sox 基因，僅發(fā)現(xiàn)存在于哺乳動物中。人sry 僅為單一外顯子，含有一個(gè)HMG - box，與編碼HMGl , 2蛋白結(jié)構(gòu)域高度同源，該區(qū)域在進(jìn)化上高度保守。對不同物種的分析表明HMG一box是Sry中唯一

9、有功能的3。小鼠的Sry也只有單個(gè)外顯子，但還含有一段谷氨酸(Glu)富含區(qū)以及拼接供體和受體位點(diǎn)，位于一個(gè)2. 8 kb的單一序列的延伸部分，側(cè)翼為一反向重復(fù)序列，約15 kb大小。人類和小鼠Sry的HMG -bo、有71%的同源性，此區(qū)域以外同源性不明顯A小鼠性腺分化前，即交配后10. 5 d在生殖嵴處能檢測到Sry,11.5 d時(shí)表達(dá)達(dá)到高峰，至12. 5 d時(shí)表達(dá)處于低水平;人類性腺嵴在受精后33 d左右形成，第41 d SRY能在XY胚胎中被檢測到，第44 d時(shí)達(dá)到高峰，至52 d時(shí)生殖細(xì)胞為支持細(xì)胞所包圍，而且該細(xì)胞核中SRY保持持續(xù)低水平表達(dá)狀態(tài)，表明SRY/Sry基因的表達(dá)時(shí)序

10、與TDF的表達(dá)時(shí)序作用相一致。 Sry在小鼠初始性嵴中的轉(zhuǎn)錄本是呈線性的，但在成體睪丸中因存在拼接供體與受體的位點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄本成一環(huán)形RNA分子，且與多核糖體不相聯(lián)，尚無實(shí)驗(yàn)證明該環(huán)狀RNA能翻譯，說明Sry在成體睪丸中可能無意義表達(dá);成年人精巢雖能檢測到SRY轉(zhuǎn)錄本，但其在生殖嵴并無類似的生物活性，這說明SRY/Sry只在精巢組織中表達(dá)，且具有表達(dá)時(shí)間特異性。一般為SRY/Sry通過調(diào)控其他基因的表達(dá)來調(diào)控精巢的發(fā)育。SRY/Sry與DNA的結(jié)合方式具有序列特異性:人類SRY顯示出對AACAATG序列的識別，而小鼠的Sry以高度的親和力和CATTGTT結(jié)合。有實(shí)驗(yàn)表明人類的SRY是通過小溝接觸D

11、NA，而小鼠的Sry識別大溝。SRY/Sry的HMG功能區(qū)與DNA結(jié)合的同時(shí)能引導(dǎo)DNA的彎曲，形成DNA環(huán)，拉近啟動子和調(diào)節(jié)位點(diǎn)，使調(diào)節(jié)基因得以表達(dá)。以下證據(jù)進(jìn)一步證明了SRY/Sry在哺乳動物性別決定中起主導(dǎo)作用:SRY含79個(gè)氨基酸的基序，具有DNA結(jié)合蛋白的特點(diǎn)，和HMG ( high mobilitygroup)同源，暗示SRY有調(diào)控功能;小鼠TDF突變體發(fā)育為XY雌性，這種XY雌鼠缺失Sry序列，反之Y染色體片段易位到X染色體上可導(dǎo)致XX性反轉(zhuǎn)小鼠，且易位片段上存在Sry序列;46 XY女性中的SRY編碼順序曾發(fā)現(xiàn)過缺失、突變和易位等，幾乎都發(fā)生在HMG的DNA結(jié)合區(qū) ; 90%以

12、上的46 XX男性基因組中含有SRY基因，分析表明是Y染色體上的SRY基因片段易位到X染色體短臂上3，抗牟勒氏管激素基因(Amh ) Amh也被稱為Mis，是雄性性別分化中的一個(gè)重要因子，該基因的突變將導(dǎo)致永久性牟勒管綜合征。 Amh基因的表達(dá)在Sry表達(dá)后迅速開始，是支持細(xì)胞中第一個(gè)可鑒別的產(chǎn)物。研究表明，Sry蛋白并不直接結(jié)合到Amh的調(diào)節(jié)元件上，而是通過間接方式誘導(dǎo)Ahm的表達(dá)，推測Sry和Amh之間應(yīng)該有其他中間因子的參與。隨后發(fā)現(xiàn)在Amh啟動子上游有Sox9蛋白和sf1的結(jié)合序列，sf1上與 Amh基因結(jié)合位點(diǎn)的突變將導(dǎo)致Amh基因的表達(dá)量減少，而Sox9上的結(jié)合位點(diǎn)突變則會使Amh

13、基因的表達(dá)量完全消失，說明Sox9或許是Amh基因的激活開關(guān)，一旦Amh基因被激活，則由胡蛋白和Wtl蛋白共同作用，促進(jìn)Amh基因的表達(dá)，提高轉(zhuǎn)錄水平。,4，Sox9基因 Sox9基因是繼Sry基因后發(fā)現(xiàn)的又一性別決定的S、家族成員，為一轉(zhuǎn)錄激活因子，位于常染色體上。人類Sox9含兩個(gè)內(nèi)含子，在哺乳動物、禽類和爬行動物中的Sox9高度保守。人類Sox9基因突變可引起骨畸形綜合征(Compomdic Dysplasia， CD) ;含額外的Sox9的XX個(gè)體發(fā)育為男性，而大部分僅含一個(gè)有功能的Sox9的XY個(gè)體發(fā)育為女性或兩性人，說明Sox9不管在骨骼發(fā)育還是在性別決定中均起著重要作用。小鼠的S

14、ox9基因僅在雄性生殖嵴中表達(dá)，表達(dá)時(shí)間較Sry晚。抗牟勒氏管激素基因( Anti一Mullerian hormone gene ，Amh)是Sox9下游的一個(gè)重要基因，編碼脊椎動物早期雄性發(fā)育中抗牟勒氏激素，Sox9基因在激活A(yù)mh中起關(guān)鍵性作用:SOX9蛋白與Amh啟動子結(jié)合，促進(jìn)Amh基因的表達(dá)。SOX9蛋白和SRY蛋白功能相似，在Sry基因缺失的前提下，Sox9亦能誘發(fā)雄性性別分化以保證雄性性腺的正常發(fā)育。Sry一myc6工程鼠檢測揭示了SRY和SOX9兩種蛋白的不同表達(dá)時(shí)序:在生殖嵴中，Sry首先啟動表達(dá)，隨后Sox9開始表達(dá);Sox9繼續(xù)表達(dá)時(shí)，Sry的表達(dá)關(guān)閉。這一結(jié)果揭示Sry

15、直接作用于Sox9來保證其上游調(diào)控，Sox9是Sry下游重要的性別決定基因。Sox9基因參與的性別決定機(jī)制目前并不明確，Graves認(rèn)為人類性別決定中SRY基因可能并不直接參與性別決定，而是通過Sox3和Sox9間接參與性腺的分化，真正的性別決定基因可能是位于常染色體上的Sox9 。 Sry僅在哺乳動物出現(xiàn)，而Sox9存在于所有的脊椎動物中，Sox9是迄今所知的性別決定模型中最古老的性別決定基因。Sox3能正常抑制Sox9的表達(dá)，而在哺乳動物中的Sry可抑制ox3的表達(dá)而允許Sox9的表達(dá)，保證雄性性腺的正常發(fā)育;雌性個(gè)體因缺乏Sry而無法誘導(dǎo)Sox9的表達(dá)，故表現(xiàn)雌性發(fā)育途徑。5 ， Wtl

16、基因 Wt1基因抑制細(xì)胞分裂和分化，與精巢的形成有關(guān)。Wt1基因主要在尿殖管道的發(fā)育中起重要作用。剔除Wt1基因的小鼠會缺少雄性性腺而出現(xiàn)發(fā)育反常，說明Wt1基因在雄性性腺發(fā)育過程中有一定調(diào)節(jié)作用。人Wt1基因位于第17號染色體，WT1蛋白的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域?yàn)?個(gè)Cys一Cys鋅指。該基因突變將導(dǎo)致Denys一Drash綜合癥，其特征是患Wilms瘤、腎和性腺發(fā)育異常。在46 XY個(gè)體中引起完全或部分性反轉(zhuǎn)，但尚未發(fā)現(xiàn)性腺發(fā)育過程中直接受其調(diào)控。6，類固醇生成因子1基因(sf1) sf1也稱Ad4BP或NR5Al，屬于孤核激素受體的家族成員，它的cDNA與小鼠中來源于癌細(xì)胞cDNA文庫的cDN

17、A極為相似。sf1具有明顯的DNA結(jié)合區(qū)和配體結(jié)合區(qū)，其作用主要表現(xiàn)在以下兩方面:(1)Sfl是腎上腺皮質(zhì)激素表達(dá)調(diào)節(jié)的決定因子之一，通過對成年小鼠的各組織檢測發(fā)現(xiàn)，只要產(chǎn)生甾族化合物的組織中都檢測到Sfl的表達(dá)活性，Sfl也在足細(xì)胞中表達(dá)，可見Sfl對腎上腺發(fā)育、甾族化合物的產(chǎn)生以及早期胚胎發(fā)育均起著重要作用。(2)sf1直接調(diào)節(jié)牟勒氏體抑制基因(Mullerininhibiting substance gene，Mis)的表達(dá)。胚胎早期足細(xì)胞轉(zhuǎn)染發(fā)現(xiàn)sf1與Mis的調(diào)控區(qū)Mis一RE一1可相互作用，兩者互相激活，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)對其他細(xì)胞系的sf1，Mis并沒有活性表達(dá)，早期足細(xì)胞內(nèi)或許含有Mi

18、s轉(zhuǎn)錄所依賴的sf1配體，配體和配體結(jié)合區(qū)相結(jié)合導(dǎo)致配體結(jié)合區(qū)脫離sf1，sf1激活表達(dá)促進(jìn)Mis的轉(zhuǎn)錄。sf1也結(jié)合Dax 1基因的啟動子誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄。,7，X染色體DSS一AHC決定區(qū)基因(Daxl ) Dax 1蛋白是Dax 1基因(DSS一AHC criticalregion on the X chromoe gene 1)編碼的核激素受體超家族的1個(gè)蛋白，1980年發(fā)現(xiàn)于XY女性患者中，并于1994年克隆出基因。 Daxl蛋白是受視黃酸受體調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的負(fù)調(diào)節(jié)因子。研究表明，當(dāng)人類X染色體某個(gè)部位突變加倍后，可引起XY個(gè)體向女性方向發(fā)育，這一突變部位的片段被稱為性逆轉(zhuǎn)基因( dosage

19、sensitive sex reversal ， DSS)，該基因與先天性腎上腺發(fā)育不全(adrenal hypoplasia congenitalAHC)、促性腺激素分泌不足性生殖腺機(jī)能減退( hypogonado trophic hypogonadism ， HHG)共同連鎖在X染色體上。人類Dax 1基因編碼一種核蛋白可與DNA結(jié)合并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄，一般情況下，SRY抑制Dax 1基因，但當(dāng)Dax 1出現(xiàn)多余的活性拷貝時(shí)，可致SRY正常的XY個(gè)體發(fā)生性反轉(zhuǎn)為女性。在雄性小鼠中出現(xiàn)額外的Dax 1拷貝將導(dǎo)致性反轉(zhuǎn):將攜帶Dax一1基因的DNA片段導(dǎo)入XY小鼠胚胎中，出現(xiàn)睪丸發(fā)育遲緩甚至性反轉(zhuǎn)，

20、說明Dax一1基因?qū)ry基因有抑制作用。 Dax1是一抗睪丸因子，通過抑制類固醇生成因子1 ( Steroidogenic factor 1 ， Sfl )和威爾姆氏腫瘤抑制基因1 ( Wilms' tumor suppressergene 1 Wtl )于性別分化中起協(xié)同作用，阻止生殖嵴向雄性分化。l研究表明Dax 1可以破壞Wt1的功能，從而抑制Sry的表達(dá)，同時(shí)通過核受體共抑制物抑制胡的轉(zhuǎn)錄激活。Dax 1與Sry二者產(chǎn)物可相互拮抗，Dax 1表達(dá)量的增加導(dǎo)致個(gè)體朝雌性方向發(fā)育，反之Sry表達(dá)量的增加會誘導(dǎo)個(gè)體發(fā)育為雄性。參考文獻(xiàn)：Lovell一badge R, Hacker

21、A.the Molec;uler Genetic、of Sryand its Role in Mammalian Sex Determination (J ). Phil Trans R Soc Lond,1995,350(1333):205-204Capel B，Swain A,Nicholis S,et al. Circular Transcripts of the Testis-determining Gene Sry in Adult Mouse Test is(J).Cell ,1993 , 73 ( 5 ):1019一10303鄧澤，王金星哺乳動物性別決定的分子要素J動物 學(xué)雜志，

22、1998,33(5) :51 -554 Koopman P, Guhhauy J, Vivian N，et al. Male Development of Chromosomally Female Mice Transgenic for SryJNature,1991 ,351:117一121Cs5陳勇，周華蓉，林曉容人類性別決定基因(SR均的檢側(cè)及其臨尿應(yīng)用J.分子診斷與治療雜志，2013,s(3):161一1646江玲霞，李紀(jì)委，李美麗，等哺乳動物的性別決定相關(guān)基因的作用機(jī)理J生物技術(shù)通報(bào)，2009 , (1) : 40 -44L7曹慧慧，王昌留Sox基因家族特點(diǎn)及其功能J.魯東大學(xué)學(xué)報(bào)(

23、自然科學(xué)版),2011 ,7: 58 -638王建武，丁家桐，劉春玲，等哺乳動物性別決定的基因調(diào)控J動物科學(xué)與動物醫(yī)學(xué)，2003 ,20( 4) : 56 -589徐晉麟，徐沫哺乳動物性別決定和性反轉(zhuǎn)J.生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，1998,25( 1) :30 -3610 Giese K, Pagel J, Grossc;hedl R. Distinct DNA一binding Porperties of the High Mobility Croup Domain of Murine and Human SRY Sex Determining Factor JProc; NatlAcad Sc

24、i USA,1994,91(8):3368一337211楊興砷，吳維青，郭曉玲，等46XX男性綜合征患者的細(xì)胞和分子遺傳學(xué)研究J中國優(yōu)生與遺傳雜志 2012,20(10):32一3512 Koopman P. Sry,Sox9 and Mammalian Sex Determination J . EXS,2001 ,91:25一5613Graves J. Evolution of the Mammalian Y一。hromosome andSex一determinating GenesJ . Exp Zool, 1998，281:472一48114周林燕，張修月，王德壽脊推動物性別決定和分化

25、的 分子機(jī)制研究進(jìn)展J動物學(xué)研究，2004, zs (1) : 81- 8815付嬌，劉曉翌SRY, SOX9 , DAX一1基因與性反轉(zhuǎn)綜合征的研究進(jìn)展J中國優(yōu)生與遺傳雜志2009 ,17 ( 3 ) 7一816朱必才，高建國，張子峰，等哺乳動物性別決定及其機(jī)制 的研究LJ細(xì)胞生物學(xué)雜志，2002,24(5) : 282 -28517 Moniot B，Dec;losmenil F, Barrionuevo F, et al. the PGD2Pathway,Independently of FGF9 Amplifies SOX9 Activityin Sertoli Cells During Male Sexual Differentiation JDevelopment,2009，136:1813一183118胡艷輝，王玉邦類固醇生成因子1和DAX一1的結(jié)構(gòu)表達(dá)和應(yīng)用J公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)，2013,24(4) :67 -6819Meeks J J, Weiss J, Jameson J L. Daxl is