کروموزوم های جنسی و تعیین جنسیت

هسته سلول های سوماتیک انسان دارای 22جفت کروموزوم اتوزوم و یک جفت کروموزوم جنسی است.در سلول های خانم ها دو کروموزوم  x و در آقایان یک کروموزوم x  و یک کروموزوم Y وجود دارد. کروموزوم Y  حاوی برنامه های تکوینی برای تکوین جنین به سمت پسر است .

کروموزوم Y

در حین تقسیم میوز برای ایجاد اسپرم کروموزوم های xوY  از هم جدا می شوند و این عمل مشابه جدا شدن کروموزوم های همولوگ اتوزمی صورت می گیرد زیرا دو ناحیه مشابه در کروموزوم x و Y وجود دارد که از این طریق کروموزوم های جنسی حین تشکیل تتراد در کنار هم قرار می گیرند. این دو ناحیه در دو انتهای کروموزوم های جنسی قرار داشته که احتمال کراسینگ اور در این نواحی نیز وجود دارد . به این دو ناحیه نواحی اتوزومی کاذب (pseudoautosomal) گفته می شود.

نواحی اتوزومی کاذب

به این نواحی بدین دلیل اتوزومی کاذب گویند که ژن های موجود در آن ( تا کنون 9 ژن) شبیه ژن های اتوزومی به ارث می رسند. آقایان نیز دو نسخه از این ژن ها دارند یکی بر روی ناحیه اتوزومی کاذب کروموزوم Y و دیگری بر روی ناحیه اتوزومی کاذب کروموزوم x .

ژن های خارج از ناحیه اتوزومی کاذب

حدود 95 درصد از اندازه کروموزوم Y بین دو ناحیه اتوزومی کاذب قرار گرفته است که تا کنون حدود 80 ژن در این ناحیه شناسایی شده است. حدود نیمی از این هتروکروماتین بوده اما از ژن های موجود برخی در تمام سلول ها بیان شده و برخی نیز فقط درون بیضه فعال هستند که در این مورد می توان به ژن SRY اشاره نمود.

SRY

ژن SRY بر روی بازوی کوچک کروموزوم Y و نزدیک ناحیه اتوزومی کاذب قرار داشته و به نظر می رسد ناحیه تعیین کننده جنسیت باشد بدین خاطر به نام Sex-determining region Y معروف است . محصول این ژن کلید اصلی تبدیل جنین به جنس نر بوده و بدون این ژن جنین به سمت ماده شدن پیش می رود . بنابراین به نظر می رسد ماده بودن پیش فرض است.

شواهد :

1-   زاده هایی با کاریوتیپ XXYو XXXY علیرغم داشتن یک کروموزوم X اضافی نر هستند .

2-  در موش هایی با کاریوتیپ XX که ژن SRY وارد زیگوت آنها شده، فنوتیپی مشابه فنوتیپ نر دارند هر چند این موش ها بیضه ، هورمون های جنسی مردانه و رفتار جفت گیری طبیعی دارند اما نازا هستند.

3-  در موارد نادری انسان هایی با کاریوتیپ XX دارای بافت بیضه ای هستند زیرا در اثر جابه جایی، ژن SRY بر روی یکی از کروموزوم های X منتقل شده است.

4-  در موارد نادری ژن هایی یافت شده اند که دارای کاریوتیپ XY هستند و علیرغم وجود Y ماده اند زیرا در اثر جهش ژن SRY آن غیر فعال شده است.

کروموزوم X

کروموزوم X صدها ژن دارد اما اگر نگوئیم هیچ کدام ، تعداد اندکی از آنها به طور مستقیم در جنسیت نقش دارند. به هر حال وراثت این صفات از قوانین خاصی پیروی می کند زیرا :

·        جنس نر تنها یک کروموزوم X دارد .

·        اکثر ژن های کروموزوم X همتایی بر روی کروموزوم Y ندارند

·        در مردان حتی اگر الل موجود بر روی کروموزوم X مغلوب باشد اثر خود را اعمال می کند.

مثالی از صفت وابسته به X

هموفیلی A یک بیماری وراثتی است که به دلیل جهش در ژن فاکتور انعقادی 8 ایجاد می شود. این ژن بر روی کروموزوم X قرار دارد بنابراین آقایانی که تنها یک الل بیماری را داشته باشند به بیماری مبتلا خواهند شد. در خانم های هتروزیگوت نسخه طبیعی این ژن به اندازه کافی فاکتور 8 تولید نموده و مبتلا به بیماری نخواهند بود.

غیر فعال شدن کروموزوم X

خانم ها درون سلول های بدنی خود دو نسخه از هرژن موجود بر روی کروموزوم X دارند در صورتی که آقایان تنها یک نسخه از این ژن ها را دارند (بجز ژن های ناحیه اتوزومی کاذب) ، اما آیا برای صدها ژن دیگر میزان محصولات این ژن ها در سلول های خانم ها دو برابر سلول های مشابه در آقایان است؟ جواب منفی است زیرا در سلول های سوماتیک خانم ها تنها یک کروموزوم X فعال وجود دارد.

در مرحله اینترفاز چرخه سلولی کروموزوم ها قابل رنگ آمیزی نبوده بنابراین در زیر میکروسکوپ نوری نیز مشاهده نمی شوند اما درون هسته اینترفازی پستانداران ماده یک ساختار متراکم و قابل رنگ آمیزی به نام جسم بار مشاهده می شود. این جسم بار یکی از کروموزوم های X است و ظاهر متراکم آن نشان دهنده آن است که غیر فعال بوده بنابراین تنها یک نسخه فعال از کروموزوم X درون سلول های پستانداران ماده وجود دارد.

غیر فعال شدن کروموزوم X در مراحل ابتدایی تکوین جنینی صورت می گیرد. در هر سلول پستانداران دو کروموزوم X  وجود دارد یکی از پدر و دیگری از مادر به ارث رسیده است و به طور تصادفی یکی از آنها غیر فعال می شود اما در پستانداران کیسه دار مانند کانگورو کروموزوم X پدری غیر فعال می شود . پس از غیر فعال شدن یک کروموزوم X در یک سلول در تمام سلول های حاصل از تقسیم آن نیز همان کروموزوم X غیرفعال می گردد. بنابراین غیرفعال شدن کروموزوم X کلون هایی از سلول ها ایجاد می کند که از نظر محتوای ژن های فعال متفاوت اند. این تفاوت محتوای ژن های فعال باعث پدیده ای به نام موزائیک ژنتیکی می شود. در گربه رنگ پوست توسط ژن هایی که بر روی کروموزوم X قرار دارد تعیین می گردد بنابراین در گربه های ماده حالت موزائیکی در رنگ پوست مشاهده می شود.

 مکانیسم غیرفعال شدن کروموزوم X

غیرفعال شدن کروموزوم X حاصل عملکرد ژنی بر روی آن به نام XIST است .

·        حاصل رونویسی از ژن XIST یک مولکول RNA بزرگ است که با mRNA متفاوت است

·   XISTRNA در طول کروموزوم X که در آن ژن XIST فعال است تجمع یافته و موجب غیرفعال شدن همه و یا بیشتر ژن های این کروموزوم می شود.

·        XISTRNA بر روی کروموزوم X دیگر موجود درون هسته قرار نمی گیرد.

·        اجسام بار کروموزوم های X غیرفعال هستند که با XISTRNA احاطه شده اند.

در طی مراحل ابتدایی تکوین جنس ماده از روی ژن XIST هر دو کروموزوم X رونویسی شده اما XISTRNA حاصل به سرعت تجزیه می شود اما سپس وقایع دیگری باعث می شوند که تعادلی ایجاد شده و یکی از کروموزوم های X غیرفعال گردد.

·   رونویسی از ژنXIST  یکی از کروموزوم های X ادامه داشته و با تجمع XISTRNA حاصل از رونویسی بر روی این کروموزوم آن را به جسم بار غیرفعال تبدیل می کند.

·   رونویسی از ژن XIST  کروموزوم دیگر متوقف شده بنابراین صدها ژن موجود بر روی این کروموزوم قابل رونویسی هستند. عدم رونویسی از ژن XIST کروموزوم فعال ، بوسیله متیله شدن ناحیه تنظیمی این ژن صورت می گیرد. این متیلاسیون به طور دائمی بیان ژن XIST را متوقف نموده و بدین ترتیب سایر ژن های این کروموزوم توانایی بیان شدن را دارند.

به نظر می رسد غیر فعال شدن کروموزوم X در جنین ماده یک پدیده تصادفی باشد و از قبل مشخص نیست کروموزوم X پدری یا کروموزوم X مادری غیر فعال می شود.

برخی از ژنهای کروموزوم X غیر فعال نمی شوند

همان طور که قبلاً بیان شد تا کنون 18 ژن شناسایی شده است که هم در کروموزوم X و هم در کروموزوم Y وجود دارد بنابراین نیازی نیست این ژن ها به منظور ایجاد تعادل در کروموزوم X دوم خانم ها غیرفعال گردند . بنابراین تمام کروموزوم X دوم در خانم ها غیرفعال نمی شود اما جزئیات این مطلب و تعداد این ژن ها به درستی مشخص نیست.

ناهنجاری های کروموزوم X

همان طور که قبلاً اشاره شد گاهی افرادی با تعداد کروموزوم X غیر طبیعی ایجاد می شوند. بر خلاف اغلب موارد که انیوپلوئیدی کشنده است اثرات فنوتیپی انیوپلوئیدی کروموزوم X معمولاً شدید نیست .

به طور مثال:

1- افراد ماده ای که یک کروموزوم X دارند و به نام نشانگان ترنر معروفند اثرات فنوتیپی شدیدی ندارد زیرا به طور طبیعی نیز هر سلول ماده تنها یک کروموزوم X فعال دارد اما در سلول های این افراد جسم بار مشاهده نمی شود.

2- در افرادی با کاریوپیت های XXX و XXXX تغییرات فنوتیپی چندان شدید نیست زیرا در هر سلول همه کروموزوم های X اضافی غیرفعال هستند.

3- افرادی با کاریوتیپ های XXY یا XXXY نر هستند ( به خاطر کروموزوم Y) اما باز هم عوارض فنوتیپی وجود کروموزوم X اضافه شدید نیست زیرا همانند افراد ماده کروموزوم های X اضافه غیر فعال هستند و به جسم بار تبدیل می شوند.

تعیین جنسیت در سایر جانوران

اگر چه مگس سرکه نر XY است اما تعادل بین تعداد کروموزوم های X و Y منجر به تعیین جنسیت می شود به طور مثال XY نر و XXY ماده است.

 تعیین جنسیت محیطی

در برخی مهره داران خونسرد مانند برخی از ماهیان و برخی از خزندگان (برخی مارمولک ها و لاک پشت ها و تمام کروکودیل ها و تمساح ها) جنسیت پس از لقاح مشخص می شود بنابراین کروموزوم های جنسی موجود در زیگوت نقشی در تعیین جنسیت ندارند.

در برخی موارد (مثلاً تعدادی از لاک پشت ها و مارمولک ها) دمای بالاتر در طی انکوباسیون باعث ایجاد زاده های ماده و در موارد دیگر ( مثلاً در تمساح ها) دمای بالاتر باعث ایجاد زاده های نر می شود.

حتی در مواردی (مثلاً در مارمولک ها) که کروموزوم های جنسی نیز وجود دارد دمای بالاتر می تواند یک ژنوتیپ نر (ZZ) را به ماده تبدیل کند.

هرمافرودیت

هرمافرودیت ها هر دو اندام جنسی نر و ماده را دارند. بعضی گونه ماهی ها هرمافرودیت هستند. بعضی از آنها با یک جنس به وجود می آیند و سپس به دلیل تأثیرات محیطی به جنس دیگر تغییر می یابند.

سایر گونه ها همزمان بیضه و تخمدان دارند هر چند خود لقاحی به ندرت در آنها صورت می گیرد . ماهی های هرمافرودیت کروموزوم جنسی ندارند.