哺乳動物性別決定基因的研究進程

1、哺乳動物性別決定基因的研究進程12生物技術 鄭俊昌 學號：2012454116摘要： Sry在哺乳動物的性別決定中起主導作用，同時伴隨多個基因的參與調(diào)控。性別決定相關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基因的研究進展。關鍵詞：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性別決定機制的探討一直是生命科學研究中最具吸引力和最熱門的領域之一。對兩性生物而言，性別決定與分化是個體正常發(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。自古以來，關于性別決定的稀奇古怪的說法很多。隨著科學技術的發(fā)展，人們認識到雌性和雄性個體在形態(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，對性別決定機制的研究已經(jīng)形成了由遺傳學、發(fā)育生物學、分子生物學及進化等多學科交叉的前沿研究領域。性別發(fā)育是一個多基因調(diào)控的復雜的分化事件，是對兩套可輪換的遺傳程序之一的精確決定和執(zhí)行，而其分子機制及其多樣性使得性別決定機制的研究成為有關胚胎發(fā)育過程中分子調(diào)節(jié)開關如何起作用的一個豐富的信息源泉。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驗確立的；第二，Y染色體決定雄性，這條規(guī)律是在發(fā)現(xiàn)性逆轉病人的基礎上確立的。哺乳動物性別決定基因的鑒定主要也是來自于對性反轉動物的研究。事實

5、上經(jīng)過對性逆轉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)的一個新的候選基因SRY（Sex-determining region Y），同時在小鼠Y染色體相應區(qū)域找到了類似基因Sry（Gudday et al., 1990）。經(jīng)過SRY轉基因小鼠實驗及對SRY表達特征和保守性分析證實，SRY基因就是TDF（Gudday et al., 1990）。SRY基因具有高度進化保守性，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制等的研究提出了新的研究課題。到具有更低等的進化地位的動物中去尋找性別決定基因或其祖先基因，從進化途徑來闡明性別分化發(fā)育機制，是該領域研究的熱點前沿課題。 SRY基因的發(fā)現(xiàn)是哺乳動物性別決定這個研究領域的一項重大突破。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的突變也和性逆轉有關，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，突變可導致產(chǎn)生46XY性反轉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精子細胞發(fā)生DAZDeleted in Azooepermia精子細胞發(fā)生SOX-5SRY box gene 5精子細胞發(fā)生SOX-6SRY box gene 6精子細胞發(fā)生SOX-17SRY box gene 17精子細胞發(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HMG - box，與編碼HMGl , 2蛋白結構域高度同源，該區(qū)域在進化上高度保守。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，位于一個2. 8 kb的單一序列的延伸部分，側翼為一反向重復序列，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時表達達到高峰，至12. 5 d時表達處于低水平;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時達到高峰，至52 d時生殖細胞為支持細胞所包圍，而且該細胞核中SRY保持持續(xù)低水平表達狀態(tài)，表明SRY/Sry基因的表達時序

10、與TDF的表達時序作用相一致。 Sry在小鼠初始性嵴中的轉錄本是呈線性的，但在成體睪丸中因存在拼接供體與受體的位點，轉錄本成一環(huán)形RNA分子，且與多核糖體不相聯(lián)，尚無實驗證明該環(huán)狀RNA能翻譯，說明Sry在成體睪丸中可能無意義表達;成年人精巢雖能檢測到SRY轉錄本，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，且具有表達時間特異性。一般為SRY/Sry通過調(diào)控其他基因的表達來調(diào)控精巢的發(fā)育。SRY/Sry與DNA的結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結合。有實驗表明人類的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結合的同時能引導DNA的彎曲，形成DNA環(huán)，拉近啟動子和調(diào)節(jié)位點，使調(diào)節(jié)基因得以表達。以下證據(jù)進一步證明了SRY/Sry在哺乳動物性別決定中起主導作用:SRY含79個氨基酸的基序，具有DNA結合蛋白的特點，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染色體上可導致XX性反轉小鼠，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重要因子，該基因的突變將導致永久性牟勒管綜合征。 Amh基因的表達在Sry表達后迅速開始，是支持細胞中第一個可鑒別的產(chǎn)物。研究表明，Sry蛋白并不直接結合到Amh的調(diào)節(jié)元件上，而是通過間接方式誘導Ahm的表達，推測Sry和Amh之間應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的結合序列，sf1上與 Amh基因結合位點的突變將導致Amh基因的表達量減少，而Sox9上的結合位點突變則會使Amh

13、基因的表達量完全消失，說明Sox9或許是Amh基因的激活開關，一旦Amh基因被激活，則由胡蛋白和Wtl蛋白共同作用，促進Amh基因的表達，提高轉錄水平。,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，為一轉錄激活因子，位于常染色體上。人類Sox9含兩個內(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個體發(fā)育為男性，而大部分僅含一個有功能的Sox9的XY個體發(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，表達時間較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Amh中起關鍵性作用:SOX9蛋白與Amh啟動子結合，促進Amh基因的表達。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時序:在生殖嵴中，Sry首先啟動表達，隨后Sox9開始表達;Sox9繼續(xù)表達時，Sry的表達關閉。這一結果揭示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制目前并不明確，Graves認為人類性別決定中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，而在哺乳動物中的Sry可抑制ox3的表達而允許Sox9的表達，保證雄性性腺的正常發(fā)育;雌性個體因缺乏Sry而無法誘導Sox9的表達，故表現(xiàn)雌性發(fā)育途徑。5 ， Wtl

16、基因 Wt1基因抑制細胞分裂和分化，與精巢的形成有關。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結合結構域為4個Cys一Cys鋅指。該基因突變將導致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個體中引起完全或部分性反轉，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胞cDNA文庫的cDN

17、A極為相似。sf1具有明顯的DNA結合區(qū)和配體結合區(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的表達活性，Sfl也在足細胞中表達，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。胚胎早期足細胞轉染發(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，同時也發(fā)現(xiàn)對其他細胞系的sf1，Mis并沒有活性表達，早期足細胞內(nèi)或許含有Mi

18、s轉錄所依賴的sf1配體，配體和配體結合區(qū)相結合導致配體結合區(qū)脫離sf1，sf1激活表達促進Mis的轉錄。sf1也結合Dax 1基因的啟動子誘導其轉錄。,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)轉錄的負調(diào)節(jié)因子。研究表明，當人類X染色體某個部位突變加倍后，可引起XY個體向女性方向發(fā)育，這一突變部位的片段被稱為性逆轉基因( 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結合并調(diào)節(jié)其轉錄，一般情況下，SRY抑制Dax 1基因，但當Dax 1出現(xiàn)多余的活性拷貝時，可致SRY正常的XY個體發(fā)生性反轉為女性。在雄性小鼠中出現(xiàn)額外的Dax 1拷貝將導致性反轉:將攜帶Dax一1基因的DNA片段導入XY小鼠胚胎中，出現(xiàn)睪丸發(fā)育遲緩甚至性反轉，

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，同時通過核受體共抑制物抑制胡的轉錄激活。Dax 1與Sry二者產(chǎn)物可相互拮抗，Dax 1表達量的增加導致個體朝雌性方向發(fā)育，反之Sry表達量的增加會誘導個體發(fā)育為雄性。參考文獻：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均的檢側及其臨尿應用J.分子診斷與治療雜志，2013,s(3):161一1646江玲霞，李紀委，李美麗，等哺乳動物的性別決定相關基因的作用機理J生物技術通報，2009 , (1) : 40 -44L7曹慧慧，王昌留Sox基因家族特點及其功能J.魯東大學學報(

23、自然科學版),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動物科學與動物醫(yī)學，2003 ,20( 4) : 56 -589徐晉麟，徐沫哺乳動物性別決定和性反轉J.生物化學與生物物理進展，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胞和分子遺傳學研究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 分子機制研究進展J動物學研究，2004, zs (1) : 81- 8815付嬌，劉曉翌SRY, SOX9 , DAX一1基因與性反轉綜合征的研究進展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制 的研究LJ細胞生物學雜志，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的結構表達和應用J公共衛(wèi)生與預防醫(yī)學，2013,24(4) :67 -6819Meeks J J, Weiss J, Jameson J L. Daxl is