Y-kromoszomális nemmeghatározó fehérje

bélyegkép|A humán SRY gén az Y kromoszóma rövid karjának 11.2 sávján van. Az Y-kromoszomális nemmeghatározó fehérje (SRY) DNS-kötő protein (más néven génszabályozó fehérje/transzkripciós faktor), melyet az SRY gén kódol, és a hímivar meghatározója elevenszülőkben. Az SRY intronmentes nemmeghatározó gén az Y kromoszómán. Mutációi számos ivari fejlődési rendellenességet okoz, melyek fenotípusra és genotípusra gyakorolt hatásai eltérnek.

Az SRY a DNS-kötő fehérjék SOX (SRY-szerű box) családjába tartozik. A SF-1 fehérjével együtt az SRY transzkripciós faktorként működik, mely más transzkripciós faktorokat erősít, például a SOX9-et. Expressziója az elsődleges ivari szöveteket hozza létre, ezek később ondócsatornákká alakulnak. Ezek a még nem differenciált gonád központi részei, melyet herévé alakítanak. A már indukált Leydig-sejtek tesztoszteront kezdenek elválasztani, a Sertoli-sejtek anti-Müller hormont. Az SRY gén hatása a magzat kialakulása után 6-8 héttel jelentkezik, mely a női anatómiai szerkezeti növekedést akadályozza. Ezenkívül a másodlagos ivari jellegek kialakulásában is fontos.

Evolúciója és szabályzása

Evolúció Az SRY feltehetően az X-kromoszóma SOX3 génjének duplikációjával alakult ki. Ez a kloákások és az elevenszülő emlősök elválása után alakult ki. A kloákásokban nincs SRY, egyes ivari kromoszómáik a madarakéival homológok. Az SRY gyorsan fejlődő gén, szabályzását nehéz tanulmányozni, mivel az állatok közt nem állandó az ivarmeghatározás. Még a nemmeghatározáshoz az SRY gént használó elevenszülő emlősökben is eltér az SRY hatása fajonként. A génszekvencia is változik – míg a magja, a nagy mobilitású csoport (HMG box) fajok közt állandó, a gén többi része nem. Az SRY egyike a humán Y kromoszómán lévő 4 génnek, mely az eredeti Y kromoszómában megvolt. A többi gén az eredeti Y kromoszómával egyesült autoszóma révén jelent meg. Szabályzás Az SRY-nak nincs sok közös része más modellszervezetek ivarmeghatározó génjeivel, így az egereket használják fő modellszervezetnek a tanulmányozásához. Szabályzásának megértését nehezíti, hogy a szekvenciahasonlóság még emlősfajok közt is kicsi. Az egyetlen hasonló csoport egerekben és más emlősökben a DNS-kötésért felelős HMG box. Ennek mutációi ivarfordulást okoznak. A kis hasonlóság miatt az SRY promotere, szabályzóelemei és szabályzása se jól ismertek. Hasonló emlőscsoportokban az első 400-600 bázispárral (bp) a startkodon előtt található hasonló csoport. A humán SRY-promoter in vitro tanulmányai szerint egy legalább 310 bp-ral a startkodon előtti rsz szükséges az SRY-promoter működéséhez. Ezenkívül 3 transzkripciós faktor, a szteroidogén faktor 1 (SF1), a specificitásprotein 1 (Sp1) és a Wilms-tumorprotein 1 (WT1) humán promoterhez való kötődése befolyásolja az SRY expresszióját.

A promoternek két szabályzóhelyként működő Sp1-kötő helye van (-150 és -13). Az Sp1 GC-gazdag konszenzusszakaszokat kötő transzkripciós faktor, az SRY-kötőhelyek mutációja 90%-os géntranszkripció-csökkenést okoz. Az SF1 tanulmányai kevésbé egyértelmű eredményeket adtak. Az SF1 mutációija ivarfordulást, deléciója nem teljes ivarszervfejlődést okoz. Azonban nem ismert az SF1 közvetlen kölcsönhatásának módja az SR1 promoterrel. A promoternek van két WT1-kötő helye is a startkodon előtt 78 és 87 bp-ral. A WT1 egy 4 C-terminális cinkujjal és egy N-terminális Pro/Glu-gazdag résszel rendelkező transzkripciós faktor, és elsősorban aktivátorként működik. A cinkujjak mutációj vagy a WT1 inaktivációja kisebb férfinemiszerv-méretet okoz. A gén deléciója teljes ivarfordulást okoz. Nem ismert a WT1 SRY-erősítő működésének módja, de egyes kutatások szerint segíti az üzenetfeldolgozás stabilizálását. Azonban e hipotézis kérdéseket vet fel, mivel a WT1 felel a férfi ivari fejlődést gátló DAX1 (dózisszenzitív ivarfordulás, adrenalishypoplasia-kritikus régió, X kromoszóma, 1. gén) transzkripciójáért is. A DAX1 további másolata egerekben ivarfordulást okoz. Nem ismert a DAX1 működése, és számos eltérő útvonalat javasoltak, például az SRY transzkripciós destabilizációját és az RNS-kötést. A DAX1 az SF1 működésével való interferenciával akadályozza a férfi ivar fejlődését, korepresszorokkal az SRY transzkripcióját.

Ezenkívül a GATA-kötő protein 4 (GATA4) és a FOG2 az SRY-t annak promoterével való asszociációjával aktiválja. Ezek SRY-transzkripciót szabályzó módja nem ismert, de a FOG2- és GATA4-mutánsok SRY-transzkripciója jelentősen kisebb. A FOG-oknak DNS-kötő cinkujjmotívumaik vannak, de nem ismert a FOG2 és az SRY közti kölcsönhatás. Tanulmányok szerint a FOG2 és a GATA4 aktivációokozó nukleoszóma-újramodellező fehérjékkel asszociálnak. Működés Gestatio során az urogenitalis üregnél lévő elsődleges gonádsejtek bipotensek – átalakulhatnak férfi (Sertoli- és Leydig-) vagy női (follikulusz- és theca-) sejtekké is. Az SRY a heredifferenciációt indítja el férfispecifikus transzkripciós faktorok átalakításával, ezek lehetővé teszik e bipotens sejtek differenciációját és proliferációját. Az SRY ezt a hozzá hasonló DNS-kötő hellyel rendelkező SOX9 erősítésével éri el. A SOX9 a fibroblaszt-növekedési faktor 9 (Fgf9) erősítéséhez vezet, mely tovább erősíti a SOX9-et. A megfelelő SOX9-szintek elérése után a bipotens sejtek Sertoli-sejtekké alakulnak, az SRY-t expresszálók pedig tovább proliferálódnak, létrehozva az elsődleges herét. Ez alkotja az alapvető eseménysorozatot, de az ivari differenciációt több tényező is befolyásolja. Hatása a sejtmagban Az SRY fehérje 3 fő régióból áll. A központi tartalmazza a HMG domént, mely magi lokalizációs szekvenciákat tartalmaz, és DNS-kötő fehérjeként működik. A C-terminális doménben nincs állandó szekvencia, az N-terminális foszforilálható, elősegítve a DNS-kötést. A folyamat az SRY magi lokalizációjával indul a magi lokalizációs szignálrégiók acetilezésével, mely lehetővé teszi az importin β és a kalmodulin SRY-hoz való kötését, megkönnyítve a magba jutását. Ezután az SRY és az SF1 komplexet alkotnak, és a TESCO-hoz (herespecifikus Sox9-mag-erősítő) kötődnek, mely a Sox9 gén Sertoli-sejt-prekurzorokban lévő herespecifikus erősítője, mely a Sox9 gén transzkripciójának kezdeti helye előtt található. Pontosabban az SRY HMG régiója kapcsolódik a DNS-célszekvencia kis üregéhez, a DNS hajlását és lazulását okozva. E DNS-alakzat létrejötte könnyíti a Sox9 gén transzkripcióját. A Sertoli-sejtek magjában a SOX9 közvetlenül célozza az Amh és a prosztaglandin-D-szintáz (Ptgds) génjeit. Az Amh-promoterhez közeli erősítőhöz kötődő Sox9 az Amh-, a Ptgds-génhez kapcsolódó a prosztaglandin D2 (PGD2)-szintézist teszi lehetővé. A SOX9 magba való visszatérését könnyítik a PGD2 által vezérelt auto- vagy parakrin jelzések. A SOX9 ezután pozitív visszacsatolási ciklust indít el, melyben a SOX9 a saját transzkripciós faktoraként működik, nagy mennyiségű SOX9-szintézist okozva. A SOX9 és a heredifferenciáció Az SF-1 fehérje önmagában a SOX9 génnek kis mértékű transzkripcióját okozza XX és XY bipotens gonádsejtekben egyaránt. Azonban az SRY-SF1 komplex TESCO-hoz való kapcsolódása a SOX9-en nagymértékű génerősítést csak az XY gonádban okoz, míg az XX gonádban csekély marad a transzkripció. Ezt részben maga a SOX9 okozza pozitív visszacsatolással – ez az SRY-hoz hasonlóan komplexet alkot az SF1-gyel, és a TESCO-hoz kapcsolódik, az XY-gonádban további SOX9-expressziót okozva. További 2 fehérje, az FGF9 (fibroblaszt-növekedési faktor 9) és a PGD2 (prosztaglandin D2) ezt fenntartják. Bár ezek útvonalai nem teljesen ismertek, ezek fontosak a herékhez fontos folyamatos SOX9-expresszióhoz.

A SOX9 és az SRY feltehetően fontosak a gonádok támasztósejt-prekurzorainak Sertoli-sejtekké alakulásában, amely a herefejlődés kezdete. A kezdeti Sertoli-sejtek a gonád közepén feltehetően a fejlődő gonádon végighaladó FGF9-hullám kezdetei, mely további Sertoli-sejt-differenciációt okoz a SOX9 erősítése révén. A SOX9 és az SRY feltehetően ezenkívül a herefejlődés számos késpbbi lépésében (például a Leydig-sejtek kialakulásában, az elsődleges ivari szövetek kialakulásában és a herespecifikus erek kialakulásában) is fontosak, de ennek mechanizmusai ismeretlenek. Ismert azonban, hogy a SOX9 PGD2 jelenlétében közvetlenül hat az anti-Müller-hormont kódoló Amh-ra, és képes XX-gonádokban is herék előállítását indukálni, ami a herefejlődésben való fontosságát mutatja.

Az SRY-rendellenességek hatása a nemre Az embriók gonádjai azonosak genetikai nemtől függetlenül, a fejlődés egy pontjáig, amikor az Y-kromoszomális nemmeghatározó fehérje férfi nemi szervek fejlődését okozza. A férfi kariotípus XY, a női XX. Vannak kivételek, ahol az SRY fontos szerepet játszik. A Klinefelter-szindróma egy normál Y és két X kromoszóma jelenlétét jelenti, XXY kariotípust adva. Ezen emberek férfinak tekinthetők. Az atipikus genetikai rekombináció egy hímivarsejt fejlődésekor a fenotípusnak nem megfelelő kariotípusokat eredményezhet.

Általában a meiózis során bekövetkező átkereszteződéskor az SRY gén az Y kromoszómán marad. Ha az SRY gén az X kromoszómára kerül, nem történik herefejlődés. Ez a Swyer-szindróma, mely XY kariotípus melletti női fenotípust jelent. Erre normálisan kialakult méhek és petevezetékek jellemzőek, de a gonádok nem működnek. A Swyer-szindrómásokra így általában nőként tekintenek, és eszerint nevelik. XX-férfi-szindróma akkor történik, ha női kromoszómák vannak jelen, de ezek egyikén megtalálható transzlokáció miatt az SRY. Ez női kariotípus melletti férfi fenotípust jelent, és késői pubertást, terméketlenséget és a másik nemre jellemző növekedési jellemzőket okoz. Az XX-férfi-szindrómában érintettek esetén mellek, a Swyer-szindrómában érintettek esetén arcszőrzet alakulhat ki. RendellenességJellemzőkKlinefelter-szindrómaNormál Y és 2 X kromoszóma öröklése: a kariotípus XXY. Az ezzel rendelkezőket férfinak tekintik.Swyer-szindrómaAz SRY gén az X kromoszómára kerül ahelyett, hogy az Y-on maradna, így nem történik herefejlődés. XY kariotípusú nőknek tekinthetők az ezzel rendelkezők. Normálisan kialakult méhekkel és petevezetékekkel rendelkeznek, de nem működnek az ivarszervek.XX-férfi-szindrómaNői kromoszómákkal rendelkező kariotípus, azonban egy transzlokáció miatt az egyikhez kerül az SRY gén. Női genotípusúak, de férfi fenotípusúak az ezzel rendelkezők. Míg az SRY jelenléte vagy hiánya általában meghatározza, hogy történik-e herefejlődés, feltehetően vannak más tényezők is, melyek befolyásolják az SRY működését. Így előfordulhatnak az SRY génnel rendelkező nőként fejlődő emberek vagy a gén hiányossága vagy mutációja, vagy az egyik közreműködő tényező hiányossága miatt. Ez történhet XY, XXY vagy SRY-pozitív XX kariotípus esetén is.

Ezenkívül további SRY-n alapuló nemmeghatározó rendszerek azok, melyek az SRY jelenlétén vagy hiányán alapulónál későbbiek. Normál rendszerben, ha az SRY jelen van (XY), az a medullát a gonádok herékké fejlesztésében aktiválja. Ekkor tesztoszteron keletkezik, elindítva a többi férfi nemi jellemzők fejlődését. Ha nincs jelen SRY (XX), az Y kromoszóma hiánya miatt nincs jelen SRY. Az SRY hiánya lehetővé teszi az embrió gonádjainak kérge számára a petefészkekké fejlődést, melyek ösztrogént állítanak elő, a többi női nemi jellemző kialakulását okozva.

Szerepe más betegségekben