Sistema de determinación del sexo XY

En la mayoría de los mamíferos, el sexo cariotípico está determinado por la presencia del cromosoma Y. Esto hace que los individuos con cariotipo XXY y XYY sean varones, y los individuos con cariotipo X y XXX sean mujeres. ^{[ 1 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

En la década de 1930, Alfred Jost determinó que la presencia de testosterona era necesaria para el desarrollo del conducto de Wolff en el conejo macho. ^{[ 13 ]}

SRY es un gen determinante del sexo en el cromosoma Y en los terios (mamíferos placentarios y marsupiales). ^{[ 14 ]} Los mamíferos no humanos utilizan varios genes en el cromosoma Y.

No todos los genes específicos de los machos se encuentran en el cromosoma Y. El ornitorrinco , un monotrema , utiliza cinco pares de cromosomas XY diferentes con seis grupos de genes ligados al sexo masculino, siendo AMH el interruptor principal. ^{[ 15 ]}

Humanos

Un único gen ( SRY ) presente en el cromosoma Y actúa como una señal para desencadenar el desarrollo fenotípico masculino. La presencia de este gen inicia el proceso de virilización . Este y otros factores dan como resultado las diferencias sexuales en los humanos . ^{[ 16 ]} En individuos con dos cromosomas X, las células sufren inactivación del cromosoma X , en la que uno de los dos cromosomas X se inactiva. El cromosoma X inactivado permanece dentro de una célula como un corpúsculo de Barr .

Algunas especies de tortugas han desarrollado convergentemente sistemas de determinación del sexo XY, específicamente las de Chelidae y Staurotypinae . ^{[ 17 ]}

Otras especies (incluidas la mayoría de las especies de Drosophila ) utilizan la presencia de dos cromosomas X para determinar el sexo femenino: un cromosoma X da lugar a un presunto sexo masculino, pero la presencia de genes del cromosoma Y es necesaria para el desarrollo masculino normal. En la mosca de la fruta, los individuos con XY son machos y los individuos con XX son hembras; sin embargo, los individuos con XXY o XXX también pueden ser hembras, y los individuos con X pueden ser machos. ^{[ 18 ]}

Si bien la determinación del sexo XY es la más conocida, ya que es el sistema que utilizan los humanos, existen diversos sistemas alternativos en la naturaleza. El sistema inverso al XY (denominado ZW para distinguirlo) se utiliza en aves y muchos insectos, donde las hembras son heterogaméticas (ZW), mientras que los machos son homogaméticos (ZZ). ^{[ 25 ]}

Muchos insectos del orden Hymenoptera tienen un sistema haplo-diploide , donde las hembras son diploides completas (con todos los cromosomas en pares) pero los machos son haploides (con una sola copia de todos los cromosomas). Otros insectos tienen el sistema de determinación del sexo X0 , donde solo el cromosoma determinante del sexo varía en ploidía (XX en hembras pero X en machos), mientras que todos los demás cromosomas aparecen en pares en ambos sexos. ^{[ 26 ]}

En una entrevista para el sitio web Rediscovering Biology , ^{[ 27 ]} el investigador Eric Vilain describió cómo cambió el paradigma desde el descubrimiento del gen SRY:

Durante mucho tiempo pensamos que SRY activaría una cascada de genes masculinos. Sin embargo, resulta que la vía de determinación del sexo es probablemente más compleja y que SRY podría, de hecho, inhibir algunos genes antimascullinos.

La idea es que, en lugar de tener un mecanismo simplista en el que los genes pro-masculinos lleguen hasta el final para producir un varón, en realidad existe un equilibrio sólido entre los genes pro-masculinos y los genes anti-masculinos, y si hay un poco de exceso de genes anti-masculinos, puede nacer una hembra, y si hay un poco de exceso de genes pro-masculinos, nacerá un varón.

Estamos entrando en una nueva era de la biología molecular de la determinación del sexo, donde se trata de una dosificación más sutil de genes, algunos pro-masculinos, algunos pro-femeninos, algunos anti-masculinos, algunos anti-femeninos, que interactúan entre sí en lugar de una simple vía lineal de genes que van uno tras otro, lo que lo hace muy fascinante pero muy complicado de estudiar.

En una entrevista realizada por Scientific American en 2007, se le preguntó a Vilian: "Parece que está describiendo un cambio de la visión predominante de que el desarrollo femenino es una vía molecular predeterminada a vías activas pro-masculinas y anti-masculinas. ¿Existen también vías pro-femeninas y anti-femeninas?" ^{[ 28 ]} Él respondió:

La determinación moderna del sexo comenzó a finales de la década de 1940, en 1947, cuando el fisiólogo francés Alfred Jost afirmó que el testículo es el determinante del sexo. La presencia de testículos determina el sexo masculino, mientras que su ausencia determina el sexo femenino. El ovario no determina el sexo, ya que no influye en el desarrollo de los genitales externos. En 1959, con el descubrimiento del cariotipo de los síndromes de Klinefelter (un varón con cariotipo XXY) y Turner (una mujer con un cromosoma X), quedó claro que en los seres humanos la presencia o ausencia del cromosoma Y determina el sexo. Esto se debe a que todos los individuos con síndrome de Klinefelter que poseen un cromosoma Y son varones, mientras que los individuos con síndrome de Turner, que carecen de él, son mujeres. Así que no se trata de una dosis o del número de X, sino de la presencia o ausencia de Y. Si combinamos estos dos paradigmas, obtenemos una base molecular que probablemente sea un factor, un gen, que determina el desarrollo testicular, y ese es el gen determinante del sexo. Por lo tanto, el campo de investigación se centra en la búsqueda de factores determinantes del desarrollo testicular. Sin embargo, lo que descubrimos no fueron solo factores que favorecen la determinación testicular. Existen varios factores, como WNT4 y DAX1, cuya función es contrarrestar la vía masculina.

En los mamíferos, incluidos los humanos, el gen SRY desencadena el desarrollo de gónadas no diferenciadas en testículos en lugar de ovarios . Sin embargo, existen casos en los que los testículos pueden desarrollarse en ausencia del gen SRY (véase reversión sexual ). En estos casos, el gen SOX9 , implicado en el desarrollo de los testículos, puede inducir su desarrollo sin la ayuda de SRY. En ausencia de SRY y SOX9, no se desarrollan testículos y el camino está libre para el desarrollo de ovarios. Aun así, la ausencia del gen SRY o el silenciamiento del gen SOX9 no son suficientes para desencadenar la diferenciación sexual de un feto hacia el sexo femenino. Un hallazgo reciente sugiere que el desarrollo y mantenimiento de los ovarios es un proceso activo, ^{[ 29 ]} regulado por la expresión de un gen "profemenino", FOXL2 . En una entrevista ^{[ 30 ]} para la edición en línea del Times , la coautora del estudio, Robin Lovell-Badge, explicó la importancia del descubrimiento:

Damos por sentado que conservamos el sexo con el que nacemos, incluyendo si tenemos testículos u ovarios. Pero este estudio demuestra que la actividad de un solo gen, FOXL2, es lo único que impide que las células ováricas adultas se transformen en células testiculares.

En los seres humanos y en muchas otras especies animales, el padre determina el sexo del hijo. En el sistema de determinación sexual XY, el óvulo aportado por la hembra un cromosoma X y el espermatozoide aportado por el macho un cromosoma X o un cromosoma Y, dando como resultado descendencia femenina (XX) o masculina (XY), respectivamente.

Los niveles hormonales en el progenitor masculino afectan la proporción de sexos de los espermatozoides en los humanos. ^{[ 32 ]} Las influencias maternas también afectan qué espermatozoides tienen más probabilidades de lograr la concepción .

Los óvulos humanos, al igual que los de otros mamíferos, están cubiertos por una gruesa capa translúcida llamada zona pelúcida , que el espermatozoide debe penetrar para fecundar el óvulo. Si bien antes se consideraba simplemente un impedimento para la fecundación , investigaciones recientes indican que la zona pelúcida podría funcionar como un sofisticado sistema de seguridad biológica que controla químicamente la entrada del espermatozoide en el óvulo y protege al óvulo fecundado de espermatozoides adicionales. ^{[ 33 ]}

Investigaciones recientes indican que los óvulos humanos pueden producir una sustancia química que parece atraer a los espermatozoides e influir en su movimiento natatorio. Sin embargo, no todos los espermatozoides se ven afectados positivamente; algunos parecen permanecer inalterados y otros incluso se alejan del óvulo. ^{[ 34 ]}

También es posible que existan influencias maternas que afecten la determinación del sexo de tal manera que se produzcan gemelos dicigóticos con igual proporción entre un varón y una mujer. ^{[ 35 ]}

Se ha descubierto que el momento en que ocurre la inseminación durante el ciclo estral afecta la proporción de sexos de la descendencia de humanos, ganado vacuno, hámsteres y otros mamíferos. ^{[ 32 ]} Las condiciones hormonales y de pH dentro del tracto reproductivo femenino varían con el tiempo, y esto afecta la proporción de sexos de los espermatozoides que llegan al óvulo. ^{[ 32 ]}

También se produce mortalidad de embriones específica del sexo. ^{[ 32 ]}

Aristóteles creía erróneamente que el sexo de un bebé está determinado por la temperatura que alcanzó el esperma del hombre durante la inseminación. Escribió:

... el semen del macho se diferencia de la secreción femenina correspondiente en que contiene un principio que induce movimientos en el embrión y prepara el alimento definitivo, mientras que la secreción femenina solo contiene materia. Por lo tanto, si el elemento masculino predomina, atrae al femenino; pero si es vencido, se transforma en lo opuesto o se destruye.

Aristóteles afirmó erróneamente que el principio masculino era el motor de la determinación del sexo, ^{[ 36 ]} de tal manera que si el principio masculino no se expresaba suficientemente durante la reproducción, el feto se desarrollaría como hembra.

Nettie Stevens (que trabajaba con escarabajos) y Edmund Beecher Wilson (que trabajaba con hemípteros ) son reconocidos por descubrir independientemente, en 1905, el sistema de determinación sexual cromosómico XY en insectos: el hecho de que los machos tienen cromosomas sexuales XY y las hembras tienen cromosomas sexuales XX. ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]} A principios de la década de 1920, Theophilus Painter demostró que el sexo en humanos (y otros mamíferos) también estaba determinado por los cromosomas X e Y, y que los cromosomas que realizan esta determinación son portados por los espermatozoides. ^{[ 40 ]}

Las primeras pistas sobre la existencia de un factor que determina el desarrollo de los testículos en los mamíferos provinieron de experimentos realizados por Alfred Jost , ^{[ 41 ]} quien castró conejos embrionarios en el útero y notó que todos adquirieron un fenotipo femenino . ^{[ 42 ]}

En 1959, CE Ford y su equipo, a raíz de los experimentos de Jost, descubrieron ^{[ 43 ]} que el cromosoma Y era necesario para que un feto se desarrollara como varón cuando examinaron a pacientes con síndrome de Turner , que crecieron como mujeres fenotípicas, y encontraron que eran X0 ( hemicigotas para X y sin Y). Al mismo tiempo, Jacob y Strong describieron un caso de un paciente con síndrome de Klinefelter (XXY), ^{[ 44 ]} lo que implicaba la presencia de un cromosoma Y en el desarrollo de la masculinidad. ^{[ 45 ]}

Todas estas observaciones llevaron al consenso de que debe existir un gen dominante que determine el desarrollo testicular ( TDF ) en el cromosoma Y humano. ^{[ 45 ]} La búsqueda de este factor determinante testicular (TDF) llevó al equipo de científicos de Peter Goodfellow ^{[ 46 ]} a descubrir en 1990 una región del cromosoma Y necesaria para la determinación del sexo masculino, que se denominó SRY (región determinante del sexo del cromosoma Y). ^{[ 45 ]}