7.6: Cromosomas sexuales
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El Cromosoma Y
Al hacer espermatozoides por meiosis, los cromosomas X e Y deben separarse en anafase tal como lo hacen los autosomas homólogos. Esto ocurre sin problema porque, al igual que los autosomas homólogos, la sinapsis de los cromosomas X e Y durante la profase de la meiosis I. Hay una pequeña región de homología compartida por los cromosomas X e Y y la sinapsis ocurre en esa región.
Esta imagen, muestra la sinapsis de los cromosomas X e Y de un ratón durante la profase de meiosis I. El cruce ocurre en dos regiones de emparejamiento, llamadas regiones pseudoautosómicas. Estos se localizan en extremos opuestos del cromosoma.
Las Regiones Pseudoautosómicas
Las regiones pseudoautosómicas reciben su nombre porque cualquier gen localizado dentro de ellas (hasta ahora solo se han encontrado 9) se hereda igual que cualquier gen autosómico. Los machos tienen dos copias de estos genes: una en la región pseudoautosómica de su Y, la otra en la porción correspondiente de su cromosoma X. Entonces los machos pueden heredar un alelo originalmente presente en el cromosoma X de su padre y las hembras pueden heredar un alelo originalmente presente en el cromosoma Y de su padre.
Genes fuera de las regiones pseudoautosómicas
Aunque el 95% del cromosoma Y se encuentra entre las regiones pseudoautosómicas, aquí solo se han encontrado 27 genes funcionales diferentes. Más de la mitad de esta región es heterocromatina genéticamente estéril. De los 27 genes que se encuentran en la eucromatina, algunos codifican proteínas utilizadas por todas las células. Los otros codifican proteínas que parecen funcionar sólo en los testículos. Un jugador clave en este último grupo es el SRY.
SRY
SRY (para la región Y ex determinante) es un gen localizado en el brazo corto (p) justo fuera de la región pseudoautosómica. Es el interruptor maestro el que desencadena los eventos que convierten al embrión en un macho. Sin este gen, se obtiene una hembra en su lugar.
¿Cuál es la evidencia?
- En muy raras ocasiones los humanos aneuploides nacen con cariotipos como XXY, XXXY e incluso XXXXY. A pesar de sus cromosomas X extra, todos estos casos son masculinos.
- Esta imagen muestra dos ratones con un cariotipo XX (y así deberían ser hembras). Sin embargo, como es posible que puedas ver, tienen un fenotipo masculino. Esto se debe a que son transgénicos para SRY. A los óvulos XX fertilizados se les inyectó ADN portador del gen SRY.
Aunque estos ratones tienen testículos, hormonas sexuales masculinas y comportamiento de apareamiento normal, son estériles.
- Otra rareza: XX humanos con tejido testicular porque una translocación ha colocado el gen SRY en uno de los cromosomas X
- Otra rareza más que demuestra el caso: las mujeres con un cariotipo XY que, a pesar de su cromosoma Y, son femeninas por una mutación destructiva en SRY.
En 1996, se utilizó una prueba basada en una sonda molecular para SRY para asegurar que las posibles competidoras para los eventos olímpicos femeninos en Atlanta no tuvieran gen SRY. Pero por posibilidades como esa en el caso 4, esta prueba ya no se usa para proyectar a atletas olímpicas femeninas.
El cromosoma X
El cromosoma X lleva cerca de mil genes pero pocos, si los hay, tienen algo que ver directamente con el sexo. Sin embargo, la herencia de estos genes sigue reglas especiales. Estos surgen porque:
- los machos solo tienen un solo cromosoma X
- casi todos los genes en la X no tienen contraparte en la Y; así
- cualquier gen en la X, aunque sea recesivo en las hembras, se expresará en los machos.
Los genes heredados de esta manera se describen como vinculados al sexo o, más precisamente, ligados al X.
Ejemplo de varillaje X
La hemofilia es un trastorno de coagulación sanguínea causado por un gen mutante que codifica
- factor VIII de coagulación, causante de hemofilia A o
- factor IX de coagulación, causante de hemofilia B.
Ambos genes están localizados en el cromosoma X (aquí se muestra en rojo). Con un solo cromosoma X, los varones que heredan el gen defectuoso (siempre de su madre) no podrán producir el factor de coagulación y padecerán episodios de sangrado difíciles de controlar. En hembras heterocigóticas, la copia no mutada del gen proporcionará todo el factor de coagulación que necesitan. A las hembras heterocigóticas se les llama “portadoras” porque aunque no presentan síntomas, pasan el gen a aproximadamente la mitad de sus hijos, que desarrollan la enfermedad, y a la mitad de sus hijas, que también se convierten en portadoras.
| X | Y | |
|---|---|---|
| X | XX | XY |
| X h | X h X | X h Y |
Las mujeres rara vez sufren de hemofilia porque para hacerlo tendrían que heredar un gen defectuoso tanto de su padre como de su madre. Hasta hace poco, pocos hemofílicos se convirtieron en padres.
Inactivación del cromosoma X (XCI)
Las hembras humanas heredan dos copias de cada gen del cromosoma X, mientras que los machos heredan solo una (con algunas excepciones: los 9 genes pseudoautosómicos y el pequeño número de genes “domésticos” que se encuentran en la Y). Pero para los cientos de otros genes en la X, ¿los machos están en desventaja en la cantidad de producto génico que producen sus células? La respuesta es no, porque las hembras solo tienen un único cromosoma X activo en cada célula.
Durante la interfase, los cromosomas son demasiado tenues para ser teñidos y vistos por microscopía óptica. Sin embargo, una estructura densa y manchable, llamada cuerpo Barr (después de su descubridor) se ve en los núcleos interfásicos de mamíferos hembra. El cuerpo Barr es uno de los cromosomas X. Su aspecto compacto refleja su inactividad. Entonces, las células de las hembras solo tienen una copia funcional de cada gen ligado al X, lo mismo que los machos.
La inactivación del cromosoma X ocurre temprano en el desarrollo embrionario. En una célula dada, cuál de los cromosomas X de una hembra se inactiva y se convierte en un cuerpo Barr es cuestión de azar (excepto en marsupiales como el canguro, donde siempre es el cromosoma X del padre el que se inactiva). Después de que se haya producido la inactivación, todos los descendientes de esa célula tendrán el mismo cromosoma inactivado. Así, la inactivación del cromosoma X crea clones con diferente contenido de genes efectivos. Un organismo cuyas células varían en contenido génico efectivo y por lo tanto en la expresión de un rasgo, se denomina mosaico genético.
Mecanismo de inactivación del cromosoma X
La inactivación de un cromosoma X requiere un gen en ese cromosoma llamado XIST.
- XIST se transcribe en un ARN largo no codificante.
- El ARN XIST se acumula a lo largo del cromosoma X que contiene el gen XIST activo y procede a inactivar todos (o casi todos) los cientos de otros genes en ese cromosoma.
- Los cuerpos Barr son cromosomas X inactivos “pintados” con ARN XIST.
La Secuencia de Eventos en Ratones
- Durante las primeras divisiones celulares del cigoto de ratón hembra, el locus XIST en el cromosoma X del padre se expresa por lo que la mayoría de sus genes ligados a X son silenciosos.
- Para cuando se haya formado el blastocisto, el silenciamiento del cromosoma X paterno aún continúa en el trofoblasto (que continuará formando la placenta) pero
- en la masa celular interna (la ICM, que pasará a formar el embrión) la transcripción de XIST cesa en el cromosoma X paterno permitiendo que se expresen sus cientos de otros genes. El cierre del locus XIST se realiza mediante la metilación de secuencias reguladoras de XIST. Entonces las células madre pluripotentes de la ICM expresan ambos cromosomas X.
- Sin embargo, a medida que avanza el desarrollo embrionario, la inactivación del cromosoma X comienza de nuevo. Pero esta vez es completamente al azar. No se predice si será la X materna o la X paterna la que se inactiva en una celda dada.
Algunos genes en el cromosoma X escapan a la inactivación
¿Y esos 18 genes que se encuentran tanto en la Y como en la X? No debe haber necesidad de que las hembras inactiven una copia de estos para mantenerse en equilibrio con la situación en los machos. Y, como resulta, estos genes escapan a la inactivación en las hembras. Apenas cómo manejan esto todavía está bajo investigación.
Anomalías del cromosoma
Como vimos anteriormente, a veces se encuentran personas con números anormales de cromosomas X. A diferencia de la mayoría de los casos de aneuploidía, que son letales, los efectos fenotípicos de la aneuploidía del cromosoma X generalmente no son graves.
Ejemplos:
- Las hembras con un solo cromosoma X intacto (generalmente el que obtuvo de su madre) en algunas (por lo tanto un mosaico genético) o todas sus células muestran una constelación variable de rasgos fenotípicos llamados síndrome de Turner. Para aquellas niñas que sobreviven hasta el nacimiento, los efectos fenotípicos son generalmente leves porque cada célula tiene un solo cromosoma X funcional como los de XX hembras. Número de cuerpos Barr = cero.
- Cariotipos XXX, XXXX, XXXXX: todas las hembras con efectos fenotípicos leves porque en cada célula se inactivan todos los cromosomas X extra. Número de cuerpos Barr = número de cromosomas X menos uno.
- Síndrome de Klinefelter: las personas con cariotipos XXY o XXXY son varones (por su cromosoma Y). Pero nuevamente, los efectos fenotípicos de los cromosomas X extra son leves porque, al igual que en las hembras, los Xs extra son inactivados y convertidos en cuerpos Barr.
Determinación del sexo en otros animales
Si bien la mosca macho de la fruta, Drosophila melanogaster, es X-Y, el cromosoma Y no dicta su masculinidad sino la ausencia de una segunda X. Además, en lugar de que las hembras cierren una X para equilibrar la X única de los machos —como nosotros—, las moscas macho duplican la producción de su única X relativo a la de las hembras.
En aves, polillas, esquistosomas y algunas lagartijas, el macho tiene dos cromosomas iguales (denominados ZZ), mientras que la hembra tiene cromosomas “heterogaméticos” (designados Z y W). En pollos, un solo gen en el cromosoma Z (denominado DMRT1), cuando está presente en una dosis doble (ZZ), produce machos mientras que la presencia de una sola copia del gen produce hembras (ZW).
Determinación Ambiental del Sexo
En algunos vertebrados de sangre fría como
- peces
- reptiles (por ejemplo, ciertas serpientes, lagartos, tortugas y todos los cocodrilos y caimanes)
- invertebrados (por ejemplo, ciertos crustáceos),
el sexo se determina después de la fecundación — no por cromosomas sexuales depositados en el óvulo.
La elección suele estar determinada por la temperatura a la que se produce el desarrollo embrionario temprano.
- En algunos casos (por ejemplo, muchas tortugas y lagartos), una temperatura más alta durante la incubación favorece la producción de hembras.
- En otros casos (por ejemplo, caimanes), una temperatura más alta favorece la producción de machos.
Incluso en los casos (por ejemplo, algunas lagartijas) donde hay cromosomas sexuales, una temperatura alta puede convertir a un macho genotípico (ZZ) en una hembra.
Hermafroditas
Los hermafroditas tienen órganos sexuales tanto masculinos como femeninos. Muchas especies de peces son hermafroditas.
Algunos comienzan como un sexo y luego, en respuesta a estímulos en su entorno, cambian al otro.
Otras especies tienen tanto testículos como ovarios al mismo tiempo (pero rara vez se fertilizan ellos mismos). Sin embargo, las poblaciones de C. elegans consisten principalmente en hermafroditas y estos solo se fertilizan ellos mismos.
Los peces hermafroditas no tienen cromosomas sexuales.