1 / 68

Лекция 8 (А. П. Перевозчиков) ЭВОЛЮЦИЯ Д ЕТЕРМИНАЦИ И ПОЛА У ЖИВОТНЫХ

Лекция 8 (А. П. Перевозчиков) ЭВОЛЮЦИЯ Д ЕТЕРМИНАЦИ И ПОЛА У ЖИВОТНЫХ. Регуляция пола может осуществляться у животных различным образом благодаря генетическим факторам ( GSD) или (и) факторам внешней среды (TSD) .

linus
Télécharger la présentation

Лекция 8 (А. П. Перевозчиков) ЭВОЛЮЦИЯ Д ЕТЕРМИНАЦИ И ПОЛА У ЖИВОТНЫХ

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Лекция 8 (А. П. Перевозчиков)ЭВОЛЮЦИЯ ДЕТЕРМИНАЦИИ ПОЛА У ЖИВОТНЫХ

  2. Регуляция пола может осуществляться у животных различным образом благодаря генетическим факторам (GSD) или (и) факторам внешней среды (TSD)

  3. Зависящее от температуры (инкубации яиц) определение пола у трех представителей класса пресмыкающихся:грифовая (Macroclemis) и красноухая (Trachemys) черепахи и аллигатор.

  4. Пути эволюции механизмов определения пола у животных • Молекулярные механизмы детерминации пола, в виде сигнальных цепочек, контролируемых определенными генами • Формирование половых хромосом, для которых вырабатываются блоки рекомбинации • Факторы внешней среды, влияющие на тип пола • Появление специфичных половых гормонов

  5. Молекулярные механизмы детерминации пола, в виде сигнальных цепочек, контролируемых определенными генами

  6. Изначально, представления о детерминации пола было связано исключительно с хромосомамиХромосомная детерминация пола у DrosophilaОсоби генотипа XX -самки и генотипа XY -самцы. В случае генотипа X0 -также образуются самцы, но стерильные У дрозофилы (и у многих других насекомых) нет гормонального контроля формообразования пола. Пол определяется соотношением числа X-хромосом к числу наборов аутосом - X:A. В случае X:A =1 -пол женский, в случае X:A = 0, 5 -пол мужской..Балансовая гипотеза определения пола К. Бриджеса.

  7. Схематическое представление генетической программы детерминации пола Drosophila, определяемое соотношением X:A. Детерминация пола по мужскому или женскому типу определяется по цепочке генов: sex-lethal, transformer, doublesex, последовательно регулирующих друг друга путём альтернативного сплайсинга. Формирующийся в конечном счёте фактор транскрипции doublesex существует в виде двух вариантов - dsxF(самки) dsxM (самца), что и определяет будущий пол.

  8. Гены нумераторы (числителя), локализованные на X-хромосоме, кодируют факторы транскрипции sisterless-a, sisterless-b=scute (sis-a,sis-b), runt (runt), активирующие транскрипцию гена sxl с проксимального промотора. Гены деноминаторы (знаменателя), локализованные на аутосомах, кодируют факторы транскрипции deadpan (dpn), daughterless (da), extramacrohaeta (emc) и др., которые репрессируют активацию гена sex-lethal (sxl) с проксимального промотора. Активаторы (белки-нумераторы)и репрессоры (белки-деноминаторы) способны комплексировать и решающим событием в активации sxl является преодоление возможности репрессоров угнетать действие активаторов. В случае активации sxl c раннего (ближнего) промотора (при отношении X:A=1) (генотип -XX) альтернативный сплайсинг осуществляется с образованием функционально активного белкового продукта sxl, который, являясь фактором сплайсинга, взаимодействует с собственной пре-иРНКи закрепляет этот же вариант сплайсинга sxl для дальнейших целей. В случае отношения X:A=0,5 (генотип XY/X0) в транскрипционном комплексе преобладают репрессоры, sxl не транскрибируется с раннего (проксимального) промотора.

  9. В дальнейшем, когда sxl начинает транскрибироваться с позднего (дистального) промотора (при обоих вариантах полового генотипа) альтернативный сплайсинг sxl при генотипе XY/X0 идет с сохранением третьего экзона, в котором находится стоп-кодон. В результате чего белковый продукт sxl у самца - дефектен. Он не способен функционировать как фактор сплайсинга. Напротив белковый продукт sxl самки (XX)-функционально активный фактор сплайсинга не только для своей РНК, но и для пре-иРНК гена transformer (tra), что предопрделяет образование белка tra как следующего фактора сплайсинга, модифицирующего (совместно с другим белком- tra2) сплайсинг следующего в каскаде гена – doublesex (dsx). В результате образуется фактор транскрипции -DsxF (фенотипа самки).В отсутствии активного tra-белка сплайсинг dsx проходит по другому варианту и образуется видоизмененный фактор транскрипции DsxM (фенотипа самца).

  10. Каскады регуляций, контролирующих формирование половых структур самки и самца дрозофилы Различная активация гена sxl (sex-lethal) будущих самок и самцов дрозофилы. Деятельность генов нумераторов и деноминаторов определяет альтернативные транскрипцию и сплайсинг sxl.

  11. Альтернативный сплайсинг -основной путь реализации программы детерминации пола у дрозофилы (последовательность событий)

  12. Роли DsxM и DsxF в формировании пола у дрозофилы.Dsx- транскрипционный фактор, действующий как репрессор или как активатор, для каждого пола в альтернативной манере

  13. Формирование мужской и женской половых гонад у дрозофилы под контролем различных форм Dsx

  14. Эволюция регуляции пола у насекомых способом ретроградной надстройки

  15. Эволюция детерминации пола у двукрылых, Sanchez, 2008

  16. КОНСЕРВАТИЗМ ЦЕПОЧЕК ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ МАКРОМОЛЕКУЛ МОЖЕТ БЫТЬ ОТНОСИТЕЛЬНО ПОЛНЫЙ ИЛИ НЕПОЛНЫЙ. ВО ВТОРОМ СЛУЧАЕ ВОЗМОЖНО ДОБАВЛЕНИЕ РЕГУЛЯТОРНЫХ ЭТАПОВ (СТУПЕНЕЙ) ЛИБО СВЕРХУ (UPSTREAM), ЛИБО СНИЗУ (DOWNSTREAM)

  17. Для механизмов эволюции детерминации пола было высказано две гипотезы • 1. Сохранение полной цепочки регуляции пола (исходно для всех насекомых) • 2. гипотеза ретроградной надстройки регуляторной цепочки (Wilkins, 2002). • В реальности существуют не цепочки, а трехмерные сети

  18. Нематода Caenorhabditis elegans имеет два пола: XX -гермафродиты (более 99% популяции) и X0 -самцы. У взрослой особи (гермафродита) число соматических клеток тела- 959 (у первой личинки -558). Число половых клеток больше (более 1500). В случае самооплодотворения 0,2% новых особей -самцы, остальные -гермафродиты, в случае спаривания особей XX и X0 - половина новых особей - самцы.

  19. Детерминация пола у С. elegans. Определяющим моментом является активация гена tra-1 (не родственного генуtraдрозофилы). Соотношение X : A сканируется активностью гена xol-1. Высокие дозы белка xol-1 меняют характер регуляции в детерминации пола с активации (гермафродиты) на репрессию (самцы)

  20. Сигнальная цепочка детерминации пола C. elegans. Перемещение в ядро транскрипционного фактора TRA-1 означает реализацию гермафродитного фенотипа. Фактор Her-1 особи X0, взаимодействуя с мембрано-связанным белком TRA-2, вызывает детерминацию пола по мужскому типу. При этом промежуточный участник –белок FEM, удерживает TRA-1 в цитоплазме (диссоциирует с последним при детерминации пола по XX-гермафродитному пути.

  21. Генетическая гомология и функциональное сходство белков Dsx (дрозофила) Mab-3 (нематоды) (Zhu et al., 2000)

  22. У нематод в 1998 году был описан ген Mab3, отвечающий за формирования мужской гонады и следовательно самцов.Он выявляется в цепочке, отвечающей за детерминацию мужского пола • Его ДНК-связывающий домен гомологичен ДНК-связывающему домену белка Doublesex (мужской формы) насекомых

  23. Ортологи генов Sox 9 активно экспрессируются в клетках Сертоли у птиц и пресмыкающихся (аллигаторы, ящерицы). • Экспрессирующийся ортолог гена Dmrt 1был найден в семенниках птиц, пресмыкающихся (аллигаторы, черепахи) и некоторых рыб (Medaka, puffer fish), но не найден у других (zebrafish, telyapia).

  24. Детерминация пола у млекопитающих • При анализе Y-хромосомы выяснилось, что гипотетический фактор, отвечающий за формирование пола, существует в действительности- это ген SRY/Sry (sex region of Y-chromosome), локализован на коротком плече Y-хромосомы. Это транскрипционный фактор, он содержит HMG-домен и относится к семейству SOX-белков. На X-хромосоме гена SRY нет. Ген был найден также в редких случаях у лиц мужского пола с генотипом XX, которые содержали транслоцированный ген SRY. Для детерминации мужского фенотипа нужна также активность другого гена Sox-семейства - SOX9, локализованного на аутосоме (17 хромосома у человека). Мутация по нему вызывает превращение особей XY в самок или в гермафродитов. Гены SRY и SOX9 экспрессируются вместе в половых (гонадных) валиках самцов

  25. Мышь с половым генотипом XX, трансгенная по гену SRY(справа), в норме локализованным на Y-хромосоме обладает фенотипом самца

  26. Образование гонад связывают с экспрессией в клетках-предшественницах соответствующих генов (Sry, Sox 9 или Wnt4, Dax1 и т.д.) (Sekido, Lovell-Badge, 2008)

  27. Проникновение (миграция) мезонефротических клеток (любого генотипа XY или XX) в Sry+ гонадные валики (генотипа XY)in vitro, доказывает важность экспрессии гена Sryв клетках производных гонадных валиков для индуцирования ими образования связи Вольфова протока (через мезонефротические клетки) с половыми тяжами (будущими семенными канальцами), формирующимися из гонадных валиков

  28. Молекулярные механизмы детерминации пола у млекопитающих (Sekido, Lovell-Badge, 2008)

  29. Хромосомная детерминация пола у млекопитающих (Graves, 2008)

  30. Fergusson-Smith, 2007

  31. На 9-й хромосоме человека (короткое плечо) было идентифицировано 3 гена Dmrt (1-3), родственные генам Dsx (дрозофилы) и Mab3(С. elegans). Эти гены (особенно Dmrt1) важны для формирования семенников. Делеция участка 9-й хромосомы, содержащей гены Dmrtведет к реверсии пола, как и делеция Sox9 (на 17-й хромосоме).

  32. Возможное участие гена DMRT в формировании семенников и сперматогенезе у млекопитающих

  33. Сколько раз в эволюции возникали механизмы детерминации пола?Гипотеза:

  34. Скорости эволюции генов (определяются по соотношению несинонимичных и синонимичных замен аминокислот в кодирующих последовательностях ортологичных генов близкородственных видов) (обычно средняя скорость в пределах 0,12-0,20)

  35. Fergusson-Smith, 2007

  36. Различные модели детерминации пола (учитывающие лишь молекулярные механизмы)

  37. Возможность существования консервативных факторов детерминации пола у разных животных

  38. Распространённость генов DM (Volff et al., 2003)

  39. Хронология образования различных групп позвоночных, Graves, 2008

  40. Эволюция половых хромосом • Есть ли эволюционная преемственность между половыми хромосомами у позвоночных?

  41. Детерминация пола у позвоночных, Ezaz et al., 2006

  42. Слоистость половых хромосом, выявляемая при прекращениии рекомбинации между ними (Bergero, Charlesworth, 2008)

  43. Miler et al. 2004

More Related