Nov mehanizem določanja spola

Vrsta podgane Tokudaia osimensis (angl. Amami spiny rat), ki živi le na japonskem otoku Amami Ōshima, je ena od štirih znanih živali, ki so med evolucijo izgubile kromosom Y, ki določa moški spol. Pri tej vrsti podgan imajo tako samci kot samice samo en kromosom X (torej kariotip X0), namesto običajnega para XY za samce in XX za samice. 

Do razvoja citogenetskih tehnik za preučevanje strukture in funkcije kromosomov v celicah je veljalo napačno prepričanje, da je spol pri sesalcih odvisen od števila kromosomov X. Tako naj bi bili osebki z enim kromosomom X moški, osebki z več kot enim kromosomom X pa ženske. Danes vemo, da je biološki spol določen s prisotnostjo ali odsotnostjo kromosoma Y. Če je v celicah organizma prisoten vsaj en kromosom Y, bo omenjeni osebek moškega spola, ne glede na število kromosomov X. 

To dokazujejo tudi nekatere kromosomske napake pri ljudeh, kjer so osebe s Turnerjevim sindromom (kariotip X0) ženske, osebe s Klinefelterjevim sindromom (kariotip XXY) pa so fenotipsko moški. Vzrok za ta pojav je, da se na kromosomu Y nahaja gen SRY, ki vpliva na izražanje različnih genov, povezanih z razvojem moških spolnih znakov. Najpomembnejši med njimi je SOX9, ki neposredno vpliva na razvoj testisov med embrionalnim razvojem. Zato je pri večini organizmov prisotnost kromosoma Y nujna za razvoj testisov.

Dejstvo, da sta pri podganah Tokudaia osimensis prisotna oba spola, čeprav imajo vsi osebki le en kromosom X, je bila skrivnost, ki je znanstvenike begala več desetletij. Pri teh podganah je gen SRY popolnoma odsoten, zato se je razvil nov mehanizem za določanje spola, ki je neodvisen od gena SRY. Konec novembra 2022 pa je v reviji PNAS izšel članek, v katerem so raziskovalci Hokkaido University na Japonskem to skrivnost končno razrešili.

Z uporabo naprednih tehnik sekvenciranja celotnega genoma podgan Tokudaia osimensis so ugotovili, da imajo samci te vrste na kromosomu 3 podvojeno regijo Enh14, ki se nahaja v regulatorni regiji gena SOX9. Enh14 v podvojeni obliki poveča izražanje gena SOX9 in s tem tudi poveča količino njegovega proteinskega produkta, kar je signal za razvoj testisov. Tako imajo samci Tokudaia osimensis na kromosomu 3 dve kopiji regije Enh14, samice pa samo eno, zato se pri njih SOX9 ne izraža. Ko so s tehnologijo za urejanje genov podvojeno Enh14 zaporedje iz Tokudaia osimensis vnesli še v genome miši, se je v zarodkih mišjih samic (XX) povečalo izražanje gena SOX9, ki sproži tvorbo testisov. Iz navedenega je razvidno, da podgane Tokudaia osimensis za spolno diferenciacijo ne potrebujejo več gena SRY niti kromosoma Y, na katerem se nahaja SRY.

Kromosom Y je najmanjši kromosom v človeškem genomu in nosi zapise za zelo malo genov, od katerih so vsi povezani z razvojem moškega fenotipa, zato je izguba kromosoma Y popolnoma združljiva z življenjem. Kromosomi Y vseh vrst med evolucijo izgubljajo genetski material (oziroma degenerirajo) zaradi nezmožnosti rekombinacije in izmenjave genetskega materiala s homolognim kromosomom. Tako je tudi vrsta Tokudaia osimensis tekom evolucije izgubila kromosom Y, vendar to ni vplivalo na njen obstoj, saj je na kromosomu 3 obstajal nadomestni mehanizem za določitev obeh spolov.

Nekateri znanstveniki predvidevajo, da bo tudi pri ljudeh sčasoma prišlo do izgube kromosoma Y, vendar se bo to zgodilo v zelo daljni prihodnosti (če sploh). Primer podgan Tokudaia osimensis pa nam daje upanje, da bo lahko človeštvo kljub temu obstajalo še naprej.

Viri

• Miho Terao, Yuya Ogawa, et al. Turnover of mammal sex chromosomes in the Sry-deficient Amami spiny rat is due to male-specific upregulation of Sox9. Proceedings of the National Academies of Sciences. November 28, 2022. doi.org/10.1073/pnas.2211574119
• Novel sex-determination mechanism revealed in mammals

-