Cromosoma sexual

Un cromosoma sexual, tamén chamado alosoma, heterocromosoma, cromosoma heterotípico, gonosoma^[1][2] ou idiocromosoma,^[3] é un cromosoma que difire dos cromosomas autosómicos ou autosomas en forma, tamaño e comportamento, e en moitas especies serve para determinar o sexo. Os cromosomas sexuais humanos (e os dos mamíferos en xeral) son o X e o Y, que forman o par sexual, que é XX nas mulleres e XY nos homes. Os autosomas difiren dos alosomas en que os autosomas aparecen nas células diploides en pares e os membros de cada par son idénticos, pero distintos dos membros doutros pares, mentres que os membros do par de alosomas poden ser distintos, como ocorre nos machos dos mamíferos (XY), xa que o cromosoma Y é moito máis pequeno. Os cromosomas sexuais non só levan xenes para determinar o sexo, senón tamén para moitos outros caracteres.

Nettie Stevens e Edmund Beecher Wilson descubriron independentemente os cromosomas sexuais en 1905. Porén, considérase que Stevens os descubriu algo antes que Wilson.^[4]

En humanos, cada núcleo celular diploide contén 23 pares de cromosomas, facendo un total de 46 cromosomas. Os primeiros 22 pares denomínanse autosomas. Os autosomas son cromosomas homólogos, é dicir, cromosomas da mesma forma e tamaño que conteñen os mesmos xenes (rexións de ADN) na mesma orde ao longo dos seus brazos cromosómicos. O 23º par de cromosomas é o dos chamados alosomas. Estes consisten en dous cromosomas X na maioría das mulleres e un cromosoma X e outro Y na maioría dos varóns. Por tanto, as mulleres teñen 23 pares de cromosomas totalmente homólogos, mentres que os varóns teñen 22 pares, mentres que o par restante do cromosoma X e do Y só ten homoloxía nunhas pequenas rexións chamadas rexións pseudoautosómicas.

No óvulo haploide sempre hai un cromosoma X, mentres que nos espermatozoides pode haber un X ou un Y (no seme masculino hai espermatozoides das dúas clases, aproximadamente na mesma cantidade).^[5] Durante o desenvolvemento embrionario temperán das mulleres, nas células que non son ovocitos, un dos cromosomas X é parcialmente desactivado de forma aleatoria e permanente; en consecuencia, nalgunhas células o que queda aleatoriamente desactivado é o cromosoma X herdado da nai, pero noutras células é o X herdado do pai. Isto asegura que ambos os sexos sempre leven exactamente unha soa copia funcional do cromosoma X en todas as células do corpo. O cromosoma X desactivado está silenciado por estar en forma de heterocromatina que compacta o ADN e impide a expresión da maioría dos xenes. Esta compactación está regulada polo PRC2 (Complexo Represivo Policomb 2 ou Polycomb Repressive Complex 2).^[6]

Todos os organismos diploides cuxo sexo se determina por alosomas obteñen a metade dos seus alosomas de cada proxenitor. Na maioría dos mamíferos, as femias son XX e poden transmitir un dos seus cromosomas X os seus fillos e fillas; mentres que os varóns XY poden transmitir un X ás súas fillas e un Y aos seus fillos varóns (que precisamente por recibiren o Y nacen varóns). Por tanto, as femias reciben un X da súa nai e outro X do seu pai, mentres que os machos reciben un X da nai e un Y do pai. Por tanto, poden dicirse que é o espermatozoide (que pode levar X ou Y) que fecunda o óvulo o que determina o sexo dos fillos que se teñan.

Porén, unha pequena porcentaxe de humanos teñen un desenvolvemento sexual diverxente, coñecido como intersexo. Isto pode orixinarse por ter un conxunto de alosomas que non son XX nin XY. Isto pode ocorrer por unha mala repartición dos cromosomas durante a meiose. Podería tamén ser o resultado da exposición, xeralmente in utero, a compostos químcos que alteran a a produción normal de hormonas, que afectan ao desenvolvemento dos órganos xenitais, que serían ambiguos, pero nese caso o par cromosómico sería o normal.^[7]

Hai un xene no cromosoma Y que ten secuencias regulatorias que controlan xenes que codifican a masculinidade, chamado xene SRY.^[8] Este xene produce un factor determinante dos testículos (TDF), que inicia o desenvolvemento testicular en humanos e outros mamíferos. A importancia do SRY na determinación do sexo descubriuse cando se estudou a xenética da síndrome do macho XX (é dicir persoas que tiñan características masculinas pero os alosomas XX). Descubriuse que a diferenza entre un individuo XX típico (muller) e un home XX co sexo invertido era que, aínda que os individuos XX normalmente non teñen o xene SRY, probablemente nestas persoas o xene SRY foi por erro translocado a un dos seus dous cromosomas X durante a meiose; a acción deste xene SRY fará que teñan características masculinas aínda sendo XX.^[9]

O sexo en animais está determinado por diversos mecanismos.^[10] Nos mamíferos a determinación do sexo depende do cromosoma sexual que leve o espermatozoide, segundo o sistema XY. Nas aves tamén, pero os cromosomas sexuais das aves chámanse Z e W e os machos son os que levan cromosomas iguais (ZZ), mentres que as femias son ZW (sistema de determinación do sexo ZW). Moitos outros cordados, como peixes, anfibios e réptiles, teñen sistemas que están influídos polas condicións reinantes no seu medio ambiente. Os peixes e anfibios, por exemplo, teñen unha determinación do sexo xenética pero o seu sexo pode ser influído externamente por esteroides e a temperatura de incubación dos ovos.^[11][12] Nos réptiles tamén a temperatura de incubación dos ovos é determinante; por exemplo as tartarugas mariñas teñen unha determinación do sexo dependente da temperatura.

A determinación do sexo en plantas é máis complexa que en mamíferos porque as plantas anxiospermas teñen diversos sistemas de apareamento e a súa determinación do sexo está regulada principalmente por xenes MADS-box, os cales codifican proteínas que interveñen na formación dos órganos sexuais das flores.^[13]

Os cromosomas sexuais nas plantas son máis comúns en briófitas, relativamentes comúns en plantas vasculares e descoñecidos en fentos e licófitas.^[14] A diversidade das plantas reflíctese nos seus sistemas de determinación do sexo, que inclúen os sistemas de determinación XY e UV, así como moitas variantes. Os cromosomas sexuais evolucionaron independentemente en moitos grupos de plantas. A recombinación dos cromosomas puido orixinar unha heterogametia antes do desenvolvemento evolutivo de cromosomas sexuais, ou a recombinación puido ser reducida despois de que se desenvolvan os cromosomas sexuais, o cal tamén se observa en fungos.^[15] Unha vez que os cromosomas sexuais se diferenciaron plenamente, só permanecen unhas poucas rexións pseudoautosómicas normalmente. Cando os cromosomas non se recombinan, as diverxencias de secuencia neutras empezan a acumularse, o que foi utilizado para estimar a idade dos cromosomas sexuais en varias liñaxes de plantas. Mesmo a diverxencia estimada máis antiga, atopada na hepática Marchantia polymorpha, é máis recente que a diverxencia en mamíferos ou aves. Debido a isto, a maioría dos cromosomas sexuais das plantas teñen tamén rexións ligadas ao sexo relativamente pequenas. As evidencia que hai actualmente non apoian unha existencia máis antiga dos cromosomas sexuais nas plantas que a de M. polymorpha.^[16]

A alta frecuencia de autopoliploidía en plantas tamén inflúe na estrutura dos seus cromosomas sexuais. A poliploidización pode ocorrer antes e despois do desenvolvemento dos cromosomas sexuais. Se ocorre despois de que os cromosomas sexuais estean establecidos, a dose debería permanecer consistente entre os cromosomas sexuais e os autosomas, cun mínimo impacto na diferenciación sexual. Se ocorre antes de que os cromosomas sexuais se fixesen heteromórficos, como é probable na planta octoploide Rumex acetosella, o sexo determínase nun só sistema XY. Nun sistema máis complicado, a especie Viscum fischeri ten cromosomas X1X1X2X2 nas plantas femia e cromosomas X1X2Y nas plantas macho.^[17]

A amplificación de elementos transpoñibles, repeticións en tándem especialmente a acumulación de retrotransposóns con repeticións en tándem longas (LTR) son responsables da evolución dos cromosomas sexuais das plantas. A inserción de retrotransposóns é probablemente a maior causa da expansión do cromosoma Y e a evolución do xenoma das plantas. Os retrotransposóns contribúen á determinación de tamaños dos cromosomas sexuais e a súa proliferación varía mesmo en especies estreitamente relacionadas. As repeticións en tándem e LTR xogan un papel dominante na evolución dos cromosomas sexuais de Silene latifolia.^[18] Descubriuse unha nova familia de retroelementos chamada Athila en Arabidopsis thaliana, presente só na rexión de heterocromatina. Os retroelementos Athila están sobrerepresentados en X pero ausentes en Y, mentres que as repeticións en tándem están renriquecidas no cromosoma Y. Algunhas secuencias de cloroplastos foron tamén identificadas no cromosoma Y de S. latifolia. Silene vulgaris ten máis retroelementos nos seus cromosomas sexuais comparada con S. latifolia. Os datos de microsatélites mostran que non hai diferenzas significativas entre os microsatélites dos cromosomas X e Y nas especies de Silene. Isto indica que os microsatélites non participan na evolución do cromosoma Y. A porción do cromosoma Y que nunca se recombina co cromosoma X sofre redución da selección. Esta selección reducida leva á inserción de elementos transpoñibles e a acumulación de mutacións deletéreas. O Y faise máis grande que o X debido á inserción de retroelementos ou máis pequeno debido á deleción de material xenético. O xénero Humulus tamén se ten usado como modelo para o estudo da evolución dos cromosomas sexuais. Baseándose na distribución da topoloxía filoxenética hai tres rexións nos cromosomas sexuais. Unha rexión que parou de recombinar no devanceiro de H. lupulus, outra que parou de recombinar no H. lupulus moderno e a terceira rexión chamada rexión pseudoautosómica. H. lupulus é un caso raro en plantas no que o Y é máis pequeno que o X, mentres que a súa planta antecesora ten o mesmo tamaño en ambos os cromosomas. Esta diferenza de tamaños debería ser orixinada por deleción de material xenético en Y pero aquí non é o caso. Isto débese a dinámicas complexas como que o tamaño maior do X que do Y pode deberse a duplicación ou retrotransposición.^[19]

Os fentos e licófitas teñen gametófitos bisexuais e que non hai evidencias de cromsomas sexuais.^[14] Nas briófitas, incluíndo as hepáticas, antocerotas e musgos, os cromosomas sexuais son comúns. Os cromosomas sexuais das briófitas afectan ao tipo de gameto que produce o gametófito, e hai unha ampla diversidade de tipos de gametófitos. A diferenza das plantas con sementes, nas que os gametófitos son sempre unisexuais, en briófitas poden producir gametos masculinos, femininos ou de ambos os tipos.^[20]

As briófitas empregan maiormente o sistema de determinación do sexo UV, no que U produce gametófitos femia e V produce gametólfitos macho. Os cromosomas U e V son heteromórficos, xa que o U é máis grande que o V e ambos son frecuentemente maiores que os autosomas. Hai variacións tamén neste sistema, como os arranxos cromosómicos UU/V e U/VV. Nalgunhas briófitas, aparecen microcromosomas xunto cos cromosomas sexuais e probablemente inflúen na determinación do sexo.^[20]

A dioecia é común nas ximnospermas e estímase que se atopa nun 36% das especies. Porén, os cromosomas do sexo heteromórfico son relativamente raros e só se coñecían unhas poucas especies así en 2014. Cinco delas usan un sistema XY, e unha (Ginkgo biloba) usa o sistema ZW. Algunhas ximnospermas, como o Pinus johannis, teñen cromosomas sexuais homomórficos que son case indistinguibles nos cariotipos.^[17]

As anxiospermas cosexuais tanto monoecias coma con flores hermafroditas non teñen cromosomas sexuais. As anxiospermas cos sexos separados (dioecias) poden utilizar cromosomas sexuais ou condicións ambientais para a determinación do sexo. Os datos citoxenéticos dunhas 100 especies de anxiospermas indican a presenza de cromosomas sexuais heteromórficos en aproximadamente a metade, a maioría con sistemas de determinación do sexo XY. Os seus cromosomas Y son tipicamente máis grandes, a diferenza dos humanos; porén, hai diversidade entre as anxiospermas. No xénero Populus algunhas especies teñen machos con heterogametia mentres que outros teñen femias con heterogametia.^[16] Os cromosomas sexuais orixinaron independentemente múltiples veces en anxiospermas, a partir da condición ancestral monoecia. O paso do sistema monoecio ao dioecio require que estean presentes na poboación mutacións de esterilidade tanto en machos coma en femias. A esterilidade dos machos orixinouse probablemente primeiro como unha adaptación para previr a autofecundación. Unha vez que a esterilidade nos machos chegou a ter certa prevalencia, entón a esterilidade das femias puido ter a oportunidade de orixinarse e espallarse.^[14]

Na papaya domesticada (Carica papaya) hai tres cromosomas sexuais, chamados X, Y e Y^h. Isto correspóndese con tres sexos: as femias con cromosomas XX, os machos con XY e os hermafroditas con XY^h. O sexo hermafrodita estímase que se orixinou hai só uns 4.000 anos, despois da domesticación da planta. A arquitectura xenética suxire que ou o cromosoma Y ten un xene inactivador do X ou que o cromosoma Y^h ten un xene activador do X.^[21]

Os alosomas non só levan xenes que determinan as características masculinas e femininas, senón tamén outras características non relacionadas cos sexos. Os xenes que están situados nas porcións diferenciais (non homólogas) denomínanse ligados ao sexo. A porción diferencial é a porción cromosómica que está no cromosoma X e está ausente no Y (xa que o Y é máis pequeno). As enfermidades ligadas ao sexo transmítense nas familias a través dos cromosomas X ou Y. Como os varóns herdan os cromosomas Y, son os únicos que herdan caracteres ligados ao Y (chamados en humanos caracteres holándricos). Mulleres e homes poden ter xenes ligados ao cromosoma X (xinándricos), xa que ambos herdan cromosomas X. Os caracteres ligados ao sexo non se herdan na mesma proporción en machos e femias (os caracteres en cromosomas autosómicos si). Nos caracteres ligados ao sexo do cromosoma X os machos son hemigaméticos, xa que teñen un só alelo (no seu X) e as femias dous (un en cada un dos seus cromosomas X).^[22]

Un alelo xeralmente pode ser dominante ou recesivo. A herdanza dominante ocorre cando un xene anormal dun proxenitor causa enfermidades incluso cando o alelo procedente do outro proxenitor é normal (situación de heterocigose). O alelo anormal domina nestes casos. A herdanza recesiva prodúcese cando ambos alelos deben ser anormais para que se produza a enfermidade (homocigose), pero se hai un alelo anormal e outro normal, domina o normal e non hai enfermidade (ou é leve). Os que teñen o xene anormal recesivo en heterocigose (pero non síntomas) denomínanse portadores. Un portador pode transmitir este xene anormal aos seus descendentes.^[23] O cromosoma X contén uns 1.500 xenes, máis que ningún outro cromosoma humano. A maioría deles codifican caracteres que non teñen que ver co sexo. Moitos deles poden orixinar condicións anormais se están mutados. O cromosoma Y leva só uns 78 xenes. A maioría dos xenes do Y están implicados con actividades de mantemento da célula eseciais e a produción de esperma. Só un dos xenes do cromosoma Y, o xene SRY, é responsable das características anatómicas do macho. Cando calquera dos 9 xenes implicados na produción de esperma se perden ou son defectuosos o resultado adoita ser unha produción de esperma baixa e infertilidade.^[24] Exemplos de mutacións no cromosoma X que orixinan enfermidades comúns son as seguintes:

• Cegueira para as cores ou deficiencia na visión das cores (ás veces chamada daltonismo) é a capacidade ou diminución da capacidade de ver as cores ou percibir diferenzas de cores en condicións lumínicas normais. A cegueira para as cores afecta a moitos individuos da poboación. Non é unha verdadeira cegueira, senón unha deficiencia na perceción das cores. Afecta máis a machos que a femias, porque as femias poden ser heterocigotas e nese caso non padecen a enfermidade.
• A hemofilia é un grupo de trastornos da coagulación do sangue. É un carácter recesivo ligado ao X situado na súa porción diferencial. O xene codifica un factor de coagulación.^[25] A hemofilia é moito máis común en machos que en femias. Os fillos varóns normalmente herdan o alelo mutante de nais portadoras.
• A hipertricose nas orellas orixínaa un xene mutado situado na porción diferencial do cromosoma Y. Transmítese de pais a fillós varóns exclusivamente.
• A síndrome X fráxil é unha condición xenética que implica cambios nunha parte do cromosoma X. É a forma máis común de herdanza de discapacidade intelectual (retardo mental) en machos. Está causada por un cambio nun xene chamado FMR1. Unha pequena parte do xene está repetida nunha área fráxil do cromosoma X. Cantas máis repeticións máis probable é que se manifeste con forza o problema. Tanto machos coma femias poden verse afectados, pero como os machos teñen un só cromosomas X, non poden compensalo con outro X que poida estar perfecto (as mulleres si), e é máis probale que lles afecte máis a eles.^[26]

Outras complicacións son:

• Trastorno testicular 46,XX do desenvolvemento sexual, tamén chamado síndrome do macho XX, é unha condición na que individuos XX (que deberían ser femias) teñen aparencia masculina e xenitais externos masculinos. Na maior parte dos casos orixínase por unha translocación (intercambio de material xenético) entre os cromosomas sexuais, no que o xene SRY, que determina o sexo masculino, pasa do cromosoma Y ao X. A mutación afecta ás células do esperma e se un espermatozoide con esta anomalía (presenza do xene SRY no X) fertiliza un óvulo e se produce un embarazo, nace unha persoa con esta condición. Esa persoa manifesta características masculinas a pesar de non ter ningún cromosoma Y.^[27]

Os cromosomas sexuais evolucionaron a partir de pares de cromosomas autosómicos estándar.^[28] Nun gran número de organismos, os sistemas de determinación do sexo observados actualmente son produtos do recambio de cromsomas sexuais. O recambio (turnover) de cromosomas sexuais é un proceso definido como o cambio de cromosoma sexual como produto dun cambio na identidade dos xenes que determinan o sexo (como por mutación) ou por un cambio na súa localización.^[29] Noutros casos, os cromosomas sexuais poden crecer substancialmente con respecto ás súas formas ancestrais como resultado de eventos de fusión cos autosomas, e as fusións autosoma-cromosoma sexual orixinan o que se chama cromosomas neo-sexuais. Coñecense agora cinco exemplos disto na superfamilia de paxaros Sylvioidea.^[30] Hai un caso documentado experimentalmente de recambio de cromosomas sexuais que ocorreu durante un experimento evolutivo que durou 30 anos en peixes teleósteos, nos cales os experimentos de hibridación tiveron como resultado unha translocación da rexión determinadora do sexo dun cromosoma sexual nun autosoma. Isto fixo que o autosoma se convertese nun novo cromosoma sexual W.^[31]

• Principio de Fisher
• Regra de Haldane
• Sistema de determinación do sexo XY
• Sistema de determinación do sexo ZW
• Sistema de determinación do sexo X0

Wikimedia Commons ten máis contidos multimedia na categoría:  Cromosoma sexual