第七章性別決定及生殖發育

Sexdeterminationandreproduction公元前335年，Aristotle指出性別決定于熱(heat)，當母親子宮的冷超過父親的精熱時子代發育為female，female是發育不健全的men。1600s/1700s，已認識到female可以產生能夠傳遞親本性狀的卵子。19世紀末之前，人們認為溫度、營養、年齡等環境因素決定了性別。有利于能量和營養儲存的因子將使一個人生產女嬰，而有利于能量和營養利用的因子則使人有男嬰。20世紀初，Mendel定律重新發現(1900)、McClung發現性染色體(1902)、Stevens和Wilson在昆蟲上發現了性染色體組成與性別的關系(male=XYorXOwhilefemale=XX)(1905)，從而認識到遺傳物質在性別決定中起重要作用。一、性別表現型的決定(一)、哺乳動物的性別決定1.Primarysexdetermination:

指生殖腺發育為睪丸或卵巢的選擇。胚胎生殖腺(gonad)的發育命運決定于其染色體組成，Y染色體的存在使生殖腺的體細胞發育為testis而非ovary。e.g.,基因型為XXY的Klinefelter綜合癥患者的表型為male，但不具生殖力；基因型為XO的Turner綜合癥患者為不能產卵的female。生殖嵴原基有兩種發育方向：Testis－OvaryGranulosacellsdifferentiatedfromCorticalsexcordsandthecalcellsderivedfrommesenchymalcellsformfolliclesthatenvelopthegermcells.哺乳動物性特征的發育機制LHX9睪丸決定基因為Y染色體上的SRY(sex-determiningregionoftheYchromosome)SRY是通過分析XX的men和XY的women的DNA而發現的(1990)。它是一種編碼223aa的轉錄因子，含有HMGDNA結合區。小鼠Sry基因也存在于Y染色體上，在未分化的生殖腺和正在分化為睪丸的生殖腺中表達。轉Sry基因的XX小鼠可長出睪丸和雄性特征，但不能產生正常的精子。Sry對睪丸發育的影響的實驗證據XYXXSry的直接作用模型：Sry直接誘導雄性生殖嵴特異性基因的表達。Sry的間接作用模型：Sry誘導生殖嵴細胞合成某種因子→中腎細胞進入生殖嵴→誘導生殖嵴表皮細胞轉變為睪丸支柱細胞、并表達雄性特異性基因。與睪丸命運決定有關的常染色體基因Sox9：為含HMGDNA結合區的轉錄因子。含一個額外的SOX9的XXhuman將發育為male;而75%的、只含一個有功能的SOX9的XYhumans發育為female或兩性人。小鼠的Sox9只在雄性生殖嵴中表達，表達時間比Sry約晚。Sox9蛋白可與Amh的啟動子結合，促進Amh的表達。SF1(steroidogenicfactor1)：為含HMGDNA結合區的轉錄因子。Sf1在雌雄小鼠的未分化的性腺中都表達，但分化開始后就局限在XY小鼠的正在發育的睪丸中。SF1在睪丸支柱細胞中通過協助Sox9而增強AMH基因的表達(seenextslide);而在睪丸的間質細胞中，它可激活睪丸酮合成酶基因。Sox和SF對Amh基因表達的作用DAX1：它編碼細胞核激素受體，是X染色體上的潛在的卵巢決定基因。1980年首次發現于XY姊妹中，1994年克隆出基因，其性別逆轉是由于2個拷貝的DAX1可以抑制SRY的作用。小鼠Dax1在生殖嵴細胞中表達，它可能是拮抗Sry的活性而下調sf1的表達。與卵巢命運決定有關的X染色體基因WNT4：是常染色體上的潛在的卵巢決定基因。小鼠Wnt4在分化前的XX和XY生殖嵴中都表達，其后只在XX生殖腺中表達。在Wnt4-/-XX小鼠上，卵巢形成異常，其細胞表達Amh和睪丸酮等睪丸特異性標記。Sry的作用可能是抑制生殖嵴中Wnt4的表達和促進Sf1的表達。2.secondarysexdetermination:

指睪丸或卵巢形成后，由它們分泌的激素來影響性器官的發育。

在出現睪丸的胚胎中，中腎旁管(Mullerianduct)退化，而中腎管(Wolffianduct)分化為輸精管、附睪、精囊。

在出現卵巢的胚胎中，中腎管退化，中腎旁管分化為輸卵管、子宮等。抗中腎旁管激素(anti-Mullerianducthormone,AMH)：由睪丸支柱細胞分泌的560aa糖蛋白，其作用可能是誘導中腎旁管周圍的間質細胞分泌一種促凋亡因子，使中腎旁管退化。culturedinthepresenceoffetaltestisorsertolicells.MullerianductWolffianductMullerianductWolffianduct睪丸酮(testosterone)：由睪丸間質細胞合成，其作用是誘導中腎管分化為輸精管、精囊、附睪。該患者攜帶SRY基因testes

AMHMullerianductdegenerationuterus、oviducttestosteroneNoandrogenreceptor輸精管、精囊、附睪。二氫睪丸酮(testosterone)：由睪丸酮轉變而成，其作用是控制外生殖器官的形成。缺少5a-ketosteroidreductase2的XY個體的外形像female.雌激素(estrogen)：在female胚胎中，雌激素由卵巢合成，它誘導Mullerianduct分化為雌性器官。在male胚胎中，雌激素由腎上腺合成，它使中腎旁管細胞吸收睪丸中的水分，有助于增加精子的壽命和數量。(二)、果蠅的性別決定1.果蠅的性別決定于X染色體的數量:

X染色體上的性別決定基因叫分子基因(numerator)，而常染色體上的性別決定基因叫分母基因(denominator)。二者之比

0.5時，個體將發育為雄性。果蠅的雌雄嵌合體GynandromorphhappenswhenanXchromosomeislostfromoneembryonicnucleus.控制果蠅雌性的關鍵基因是sexlethal(sxl)higherlowerTransformer1:果蠅性別決定的中間基因。Doublesex:缺失該基因的胚胎的生殖原基(雌雄相同)發育產生雌雄相間的生殖結構；雌性和雄性特異性dbx促進特異性性別基因的表達。

(三)、線蟲的性別決定0.2%maleprogeny50%maleprogeny線蟲的性別也決定于X染色體與常染色體套數之比

該比例信號的接受者為Xol-1(XOlethal)(核蛋白)(分泌蛋白)(跨膜蛋白)(轉錄因子)線蟲性別決定因子的作用機制(四)、X染色體基因的劑量補償效應不同性別個體的X連鎖基因的不平衡性通過不同的機制進行補償

哺乳動物X染色體的失活決定于Xchromosomeinactivationcenter(XIC):該中心含Xist基因，其轉錄的RNA定位于核中，啟動X染色體的失活程序。證據：在XX細胞中，敲除Xist的X染色體不失活；將Xist植入XY胚胎干細胞的一條常染色體上，該條常染色體或X染色體將失活。失活染色體的H4未乙?；谆?，它們與Xist的關系尚不明。transcripts

果蠅雄性的X染色體的基因轉錄水平增加線蟲降低雌性個體的X染色體基因的表達雌性個體表達dpy-27基因，sdc-3蛋白指導其產物結合在X染色體上，降低有關基因的轉錄水平。(五)、環境因素對性別發育的影響爬行動物的性別受溫度的影響Bonellia的性別取決于幼蟲的棲息地

生殖細胞指機體用來產生精子和卵子的細胞，它們可以長期存在于機體內而死亡、消失。GC不同于生殖嵴前體細胞。二、生殖細胞(GermCells)的發育(一)、種質質及生殖細胞的遷移1、果蠅的原生殖細胞的命運決定于后部極質決定果蠅原生殖細胞的命運的基因

germcell-less:在卵的生成過程中由營養細胞轉錄，受精后翻譯的蛋白定位在極質中，其缺失導致無生殖細胞。

Oskar:其母體mRNA定位在極質中，它的表達量影響極細胞的數量，如1copyofoskar=10-15polecells,2copies=35polecells,4copies=50polecells.它還影響極細胞的定位。果蠅原生殖細胞的遷移2、線蟲原生殖細胞的命運決定于Pie-1Pie-1編碼核蛋白，其缺失導致P1－P4也向體細胞命運分化。其作用可能是抑制生殖細胞中基因轉錄活性。3、兩棲動物生殖細胞命運也決定于種質質兩棲動物的種質質定位在卵的營養極，用紫外線照射胚胎營養極之后，生殖腺中將缺少生殖細胞。其定位依賴于微管，其遷移與kenesin-likeprotein有關。遷移路線：營養極－囊胚腔內胚層表面－形成PGC－幼蟲腸后部聚集－沿腸背部遷移至中腸上部的生殖嵴中，每個生殖嵴有～30PGC。4、哺乳動物生殖細胞在原腸胚期，小鼠的PGC位于上胚層中。在7天的小鼠胚胎中，約8個PGC位于原條后部的胚外中胚層中，其后它們遷移經過內胚層、尿囊、卵黃囊到達后腸，再沿后腸背壁向前遷移到達生殖嵴，此時的PGC達2500~5000個。干細胞生長因子(SCF)是防止PGC凋亡所必需的，也能促進其繁殖。它由PGC遷移路徑中的細胞合成，定位在膜上。White突變(缺失SCF受體基因)或Steel-Dickie突變(SCF不能定位在膜上)的小鼠無PGC或很少的PGC.Oct-4可能與哺乳動物原生殖細胞的形成有關5、鳥類生殖細胞鳥類的PGC最早起源于明區中央的上胚層細胞，在原腸作用中遷移至明區的前部邊緣的下胚層，形成生殖新月區(germinalcrescent)，這些細胞繁殖成為PGC.生殖新月區形成血管時，PGC進入血管，通過血液循環到達正在形成的后腸，與腸系膜結合，再遷移進入生殖嵴。(二)、生殖細胞類型的選擇小鼠生殖細胞的類型主要決定于周邊細胞的遺傳組成PGC進入生殖嵴的最初幾天繼續分裂，不分化。隨后，在雌性胚胎中，GC進入減數第一次分裂的前期，然后停止直到性成熟才繼續減數分裂產生卵子。在雄性胚胎中，GC于有絲分裂的G1期停止，直到性成熟后某些細胞繼續有絲分裂，有些開始減數分裂產生精子。誤入生殖嵴附近其它組織如腎上腺或中腎的XX或XY型生殖細胞，都將開始減數分裂并發育為卵子。XX型生殖細胞在XY型胚胎的睪丸中采精子發生途徑。哺乳動物不同核型的生殖細胞的減數分裂XY型生殖細胞發育為精子，不受生殖嵴核型的影響，其命運是autonomous。XX型生殖細胞的命運是non-autonomous,它們在卵巢中發育為卵子，而在睪丸中發育為精子。影響果蠅生殖細胞類型的因素線蟲XX雌雄同體個體的GC細胞的發育經歷兩次選擇A：有