La proteína de la región determinante del sexo Y ( SRY ), o factor determinante del testículo ( TDF ), es una proteína de unión al ADN (también conocida como proteína reguladora de genes/ factor de transcripción ) codificada por el gen SRY que es responsable del inicio de la determinación del sexo masculino en los mamíferos terianos ( mamíferos placentarios y marsupiales ). [5] SRY es un gen determinante del sexo sin intrones en el cromosoma Y. [ 6] Las mutaciones en este gen conducen a una variedad de trastornos del desarrollo sexual con diversos efectos en el fenotipo y genotipo de un individuo .
SRY es un miembro de la familia de genes SOX (SRY-like box) de proteínas de unión al ADN . Cuando se combina con la proteína (SF-1) , SRY actúa como un factor de transcripción que provoca la regulación positiva de otros factores de transcripción, el más importante SOX9 . [7] Su expresión provoca el desarrollo de cordones sexuales primarios , que luego se convierten en túbulos seminíferos . Estos cordones se forman en la parte central de la gónada aún no diferenciada , convirtiéndola en un testículo . Las células de Leydig ahora inducidas del testículo comienzan a secretar testosterona , mientras que las células de Sertoli producen hormona antimülleriana . [8] Los efectos del gen SRY normalmente tienen lugar entre 6 y 8 semanas después de la formación del feto, lo que inhibe el crecimiento estructural anatómico femenino en los machos. También actúa hacia el desarrollo de las características sexuales secundarias de los machos.
SRY puede haber surgido de una duplicación genética del gen SOX3 unido al cromosoma X , un miembro de la familia SOX . [9] [10] Esta duplicación ocurrió después de la división entre monotremas y terios . Los monotremas carecen de SRY y algunos de sus cromosomas sexuales comparten homología con los cromosomas sexuales de las aves. [11] SRY es un gen que evoluciona rápidamente, y su regulación ha sido difícil de estudiar porque la determinación del sexo no es un fenómeno altamente conservado dentro del reino animal. [12] Incluso dentro de los marsupiales y placentarios , que usan SRY en su proceso de determinación del sexo, la acción de SRY difiere entre especies. [10] La secuencia del gen también cambia; mientras que el núcleo del gen, la caja del grupo de alta movilidad (HMG) , se conserva entre especies, otras regiones del gen no lo están. [10] SRY es uno de los cuatro genes en el cromosoma Y humano que se ha demostrado que surgieron del cromosoma Y original. [13] Los demás genes del cromosoma Y humano surgieron de un autosoma que se fusionó con el cromosoma Y original. [13]
SRY tiene poco en común con los genes de determinación sexual de otros organismos modelo, por lo tanto, los ratones son los principales organismos de investigación modelo que pueden utilizarse para su estudio. Comprender su regulación es aún más complicado porque incluso entre especies de mamíferos, hay poca conservación de la secuencia de proteínas . El único grupo conservado en ratones y otros mamíferos es la región de la caja HMG que es responsable de la unión del ADN. Las mutaciones en esta región dan como resultado la inversión sexual , donde se produce el sexo opuesto. [14] Debido a que hay poca conservación, el promotor SRY , los elementos reguladores y la regulación no se comprenden bien. Dentro de los grupos de mamíferos relacionados hay homologías dentro de los primeros 400-600 pares de bases (pb) aguas arriba del sitio de inicio de la traducción . Los estudios in vitro del promotor SRY humano han demostrado que se requiere una región de al menos 310 pb aguas arriba del sitio de inicio de la traducción para la función del promotor SRY . Se ha demostrado que la unión de tres factores de transcripción, el factor esteroidogénico 1 ( SF1 ), la proteína de especificidad 1 ( factor de transcripción Sp1 ) y la proteína del tumor de Wilms 1 ( WT1 ), a la secuencia promotora humana, influye en la expresión de SRY . [14]
La región promotora tiene dos sitios de unión de Sp1, en -150 y -13 que funcionan como sitios reguladores. Sp1 es un factor de transcripción que se une a secuencias de consenso ricas en GC, y la mutación de los sitios de unión de SRY conduce a una reducción del 90% en la transcripción génica. Los estudios de SF1 han dado como resultado resultados menos definitivos. Las mutaciones de SF1 pueden conducir a la inversión sexual, y la eliminación puede conducir a un desarrollo gonadal incompleto. Sin embargo, no está claro cómo SF1 interactúa directamente con el promotor SR1 . [15] La región promotora también tiene dos sitios de unión de WT1 en -78 y -87 pb del codón ATG. WT1 es un factor de transcripción que tiene cuatro dedos de zinc C-terminales y una región rica en Pro/Glu N-terminal y funciona principalmente como un activador. La mutación de los dedos de zinc o la inactivación de WT1 da como resultado un tamaño reducido de la gónada masculina. La eliminación del gen resultó en una inversión sexual completa. No está claro cómo funciona WT1 para regular positivamente SRY , pero algunas investigaciones sugieren que ayuda a estabilizar el procesamiento de mensajes. [15] Sin embargo, esta hipótesis tiene complicaciones, porque WT1 también es responsable de la expresión de un antagonista del desarrollo masculino, DAX1 , que significa reversión sexual sensible a la dosis, región crítica de hipoplasia suprarrenal, en el cromosoma X, gen 1. Una copia adicional de DAX1 en ratones conduce a la reversión sexual. No está claro cómo funciona DAX1, y se han sugerido muchas vías diferentes, incluida la desestabilización transcripcional de SRY y la unión del ARN. Existe evidencia del trabajo sobre la supresión del desarrollo masculino de que DAX1 puede interferir con la función de SF1 y, a su vez, la transcripción de SRY al reclutar correpresores. [14]
También hay evidencia de que la proteína de unión a GATA 4 ( GATA4 ) y FOG2 contribuyen a la activación de SRY al asociarse con su promotor. No está claro cómo estas proteínas regulan la transcripción de SRY , pero los mutantes FOG2 y GATA4 tienen niveles significativamente más bajos de transcripción de SRY . [16] Los FOG tienen motivos de dedos de zinc que pueden unirse al ADN, pero no hay evidencia de interacción de FOG2 con SRY . Los estudios sugieren que FOG2 y GATA4 se asocian con proteínas de remodelación de nucleosomas que podrían conducir a su activación. [17]
Durante la gestación, las células de la gónada primordial que se encuentran a lo largo de la cresta urogenital están en un estado bipotencial, lo que significa que poseen la capacidad de convertirse en células masculinas ( células de Sertoli y Leydig ) o células femeninas ( células foliculares y células de la teca ). SRY inicia la diferenciación testicular activando factores de transcripción específicos masculinos que permiten que estas células bipotenciales se diferencien y proliferen. SRY logra esto regulando positivamente SOX9 , un factor de transcripción con un sitio de unión al ADN muy similar al de SRY. SOX9 conduce a la regulación positiva del factor de crecimiento de fibroblastos 9 ( Fgf9 ), que a su vez conduce a una mayor regulación positiva de SOX9. Una vez que se alcanzan los niveles adecuados de SOX9, las células bipotenciales de la gónada comienzan a diferenciarse en células de Sertoli. Además, las células que expresan SRY continuarán proliferando para formar el testículo primordial. Esta breve revisión constituye la serie básica de eventos, pero hay muchos más factores que influyen en la diferenciación sexual.
La proteína SRY consta de tres regiones principales. La región central abarca el dominio del grupo de alta movilidad (HMG), que contiene secuencias de localización nuclear y actúa como el dominio de unión al ADN. El dominio C-terminal no tiene una estructura conservada, y el dominio N-terminal puede ser fosforilado para mejorar la unión al ADN. [15] El proceso comienza con la localización nuclear de SRY por acetilación de las regiones de señal de localización nuclear, lo que permite la unión de la importina β y la calmodulina a SRY, facilitando su importación al núcleo. Una vez en el núcleo, SRY y SF1 ( factor esteroidogénico 1 , otro regulador transcripcional) forman un complejo y se unen a TESCO (potenciador específico de testículos del núcleo Sox9), el elemento potenciador específico de testículos del gen Sox9 en los precursores de células de Sertoli, ubicado aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción del gen Sox9. [7] En concreto, es la región HMG de SRY la que se une al surco menor de la secuencia diana del ADN, lo que hace que el ADN se doble y se desenrolle. El establecimiento de esta "arquitectura" particular del ADN facilita la transcripción del gen Sox9. [15] En el núcleo de las células de Sertoli, SOX9 se dirige directamente al gen Amh , así como al gen de la prostaglandina D sintasa ( Ptgds) . La unión de SOX9 al potenciador cerca del promotor Amh permite la síntesis de Amh , mientras que la unión de SOX9 al gen Ptgds permite la producción de prostaglandina D2 (PGD 2 ). La reentrada de SOX9 en el núcleo se facilita mediante la señalización autocrina o paracrina realizada por PGD 2 . [18] La proteína SOX9 inicia entonces un ciclo de retroalimentación positiva , en el que SOX9 actúa como su propio factor de transcripción y da como resultado la síntesis de grandes cantidades de SOX9. [15]
La proteína SF-1, por sí sola, conduce a una transcripción mínima del gen SOX9 tanto en las células gonadales bipotenciales XX como XY a lo largo de la cresta urogenital. Sin embargo, la unión del complejo SRY-SF1 al potenciador específico de testículos (TESCO) en SOX9 conduce a una regulación positiva significativa del gen solo en la gónada XY, mientras que la transcripción en la gónada XX sigue siendo insignificante. Parte de esta regulación positiva la logra el propio SOX9 a través de un ciclo de retroalimentación positiva; al igual que SRY, SOX9 forma complejos con SF1 y se une al potenciador TESCO, lo que conduce a una mayor expresión de SOX9 en la gónada XY. Otras dos proteínas, FGF9 (factor de crecimiento de fibroblastos 9) y PDG2 (prostaglandina D2), también mantienen esta regulación positiva. Aunque sus vías exactas no se comprenden por completo, se ha demostrado que son esenciales para la expresión continua de SOX9 en los niveles necesarios para el desarrollo de los testículos. [7]
Se cree que SOX9 y SRY son responsables de la diferenciación autónoma de las células de los precursores de células de soporte en las gónadas en células de Sertoli, el comienzo del desarrollo de los testículos. Se plantea la hipótesis de que estas células de Sertoli iniciales, en el centro de la gónada, son el punto de partida de una ola de FGF9 que se propaga por toda la gónada XY en desarrollo, lo que conduce a una mayor diferenciación de las células de Sertoli a través de la regulación positiva de SOX9. [19] También se cree que SOX9 y SRY son responsables de muchos de los procesos posteriores del desarrollo de los testículos (como la diferenciación de las células de Leydig, la formación de los cordones sexuales y la formación de la vasculatura específica de los testículos), aunque los mecanismos exactos siguen sin estar claros. [20] Sin embargo, se ha demostrado que SOX9, en presencia de PDG2, actúa directamente sobre Amh (que codifica la hormona antimülleriana) y es capaz de inducir la formación de testículos en las gónadas de ratones XX, lo que indica que es vital para el desarrollo de los testículos. [19]
Los embriones son gonadalmente idénticos, independientemente del sexo genético, hasta un cierto punto en el desarrollo cuando el factor determinante del testículo hace que se desarrollen los órganos sexuales masculinos. Un cariotipo masculino típico es XY, mientras que el de una mujer es XX. Sin embargo, hay excepciones en las que SRY desempeña un papel importante. Las personas con síndrome de Klinefelter heredan un cromosoma Y normal y múltiples cromosomas X, lo que les da un cariotipo XXY. La recombinación genética atípica durante el entrecruzamiento , cuando un espermatozoide se está desarrollando, puede dar lugar a cariotipos que no son típicos de su expresión fenotípica.
La mayoría de las veces, cuando un espermatozoide en desarrollo sufre un cruce durante la meiosis, el gen SRY permanece en el cromosoma Y. Si el gen SRY se transfiere al cromosoma X en lugar de permanecer en el cromosoma Y, el desarrollo de los testículos ya no se producirá. Esto se conoce como síndrome de Swyer , caracterizado por un cariotipo XY y un fenotipo femenino. Las personas que tienen este síndrome tienen úteros y trompas de Falopio formados normalmente, pero las gónadas no son funcionales. Las personas con síndrome de Swyer suelen considerarse mujeres. [21] En el otro espectro, el síndrome masculino XX ocurre cuando un cuerpo tiene un cariotipo 46:XX y SRY se adhiere a uno de ellos a través de una translocación. Las personas con síndrome masculino XX tienen un cariotipo XX pero son hombres. [22] Las personas con cualquiera de estos síndromes pueden experimentar pubertad tardía, infertilidad y características de crecimiento del sexo opuesto con el que se identifican. Las personas que expresan el síndrome masculino XX pueden desarrollar senos y las que tienen síndrome de Swyer pueden tener vello facial. [21] [23]
Si bien la presencia o ausencia de SRY generalmente ha determinado si ocurre o no el desarrollo de los testículos, se ha sugerido que existen otros factores que afectan la funcionalidad de SRY. [24] Por lo tanto, hay individuos que tienen el gen SRY, pero aún así se desarrollan como mujeres, ya sea porque el gen en sí es defectuoso o mutado, o porque uno de los factores contribuyentes es defectuoso. [25] Esto puede suceder en individuos que presentan un cariotipo XY, XXY o XX SRY positivo.
Además, otros sistemas de determinación del sexo que dependen de SRY más allá de XY son los procesos que se producen después de que SRY esté presente o ausente en el desarrollo de un embrión. En un sistema normal, si SRY está presente para XY, SRY activará la médula para desarrollar las gónadas en testículos. Luego se producirá testosterona e iniciará el desarrollo de otras características sexuales masculinas. Comparativamente, si SRY no está presente para XX, habrá una falta de SRY basada en la falta de cromosoma Y. La falta de SRY permitirá que la corteza de las gónadas embrionarias se desarrolle en ovarios, que luego producirán estrógeno y conducirán al desarrollo de otras características sexuales femeninas. [26]
Se ha demostrado que SRY interactúa con el receptor de andrógenos y los individuos con cariotipo XY y un gen SRY funcional pueden tener un fenotipo aparentemente femenino debido a un síndrome de insensibilidad a los andrógenos subyacente (AIS). [27] Los individuos con AIS no pueden responder adecuadamente a los andrógenos debido a un defecto en su gen del receptor de andrógenos, y los individuos afectados pueden tener AIS completo o parcial. [28] SRY también se ha relacionado con el hecho de que los hombres tienen más probabilidades que las mujeres de desarrollar enfermedades relacionadas con la dopamina , como la esquizofrenia y la enfermedad de Parkinson . SRY codifica una proteína que controla la concentración de dopamina, el neurotransmisor que transporta señales desde el cerebro que controlan el movimiento y la coordinación. [29] La investigación en ratones ha demostrado que una mutación en SOX10, un factor de transcripción codificado por SRY, está relacionada con la condición de megacolon dominante en ratones. [30] Este modelo de ratón se está utilizando para investigar el vínculo entre SRY y la enfermedad de Hirschsprung , o megacolon congénito en humanos. [30] También existe un vínculo entre el factor de transcripción SOX9 codificado por SRY y la displasia campomélica (CD). [31] Esta mutación sin sentido causa una condrogénesis defectuosa , o el proceso de formación de cartílago, y se manifiesta como CD esquelética. [32] Dos tercios de los individuos 46,XY diagnosticados con CD tienen cantidades fluctuantes de inversión sexual de masculino a femenino. [31]
Uno de los usos más controvertidos de este descubrimiento fue como medio para la verificación del sexo en los Juegos Olímpicos , bajo un sistema implementado por el Comité Olímpico Internacional en 1992. A los atletas con un gen SRY no se les permitió participar como mujeres, aunque todos los atletas en los que esto fue "detectado" en los Juegos Olímpicos de Verano de 1996 fueron considerados falsos positivos y no fueron descalificados. Específicamente, se encontró que ocho participantes femeninas (de un total de 3387) en estos juegos tenían el gen SRY. Sin embargo, después de una investigación más profunda de sus condiciones genéticas, todas estas atletas fueron verificadas como mujeres y se les permitió competir. Se encontró que estas atletas tenían insensibilidad a los andrógenos parcial o total , a pesar de tener un gen SRY, lo que las hacía externamente fenotípicamente femeninas. [33] A fines de la década de 1990, varias sociedades profesionales relevantes en Estados Unidos pidieron la eliminación de la verificación de género, incluida la Asociación Médica Estadounidense , afirmando que el método utilizado era incierto e ineficaz. [34] La detección cromosómica se eliminó a partir de los Juegos Olímpicos de Verano de 2000 , [34] [35] [36] pero luego se le sumaron otras formas de pruebas basadas en los niveles hormonales. [37]
A pesar de los avances logrados durante las últimas décadas en el estudio de la determinación del sexo, el gen SRY y su proteína, aún se está trabajando para comprender mejor estas áreas. Aún quedan factores que necesitan ser identificados en la red molecular que determina el sexo, y los cambios cromosómicos involucrados en muchos otros casos de inversión sexual humana aún son desconocidos. Los científicos continúan buscando genes adicionales que determinen el sexo, utilizando técnicas como el cribado de microarrays de los genes de la cresta genital en diferentes etapas del desarrollo, cribado de mutagénesis en ratones para fenotipos de inversión sexual e identificación de los genes sobre los que actúan los factores de transcripción utilizando inmunoprecipitación de cromatina . [15]
Uno de los modelos knockout para el gen SRY se realizó en cerdos. Mediante el uso de la tecnología CRISPR, el gen SRY fue eliminado en cerdos machos. El objetivo de la tecnología CRISPR es el grupo de alta movilidad ubicado en el gen SRY. La investigación mostró que con la ausencia de SRY, tanto los genitales internos como los externos estaban invertidos. Cuando nacieron los lechones eran fenotípicamente masculinos pero expresaban genitales femeninos. [38] Otro estudio realizado en ratones utilizó la tecnología TALEN para producir un modelo knockout de SRY. Estos ratones expresaron genitales externos e internos, así como un nivel femenino normal de testosterona circulante. [39] Estos ratones, a pesar de tener cromosomas XY, expresaron un ciclo estral normal aunque con fertilidad reducida. Ambos estudios destacaron el papel que desempeña SRY en el desarrollo de los testículos y otros órganos reproductivos masculinos.
