El sistema de determinación sexual XY es un sistema de determinación sexual utilizado para clasificar a muchos mamíferos , incluidos los humanos , algunos insectos ( Drosophila ), algunas serpientes, algunos peces ( guppies ) y algunas plantas ( árbol Ginkgo ).
En este sistema, el sexo de un individuo suele estar determinado por un par de cromosomas sexuales . Normalmente, las hembras tienen dos cromosomas sexuales del mismo tipo (XX), y se denominan sexo homogamético . Los machos suelen tener dos tipos diferentes de cromosomas sexuales (XY), y se denominan sexo heterogamético . [1] En los seres humanos, la presencia del cromosoma Y es responsable de desencadenar el desarrollo masculino; en ausencia del cromosoma Y, el feto experimentará el desarrollo femenino. Hay varias excepciones, como los individuos con síndrome de Klinefelter (que tienen cromosomas XXY), síndrome de Swyer (hembras con cromosomas XY) y síndrome masculino XX (síndrome de la Chapelle, varones con cromosomas XX), sin embargo, estas excepciones son raras. En algunos casos, una hembra aparentemente normal con vagina, cuello uterino y ovarios tiene cromosomas XY, pero el gen SRY se ha desactivado. [2] [3] En la mayoría de las especies con determinación sexual XY, un organismo debe tener al menos un cromosoma X para sobrevivir. [4] [5]
El sistema XY contrasta de varias maneras con el sistema de determinación sexual ZW que se encuentra en las aves , algunos insectos, muchos reptiles y varios otros animales, en los que el sexo heterogamético es femenino. Se había pensado durante varias décadas que en todas las serpientes el sexo estaba determinado por el sistema ZW, pero se habían observado efectos inesperados en la genética de las especies de las familias Boidae y Pythonidae ; por ejemplo, la reproducción partenogénica produjo solo hembras en lugar de machos, lo que es lo opuesto de lo que se espera en el sistema ZW. En los primeros años del siglo XXI, tales observaciones impulsaron la investigación que demostró que todas las pitones y boas investigadas hasta ahora definitivamente tienen el sistema XY de determinación sexual. [6] [7]
En algunos reptiles y peces se encuentra un sistema de determinación del sexo dependiente de la temperatura .
Todos los animales tienen un conjunto de ADN que codifica los genes presentes en los cromosomas . En los seres humanos, la mayoría de los mamíferos y algunas otras especies, dos de los cromosomas , llamados cromosoma X y cromosoma Y , codifican el sexo. En estas especies, uno o más genes están presentes en su cromosoma Y que determinan la masculinidad. En este proceso, un cromosoma X y un cromosoma Y actúan para determinar el sexo de la descendencia, a menudo debido a genes ubicados en el cromosoma Y que codifican la masculinidad. La descendencia tiene dos cromosomas sexuales: una descendencia con dos cromosomas X (XX) desarrollará características femeninas, y una descendencia con un cromosoma X y un cromosoma Y (XY) desarrollará características masculinas.
En la mayoría de los mamíferos, el sexo está determinado por la presencia del cromosoma Y. Esto hace que los individuos con cariotipos XXY y XYY sean machos, y los individuos con cariotipos X y XXX , hembras. [1]
En la década de 1930, Alfred Jost determinó que la presencia de testosterona era necesaria para el desarrollo del conducto de Wolff en el conejo macho. [8]
El SRY es un gen determinante del sexo en el cromosoma Y de los terios (mamíferos placentarios y marsupiales). [9] Los mamíferos no humanos utilizan varios genes en el cromosoma Y. [ cita requerida ]
No todos los genes específicos masculinos se encuentran en el cromosoma Y. El ornitorrinco , un monotrema , utiliza cinco pares de cromosomas XY diferentes con seis grupos de genes ligados al sexo masculino, siendo la AMH el interruptor maestro. [10]
Un único gen ( SRY ) presente en el cromosoma Y actúa como señal para establecer el camino del desarrollo hacia la masculinidad. La presencia de este gen inicia el proceso de virilización . Este y otros factores dan lugar a las diferencias sexuales en los seres humanos . [11] Las células de las hembras, con dos cromosomas X, sufren una inactivación del cromosoma X , en la que uno de los dos cromosomas X se inactiva. El cromosoma X inactivado permanece dentro de una célula como un cuerpo de Barr .
Algunas especies de tortugas han desarrollado de forma convergente sistemas de determinación sexual XY, específicamente las de Chelidae y Staurotypinae . [12]
Otras especies (incluida la mayoría de las especies de Drosophila ) utilizan la presencia de dos cromosomas X para determinar la feminidad: un cromosoma X otorga la supuesta masculinidad, pero la presencia de genes del cromosoma Y es necesaria para el desarrollo normal de los machos. En la mosca de la fruta, los individuos con XY son machos y los individuos con XX son hembras; sin embargo, los individuos con XXY o XXX también pueden ser hembras, y los individuos con X pueden ser machos. [13]
Muy pocas especies de angiospermas dioicas tienen determinación sexual XY, [14] como la Silene latifolia . [15] En estas especies la determinación sexual es similar a la de los mamíferos, donde el macho es XY y la hembra es XX. [16]
Aunque el sistema de determinación sexual XY es el más conocido, ya que es el que utilizan los humanos, en la naturaleza se encuentran varios sistemas alternativos. El sistema inverso del XY (llamado ZW para distinguirlo) se utiliza en aves y muchos insectos, en los que las hembras son heterogaméticas (ZW), mientras que los machos son homogaméticos (ZZ). [17]
Muchos insectos del orden Hymenoptera tienen, en cambio, un sistema haplodiploide , en el que las hembras son completamente diploides (todos los cromosomas aparecen en pares) pero los machos son haploides (tienen una sola copia de todos los cromosomas). Algunos otros insectos tienen el sistema de determinación sexual X0 , en el que sólo el cromosoma determinante del sexo varía en ploidía (XX en las hembras pero X en los machos), mientras que todos los demás cromosomas aparecen en pares en ambos sexos. [18]
En una entrevista para el sitio web Rediscovering Biology , [19] el investigador Eric Vilain describió cómo cambió el paradigma desde el descubrimiento del gen SRY:
Durante mucho tiempo se creyó que el SRY activaría una cascada de genes masculinos. Resulta que la vía de determinación del sexo es probablemente más complicada y que el SRY puede, de hecho, inhibir algunos genes antimasculinos.
La idea es que en lugar de tener un mecanismo simplista por el cual hay genes pro-masculinos que llegan hasta el final para formar un varón, de hecho hay un equilibrio sólido entre genes pro-masculinos y genes anti-masculinos y si hay un poco demasiado de genes anti-masculinos, puede nacer una mujer y si hay un poco demasiado de genes pro-masculinos, nacerá un varón.
Estamos entrando en esta nueva era en la biología molecular de la determinación sexual, donde se trata de una dosis más sutil de genes, algunos pro-machos, algunos pro-hembras, algunos anti-machos, algunos anti-hembras, que interactúan entre sí en lugar de una simple vía lineal de genes que van uno tras otro, lo que lo hace muy fascinante pero muy complicado de estudiar.
En una entrevista de Scientific American en 2007, a Vilian le preguntaron: "Parece como si estuvieras describiendo un cambio desde la visión predominante de que el desarrollo femenino es una vía molecular predeterminada hacia vías activas pro-masculinas y anti-masculinas. ¿Existen también vías pro-femeninas y anti-femeninas?" [20] Él respondió:
La determinación moderna del sexo comenzó a fines de la década de 1940, en 1947, cuando el fisiólogo francés Alfred Jost dijo que el testículo es el que determina el sexo. Tener un testículo determina la masculinidad, no tener un testículo determina la feminidad. El ovario no determina el sexo. No influirá en el desarrollo de los genitales externos. En 1959, cuando se descubrió el cariotipo de los síndromes de Klinefelter [un hombre que es XXY] y Turner [una mujer que tiene un cromosoma X], quedó claro que en los humanos era la presencia o ausencia del cromosoma Y lo que determina el sexo, porque todos los Klinefelter que tienen un cromosoma Y son hombres, mientras que los Turner, que no tienen un cromosoma Y, son mujeres. Por lo tanto, no se trata de una dosis o de la cantidad de X, sino de la presencia o ausencia de Y. Si combinamos esos dos paradigmas, obtenemos una base molecular que probablemente sea un factor, un gen, que es un factor determinante de los testículos, y ese es el gen que determina el sexo. Por lo tanto, el campo que se basa en eso está realmente orientado a encontrar factores determinantes de los testículos. Sin embargo, lo que descubrimos no fueron solo factores determinantes protesticulares. Hay una serie de factores que están ahí, como WNT4, como DAX1, cuya función es contrarrestar la vía masculina.
En los mamíferos, incluidos los humanos, el gen SRY desencadena el desarrollo de gónadas no diferenciadas en testículos en lugar de ovarios . Sin embargo, hay casos en los que los testículos pueden desarrollarse en ausencia de un gen SRY (ver inversión sexual ). En estos casos, el gen SOX9 , involucrado en el desarrollo de los testículos, puede inducir su desarrollo sin la ayuda de SRY. En ausencia de SRY y SOX9, no se pueden desarrollar testículos y el camino está libre para el desarrollo de los ovarios. Aun así, la ausencia del gen SRY o el silenciamiento del gen SOX9 no son suficientes para desencadenar la diferenciación sexual de un feto en dirección femenina. Un hallazgo reciente sugiere que el desarrollo y mantenimiento de los ovarios es un proceso activo, [21] regulado por la expresión de un gen "pro-femenino", FOXL2 . En una entrevista [22] para la edición de TimesOnline , la coautora del estudio Robin Lovell-Badge explicó la importancia del descubrimiento:
Damos por sentado que mantenemos el sexo con el que nacemos, incluso si tenemos testículos u ovarios. Pero este trabajo demuestra que la actividad de un solo gen, FOXL2, es lo único que impide que las células ováricas adultas se conviertan en células que se encuentran en los testículos.
El estudio de los determinantes genéticos del sexo humano puede tener consecuencias de amplio alcance. Los científicos han estado estudiando diferentes sistemas de determinación del sexo en moscas de la fruta y modelos animales para intentar comprender cómo la genética de la diferenciación sexual puede influir en procesos biológicos como la reproducción, el envejecimiento [23] y las enfermedades.
En los seres humanos y en muchas otras especies animales, el padre determina el sexo del niño. En el sistema de determinación sexual XY, el óvulo aportado por la mujer aporta un cromosoma X y el espermatozoide aportado por el hombre aporta un cromosoma X o un cromosoma Y, lo que da como resultado una descendencia femenina (XX) o masculina (XY), respectivamente.
Los niveles hormonales en el progenitor masculino afectan la proporción sexual de los espermatozoides en los seres humanos. [24] Las influencias maternas también influyen en qué espermatozoides tienen más probabilidades de lograr la concepción .
Los óvulos humanos, al igual que los de otros mamíferos, están cubiertos por una gruesa capa translúcida llamada zona pelúcida , que el espermatozoide debe penetrar para fecundar el óvulo. Aunque en el pasado se consideraba simplemente un impedimento para la fecundación , investigaciones recientes indican que la zona pelúcida puede funcionar como un sofisticado sistema de seguridad biológica que controla químicamente la entrada del espermatozoide en el óvulo y protege al óvulo fecundado de la entrada de espermatozoides adicionales. [25]
Investigaciones recientes indican que los óvulos humanos pueden producir una sustancia química que parece atraer a los espermatozoides e influir en su movimiento al nadar. Sin embargo, no todos los espermatozoides se ven afectados positivamente; algunos parecen permanecer inalterados y otros incluso se alejan del óvulo. [26]
También pueden ser posibles influencias maternas que afecten la determinación del sexo de tal manera que produzcan gemelos fraternos con el mismo peso entre un varón y una mujer. [27]
Se ha descubierto que el momento en el que se produce la inseminación durante el ciclo estral afecta la proporción sexual de las crías de humanos, ganado, hámsteres y otros mamíferos. [24] Las condiciones hormonales y de pH dentro del tracto reproductivo femenino varían con el tiempo, y esto afecta la proporción sexual de los espermatozoides que llegan al óvulo. [24]
También se produce mortalidad de embriones específica del sexo. [24]
Aristóteles creía incorrectamente que el sexo de un bebé se determina por la cantidad de calor que tuvo el esperma de un hombre durante la inseminación. Escribió:
... el semen del macho se diferencia de la secreción correspondiente de la hembra en que contiene en sí mismo un principio capaz de provocar movimientos también en el embrión y de preparar con precisión el alimento final, mientras que la secreción de la hembra contiene sólo materia. Si, pues, prevalece el elemento masculino, atrae hacia sí al elemento femenino, pero si éste es vencido, se transforma en lo contrario o se destruye.
Aristóteles afirmó erróneamente que el principio masculino era el motor de la determinación del sexo, [28] de modo que si el principio masculino se expresaba de forma insuficiente durante la reproducción, el feto se desarrollaría como una mujer.
A Nettie Stevens (que trabajaba con escarabajos) y Edmund Beecher Wilson (que trabajaba con hemípteros ) se les atribuye el descubrimiento independiente, en 1905, del sistema de determinación sexual cromosómico XY en insectos: el hecho de que los machos tienen cromosomas sexuales XY y las hembras tienen cromosomas sexuales XX. [29] [30] [31] A principios de la década de 1920, Theophilus Painter demostró que el sexo en los humanos (y otros mamíferos) también estaba determinado por los cromosomas X e Y, y los cromosomas que hacen esta determinación son transportados por los espermatozoides. [32]
Las primeras pistas sobre la existencia de un factor que determina el desarrollo de los testículos en los mamíferos surgieron de los experimentos realizados por Alfred Jost , [33] quien castró embriones de conejos en el útero y observó que todos adquirían un fenotipo femenino . [34]
En 1959, CE Ford y su equipo, a raíz de los experimentos de Jost, descubrieron [35] que el cromosoma Y era necesario para que un feto se desarrollara como varón cuando examinaron pacientes con síndrome de Turner , que crecieron como mujeres fenotípicas, y descubrieron que eran X0 ( hemicigotas para X y no Y). Al mismo tiempo, Jacob y Strong describieron un caso de un paciente con síndrome de Klinefelter (XXY), [36] que implicaba la presencia de un cromosoma Y en el desarrollo de la masculinidad. [37]
Todas estas observaciones llevaron a un consenso sobre la existencia de un gen dominante que determina el desarrollo de los testículos ( TDF ) en el cromosoma Y humano. [37] La búsqueda de este factor determinante de los testículos (TDF) llevó a un equipo de científicos [38] en 1990 a descubrir una región del cromosoma Y que es necesaria para la determinación del sexo masculino, que se denominó SRY (región determinante del sexo del cromosoma Y). [37]