La proteína de la región Y determinante del sexo ( 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 de la iniciación del sexo masculino. Determinación del sexo en mamíferos therian ( 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 efectos variables en el fenotipo y genotipo de un individuo .
SRY es miembro de la familia de genes de proteínas de unión al ADN SOX (caja similar a SRY) . Cuando forma un complejo 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 indiferenciada , convirtiéndola en un testículo . Las células de Leydig del testículo ahora inducidas 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 hombres. También trabaja 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 se produjo después de la división entre monotremas y therians . 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 utilizan SRY en su proceso de determinación del sexo, la acción de SRY difiere entre especies. [10] La secuencia del gen también cambia; Si bien el núcleo del gen, la caja del grupo de alta movilidad (HMG) , se conserva entre especies, otras regiones del gen no. [10] SRY es uno de los cuatro genes del cromosoma Y humano que se ha demostrado que surgió del cromosoma Y original. [13] Los otros 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 del sexo de otros organismos modelo, por lo que 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 al ADN. Las mutaciones en esta región dan como resultado la inversión del sexo , donde se produce el sexo opuesto. [14] Debido a que hay poca conservación, el promotor SRY , los elementos regulatorios y la regulación no se comprenden bien. Dentro de los grupos de mamíferos relacionados existen homologías dentro de los primeros 400 a 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 1 del tumor de Wilms ( WT1 ), a la secuencia del promotor humano, influye en la expresión de SRY . [14]
La región promotora tiene dos sitios de unión Sp1, en -150 y -13, que funcionan como sitios reguladores. Sp1 es un factor de transcripción que se une a secuencias consenso ricas en GC, y la mutación de los sitios de unión de SRY conduce a una reducción del 90% en la transcripción genética. Los estudios sobre SF1 han arrojado resultados menos definitivos. Las mutaciones de SF1 pueden provocar la inversión del sexo y la eliminación puede provocar un desarrollo incompleto de las gónadas. Sin embargo, no está claro cómo SF1 interactúa directamente con el promotor SR1 . [15] La región promotora también tiene dos sitios de unión a 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 activador. La mutación de los dedos de zinc o la inactivación de WT1 da como resultado una reducción del tamaño de las gónadas masculinas. 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 inversión del sexo. No está claro cómo funciona DAX1 y se han sugerido muchas vías diferentes, incluida la desestabilización transcripcional de SRY y la unión de ARN. Existe evidencia de trabajos sobre la supresión del desarrollo masculino de que DAX1 puede interferir con la función de SF1 y, a su vez, la transcripción de SRY mediante el reclutamiento de correpresores. [14]
También hay evidencia de que la proteína 4 de unión a GATA ( GATA4 ) y FOG2 contribuyen a la activación de SRY al asociarse con su promotor. No está claro cómo estas proteínas regulan la transcripción SRY , pero los mutantes FOG2 y GATA4 tienen niveles significativamente más bajos de transcripción 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 remodeladoras 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 se encuentran en un estado bipotencial, lo que significa que poseen la capacidad de convertirse en células masculinas ( células de Sertoli y Leydig ) o femeninas ( células foliculares y células de la teca ). SRY inicia la diferenciación de los testículos activando factores de transcripción específicos de los hombres 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 seguirán proliferando para formar el testículo primordial. Este breve repaso constituye la serie básica de acontecimientos, pero hay muchos más factores que influyen en la diferenciación de sexo.
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 dominio de unión al ADN. El dominio C-terminal no tiene estructura conservada y el dominio N-terminal puede fosforilarse para mejorar la unión al ADN. [15] El proceso comienza con la localización nuclear de SRY mediante la acetilación de las regiones señal de localización nuclear, lo que permite la unión de importina β y 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 los testículos del núcleo Sox9), el elemento potenciador específico de los testículos del gen Sox9 en los precursores de las células de Sertoli, ubicado aguas arriba de el sitio de inicio de la transcripción del gen Sox9. [7] Específicamente, es la región HMG de SRY la que se une al surco menor de la secuencia objetivo 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 ve facilitada por la señalización autocrina o paracrina realizada por PGD 2 . [18] La proteína SOX9 luego inicia un circuito 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 en las células gonadales bipotenciales XX y XY a lo largo de la cresta urogenital. Sin embargo, la unión del complejo SRY-SF1 al potenciador específico de los testículos (TESCO) en SOX9 conduce a una regulación positiva significativa del gen sólo 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 circuito de retroalimentación positiva; al igual que SRY, SOX9 forma complejos con SF1 y se une al potenciador TESCO, lo que lleva 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 completamente, 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 celular autónoma de los precursores de células de soporte en las gónadas en células de Sertoli, el comienzo del desarrollo de los testículos. Se supone que estas células de Sertoli iniciales, en el centro de la gónada, son el punto de partida de una onda de FGF9 que se propaga por toda la gónada XY en desarrollo, lo que lleva 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 vasculatura específica de los testículos), aunque los mecanismos exactos aún no están 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 cierto punto del desarrollo en el que el factor determinante de los testículos 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 el 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 de XXY. La recombinación genética atípica durante el cruce , cuando un espermatozoide se está desarrollando, puede dar como resultado cariotipos que no son típicos por su expresión fenotípica.
La mayoría de las veces, cuando un espermatozoide en desarrollo se cruza 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, ya no se producirá el desarrollo de los testículos. Esto se conoce como síndrome de Swyer , caracterizado por un cariotipo XY y un fenotipo femenino. Las personas que padecen este síndrome normalmente tienen útero y trompas de Falopio formados, pero las gónadas no son funcionales. Las personas con síndrome de Swyer generalmente se consideran mujeres. [21] En el otro espectro, el síndrome masculino XX ocurre cuando un cuerpo tiene cariotipo 46:XX y SRY se adhiere a uno de ellos mediante translocación. Las personas con síndrome masculino XX tienen un cariotipo XX pero son hombres. [22] Las personas con cualquiera de estos síndromes pueden experimentar retraso en la pubertad, infertilidad y características de crecimiento del sexo opuesto con el que se identifican. Los hombres con síndrome XX pueden desarrollar senos y aquellos con síndrome de Swyer pueden tener vello facial. [21] [23]
Si bien la presencia o ausencia de SRY generalmente ha determinado si se produce 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 personas que tienen el gen SRY, pero aún así se desarrollan como mujeres, ya sea porque el gen en sí es defectuoso o está mutado, o porque uno de los factores contribuyentes es defectuoso. [25] Esto puede suceder en personas que exhiben un cariotipo positivo XY, XXY o XX SRY.
Además, otros sistemas determinantes 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 gónadas en testículos. Luego se producirá testosterona e iniciará el desarrollo de otras características sexuales masculinas. De manera similar, si SRY no está presente para XX, habrá una falta de SRY debido a que no hay cromosoma Y. La falta de SRY permitirá que la corteza de las gónadas embrionarias se convierta 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 (AIS) subyacente. [27] Las personas con AIS no pueden responder adecuadamente a los andrógenos debido a un defecto en su gen receptor de andrógenos, y las personas afectadas pueden tener AIS total 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 del 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 EC esquelética. [32] Dos tercios de las personas 46,XY diagnosticadas con EC tienen cantidades fluctuantes de inversión sexual de hombre a mujer. [31]
Uno de los usos más controvertidos de este descubrimiento fue como medio para la verificación de género 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 permitía participar como mujeres, aunque a todos los atletas en a quienes esto fue "detectado" en los Juegos Olímpicos de Verano de 1996 se les consideró falsos positivos y no fueron descalificados. Específicamente, se descubrió que ocho mujeres participantes (de un total de 3387) en estos juegos tenían el gen SRY. Sin embargo, después de una mayor investigación de sus condiciones genéticas, se verificó que todas estas atletas eran mujeres y se les permitió competir. Se descubrió que estas atletas tenían insensibilidad parcial o total a los andrógenos , a pesar de tener un gen SRY, lo que las hacía externamente fenotípicamente femeninas. [33] A finales 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 fueron seguidas por otras formas de pruebas basadas en niveles hormonales. [37]
A pesar de los avances realizados durante las últimas décadas en el estudio de la determinación del sexo, el gen SRY y su proteína, todavía se está trabajando para lograr una mayor comprensión en estas áreas. Aún quedan factores por identificar en la red molecular que determina el sexo, y aún se desconocen los cambios cromosómicos implicados en muchos otros casos de reversión del sexo en humanos. Los científicos continúan buscando genes determinantes del sexo adicionales, utilizando técnicas como la detección con microarrays de los genes de la cresta genital en distintas etapas de desarrollo, pruebas de mutagénesis en ratones para detectar fenotipos de inversión sexual e identificando los genes sobre los que actúan los factores de transcripción mediante inmunoprecipitación de cromatina . [15]
Uno de los modelos knockout para el gen SRY se realizó en cerdos. Mediante el uso de la tecnología CRISPR, se eliminó el gen SRY en cerdos macho. El objetivo de la tecnología CRISPR es el grupo de alta movilidad ubicado en el gen SRY. La investigación demostró que con la ausencia de SRY, tanto los genitales internos como los externos estaban invertidos. Cuando nacieron los lechones eran fenotípicamente machos pero expresaban genitales femeninos. [38] Otro estudio realizado en ratones utilizó la tecnología TALEN para producir un modelo knockout para 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 de estro normal aunque con fertilidad reducida. Ambos estudios destacaron el papel que desempeña SRY en el desarrollo de los testículos y otros órganos reproductivos masculinos.
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