Αλλαγή φύλου με ένα γονίδιο!

Ως τώρα νομίζαμε ότι η υπόθεση του φύλου «κλείδωνε» κατά τη γονιμοποίηση αφού εξαρτάται από το κληρονομούμενο χρωμόσωμα Χ ή Υ. Και όμως! Για τη διατήρηση των γυναικείων χαρακτηριστικών απαιτείται πολλή δουλειά και από άλλα γονίδια που, αν σιγήσουν, μια γυναίκα μπορεί να γίνει… άνδρας
Πριν από περίπου 15 χρόνια διημείφθη μια συζήτηση μεταξύ δύο φίλων, ενός βιολόγου και ενός δικηγόρου. Την αφορμή έδωσε η είδηση ότι ένας θερμόαιμος Κρητικός αρνιόταν πεισματικά να παραλάβει τη γυναίκα του από το μαιευτήριο, όπου είχε γεννήσει το 8ο κατά σειρά παιδί τους, επειδή αυτό δεν ήταν αγόρι όπως τα προηγούμενα επτά, αλλά κορίτσι! Ο βιολόγος αφού διάβασε την είδηση στην εφημερίδα, σχολίασε: «Προφανώς ο δυστυχής δεν γνωρίζει ότι ο πατέρας καθορίζει το φύλο του παιδιού». «Τι εννοείς» ρώτησε ο δικηγόρος φίλος του, ο οποίος επίσης δεν γνώριζε τις λεπτομέρειες του φυλοκαθορισμού στον άνθρωπο. Έτσι, όλη η ομήγυρη πληροφορήθηκε ότι «το θέμα του φυλοκαθορισμού στον άνθρωπο έχει ξεκαθαριστεί εδώ και πολλά χρόνια. Άνδρες και γυναίκες φέρουν τα ίδια χρωμοσώματα εκτός από τα γενετικά: οι γυναίκες διαθέτουν δύο Χ και οι άνδρες ένα Χ και ένα Υ.Αυτό σημαίνει ότι όλα τα ωάρια περιέχουν ένα Χ χρωμόσωμα, ενώ τα σπερματοζωάρια περιέχουν ή το Χ ή το Υ. Δηλαδή οι γυναίκες συμβάλλουν στην επόμενη γενιά με το ίδιο πάντοτε χρωμόσωμα,ενώ οι άνδρες έχουν δύο πιθανότητες: το σπερματοζωάριο που γονιμοποιεί το ωάριο να κουβαλά ή το Υ χρωμόσωμα ή το Χ. Στην πρώτη περίπτωση, η ένωση του πατρικού Υ με το Χ της μητέρας θα δώσει αρσενικό απόγονο, ενώ στη δεύτερη, τα δύο Χ θα σημάνουν κορίτσι».
Ικανοποιημένος με την εξήγησή του, ο βιολόγος ανέμενε τουλάχιστον μια ένδειξη ότι το μήνυμά του είχε γίνει κατανοητό από την άλλη πλευρά. Έτσι, έμεινε εμβρόντητος όταν έλαβε την εξής απάντηση: «Και είναι σίγουρο τώρα αυτό; Ποιος μας βεβαιώνει ότι σε μερικά χρόνια δεν θα έλθετε πάλι εσείς οι επιστήμονες να μας πείτε κάτι διαφορετικό;»

Το επίμαχο γονίδιο

Στις αρχές του περασμένου Δεκεμβρίου, Γερμανοί ερευνητές του Ευρωπαϊκού Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας (Εuropean Μolecular Βiology Laboratory, ΕΜΒL) ανακοίνωσαν μια εντελώς απροσδόκητη ανακάλυψή τους η οποία δυναμιτίζει τα δεδομένα του φυλοκαθορισμού των θηλαστικών. Εργαζόμενοι με ποντίκια, οι Γερμανοί επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η απενεργοποίηση ενός και μόνο γονιδίου ήταν αρκετή προκειμένου τα κύτταρα των ωοθηκών ενήλικων πειραματόζωων να μετατραπούν σε κύτταρα όρχεων! Με άλλα λόγια, ένα θηλυκό ποντικάκι (που προφανώς έφερε δύο Χ χρωμοσώματα) έγινε αρσενικό μόνο και μόνο επειδή έπαψε να λειτουργεί ένα γονίδιο!

Τα αποτελέσματα του πειραματισμού των Γερμανών επιστημόνων, τα οποία δημοσιεύονται στο τεύχος της 11ης Δεκεμβρίου 2009 της επιθεώρησης «Cell», θα οδηγήσουν σε αναθεώρηση των εγχειριδίων Βιολογίας καθώς ανατρέπουν μια σειρά απόψεις για τη δημιουργία του φύλου στα θηλαστικά. Πράγματι, το φύλο των ανθρώπων, όπως και της πλειονότητας των θηλαστικών, καθορίζεται από ένα ζεύγος φυλετικών χρωμοσωμάτων: τα θηλυκά άτομα διαθέτουν δύο Χ χρωμοσώματα και τα αρσενικά ένα Χ και ένα Υ. Φαίνεται όμως ότι η ύπαρξη δύο Χ χρωμοσωμάτων είναι αναγκαία αλλά όχι και ικανή συνθήκη για την ανάπτυξη και τη διατήρηση της θηλυκότητας.

Τι πιστεύαμε

Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή. Το πεδίο του φυλοκαθορισμού στα θηλαστικά χρωστά πολλά στην ερευνητική δραστηριότητα του Robin Lovell-Βadge, ο οποίος σήμερα εργάζεται στο Εθνικό Ινστιτούτο για την Ιατρική Ερευνα (Νational Ιnstitute for Μedical Research, ΝΙΜR) στο Λονδίνο. Το 1991, ο Lovell-Βadge και οι συνεργάτες του εντόπισαν στο Υ χρωμόσωμα το γονίδιο Sry.Το προϊόν του γονιδίου αυτού δρα σαν ένας γενικός μοριακός διακόπτης, «ανοίγοντας» γονίδια τα οποία είναι απαραίτητα για τον σχηματισμό των αρσενικών χαρακτηριστικών στα ανθρώπινα έμβρυα. Πολύ νωρίς, κατά την ανθρώπινη εμβρυϊκή ανάπτυξη, μια πολύτιμη ομάδα κυττάρων ξεχωρίζει. Πρόκειται για τα κύτταρα που θα διαιωνίσουν το είδος, τα κύτταρα από τα οποία θα προκύψουν κατά την ενήλικη ζωή τα ωάρια ή τα σπερματοζωάρια. Αυτή η παρακαταθήκη κυττάρων «περιμένει εντολές» σχετικά με την πορεία διαφοροποίησης της, αναμένει δηλαδή να λάβει τα μοριακά μηνύματα τα οποία θα την οδηγήσουν στη δημιουργία ωοθηκών ή όρχεων. Όταν ένα ανθρώπινο έμβρυο φέρει το Υ χρωμόσωμα, οι εντολές που εκπηγάζουν από τη δράση του γονιδίου Sry έχουν ως αποτέλεσμα το έμβρυο να αναπτύσσει ανδρικά χαρακτηριστικά. Με άλλα λόγια, η συνταγή για τη δημιουργία ανδρών απαιτεί και προϋποθέτει δράση του Sry.

Τα ευρήματα του Lovell-Βadge είχαν οδηγήσει στο συμπέρασμα ότι η προεπιλεγμένη κατάσταση για ένα έμβρυο ήταν η θηλυκή. Πίστευαν δηλαδή οι ερευνητές, ότι ένα έμβρυο ήταν προεπιλεγμένο να γίνει θηλυκό (να δημιουργήσει ωοθήκες κτλ.), εκτός αν άρχιζε να εκφράζει το γονίδιο Sry, οπότε και έπαιρνε τον ανδρικό δρόμο.

Τι έδειξε τοFoxl2

Το φύλο του παιδιού καθορίζεται από τον πατέρα. Όπως φαίνεται στο μέσον της αριστερής στήλης, όλα τα ωάρια φέρουν το Χ χρωμόσωμα. Τα σπερματοζωάρια όμως (μέσον δεξιάς στήλης) φέρουν είτε το Χ είτε το Υ χρωμόσωμα. Στην πρώτη περίπτωση η ένωση των δύο Χ θα δώσει θηλυκό έμβρυο, ενώ στη δεύτερη ο συνδυασμός Χ και Υ θα δώσει αρσενικό

Αλλά τα πράγματα φαίνεται ότι δεν είναι και τόσο απλά. Η μελέτη της ανθρώπινης εμβρυϊκής ανάπτυξης είχε καταδείξει ότι ένα γονίδιο φαινόταν να σχετίζεται με την ανάπτυξη των θηλυκών χαρακτηριστικών στα θηλαστικά, αλλά κανείς δεν γνώριζε ποια ήταν η ακριβής δράση του. Το γονίδιο ονομάζεται Foxl2 και εδράζει στο χρωμόσωμα 3, το φέρουν δηλαδή και τα δύο φύλα. Ένας κλασικός τρόπος να διερευνηθεί η δράση ενός γονιδίου είναι η απενεργοποίηση του. Με άλλα λόγια, όταν οι ερευνητές δεν γνωρίζουν τι κάνει ένα γονίδιο, βρίσκουν έξυπνους τρόπους να σταματήσουν τη δράση του. Εξετάζοντας τα αποτελέσματα αυτής της ενέργειας εξάγουν χρήσιμα συμπεράσματα. Αυτή τη δοκιμασμένη στρατηγική εφάρμοσαν και οι Γερμανοί ερευνητές, υπό τη διεύθυνση του Dr. Μathias Τreier, προκειμένου να διαλευκάνουν τη δράση του Foxl2: απενεργοποίησαν το γονίδιο και εξέτασαν τα αποτελέσματα που είχε η ενέργειά τους.
Οι ερευνητές ανέμεναν ότι πιθανότατα η απενεργοποίηση του γονιδίου θα είχε συνέπειες στη γονιμότητα των πειραματόζωων, θα μπορούσε επί παραδείγματι να παρεμποδίζει την ωρίμανση των ωαρίων. Προς μεγάλη τους έκπληξη όμως, διαπίστωσαν ότι οι συνέπειες του πειραματισμού τους ήταν πολύ δριμύτερες: ούτε λίγο ούτε πολύ τα θηλυκά ποντικάκια έγιναν αρσενικά! Ειδικότερα, τα κύτταρα των ωοθηκών τους που υπό κανονικές συνθήκες υποστηρίζουν την ανάπτυξη των ωαρίων, μετατράπηκαν σε κύτταρα που υποστηρίζουν την ανάπτυξη σπερματοζωαρίων στους όρχεις και τα ορμονοπαραγωγά κύτταρα άρχισαν την παραγωγή τεστοστερόνης, της ανδρικής δηλαδή ορμόνης!

Τι συμπέραναν λοιπόν οι Γερμανοί επιστήμονες για τη δράση του Foxl2; Ότι η δουλειά του είναι να διατηρεί τη θηλυκότητα των θηλυκών ατόμων των ενήλικων θηλαστικών. Με άλλα λόγια, συμπέραναν ότι η ύπαρξη δύο Χ χρωμοσωμάτων είναι αναγκαία αλλά όχι και ικανή συνθήκη για τη δημιουργία γόνιμων θηλυκών ατόμων στα θηλαστικά και ότι απαιτείται συνεχής επαγρύπνηση εκ μέρους του οργανισμού για τη διατήρηση του φύλου.

Το τέλος της «προεπιλογής»

Μέσω ποιου μηχανισμού όμως διατηρεί το Foxl2 γονίδιο τα θηλυκά θηλαστικά στον «σωστό δρόμο»; Προκειμένου να δώσουν απάντηση σε αυτό το ερώτημα, οι Γερμανοί ερευνητές ζήτησαν τη συνεργασία του Robin Lovell-Βadge ο οποίος έχει μελετήσει πολλά από τα γονίδια που λαμβάνουν οδηγίες από το Sry και ενεργοποιούνται για τη δημιουργία των όρχεων. Ένα από τα καλά μελετημένα γονίδια είναι το Sox9 το οποίο είναι απαραίτητο για να δημιουργηθούν οι όρχεις στα ανθρώπινα έμβρυα. Φαίνεται όμως ότι η δράση του Sox9 δεν σταματά στην εμβρυογένεση, αλλά συνεχίζεται και κατά τη διάρκεια της ενήλικης ζωής. Βλέπετε, από τη συνεργασία των δύο ερευνητικών ομάδων προέκυψε ότι η δράση του Foxl2 συνίσταται στην αναστολή της δράσης του Sox9,το οποίο εδράζει στο χρωμόσωμα 17 και ως εκ τούτου το φέρουν άνδρες και γυναίκες.

Η εικόνα που προέκυψε από τα παραπάνω ευρήματα έχει λοιπόν ως εξής:  Η θηλυκότητα των θηλαστικών μακράν του να είναι μια προεπιλεγμένη παθητική κατάσταση, απαιτεί συνεχή προσπάθεια εκ μέρους του οργανισμού προκειμένου να διατηρηθεί στην ενήλικη ζωή. Απαιτείται δηλαδή η συνεχής καταστολή (από το Foxl2) των «ανδροποιών» γονιδίων (όπως του Sox9) προκειμένου να διατηρηθεί η θηλυκότητα. Με άλλα λόγια, ακόμη και αν ο πόλεμος των δύο φύλων δεν υφίσταται κοινωνικά, φαίνεται ότι είναι δριμύτατος και μαίνεται μέσα στον καθέναν από εμάς!

Το κλασικό ερώτημα των φοιτητών Βιολογίας σε τέτοιου είδους πειραματισμούς είναι κατά πόσον μπορούμε να εξάγουμε συμπεράσματα για τον άνθρωπο από παρατηρήσεις που έχουν γίνει σε πειραματόζωα. Στην προκειμένη περίπτωση η απάντηση είναι κάτι παραπάνω από καταφατική: όχι μόνο επειδή οι άνθρωποι και τα ποντίκια έχουν πολλά κοινά σε ότι αφορά τον καθορισμό του φύλου αλλά και επειδή όλα τα σπονδυλόζωα διαθέτουν τα γονίδια Foxl2 και Sox9. Αυτό σημαίνει ότι ο νεο-ανακαλυφθείς μηχανισμός για τη διατήρηση της θηλυκότητας είναι μια πολύ παλιά εξελικτική εφεύρεση και ότι προϋπήρχε της εμφάνισης του Υ χρωμοσώματος των θηλαστικών. (Αξίζει εδώ να προστεθεί ότι, σύμφωνα με έρευνες που είδαν τον φως της δημοσιότητας μόλις την περασμένη Πέμπτη, το Υ χρωμόσωμα καθόλου δεν βαίνει προς εξαφάνιση και μαρασμό όπως θεωρούνταν τα τελευταία 50 χρόνια, αλλά αντίθετα αποτελεί το πιο ενεργό κομμάτι του γονιδιώματος).

Νέοι δρόμοι για την ιατρική

Συνολικά τα παραπάνω ευρήματα ανοίγουν νέους δρόμους για την αναπαραγωγική ιατρική ή οποία θα μπορούσε να βρει απαντήσεις σε πολλά προβλήματα: Π.χ., θα μπορούσαν να επανεξετασθούν υπό το νέο πρίσμα ασθένειες κατά τις οποίες παιδιά με ΧΥ χρωμόσωμα αναπτύσσονται ως θηλυκά άτομα ή το αντίστροφο. Θα μπορούσαν επίσης να αναζητηθούν οι λόγοι για τους οποίους πολλές γυναίκες εμφανίζουν πρόωρη εμμηνόπαυση, ή ακόμη οι λόγοι για τους οποίους κάποιες γυναίκες μετά την κανονική εμμηνόπαυση εμφανίζουν ανδρικά χαρακτηριστικά, όπως η αυξημένη τριχοφυΐα. Το βέβαιον είναι πάντως ότι θα απαιτηθεί πολύ μελέτη για την πλήρη διαλεύκανση των μοριακών μηχανισμών που διέπουν τον φυλοκαθορισμό των θηλαστικών. Α, ναι, και κάτι ακόμη: για άλλη μία φορά αποδεικνύεται ότι στη βιολογία δεν υπάρχουν βεβαιότητες και νόμοι και ότι το «ανοιχτό μυαλό» είναι το καλύτερο προσόν του επιστήμονα…

ΠΩΣ ΤΟ ΚΑΝΟΥΝ ΤΑ ΖΩΑ!

Η συνταγή για τη δημιουργία αρσενικών ή θηλυκών απογόνων δεν είναι κοινή για όλο το ζωικό βασίλειο. Έτσι,

♦  Οι κατσαρίδες, οι ακρίδες, τα τζιτζίκια και μερικά ακόμη είδη εντόμων ρυθμίζουν το φύλο των απογόνων τους με το σύστημα ΧΧ/Χ. Τα θηλυκά άτομα έχουν δύο Χ και τα αρσενικά ένα Χ χρωμόσωμα. Με άλλα λόγια, η «διπλή δόση» Χ χρωμοσώματος οδηγεί στη δημιουργία θηλυκών και η απλή δόση στη δημιουργία αρσενικών ατόμων.

♦ Το σύστημα ΧΧ/Χ αξιοποιεί και ο γεωσκώληκας Caenorhabditis elegans, ένα κλασικό πειραματόζωο για γενετικές μελέτες. Μόνο που στην προκειμένη περίπτωση τα άτομα που φέρουν δύο Χ χρωμοσώματα είναι ερμαφρόδιτα και τα άτομα που φέρουν ένα Χ χρωμόσωμα είναι αρσενικά.

♦ Τα πουλιά αξιοποιούν το σύστημα ΖW/ΖΖ για τον καθορισμό του φύλου των απογόνων τους, το οποίο λειτουργεί αντίστροφα σε σχέση με το ΧΥ. Ετσι, τα θηλυκά άτομα έχουν δύο διαφορετικά χρωμοσώματα ΖW και τα αρσενικά δύο ίδια ΖΖ.

♦ Τα κοινωνικά έντομα (μέλισσες, σφήκες, μυρμήγκια, αλλά και ορισμένα κολεόπτερα) αξιοποιούν ένα σύστημα το οποίο ονομάζεται απλο-διπλοειδικό στο οποίο το φύλο καθορίζεται από το αν οι απόγονοι διαθέτουν ή όχι ένα πλήρες σετ χρωμοσωμάτων. Ετσι, τα αβγά τα οποία δεν γονιμοποιούνται (και άρα περιέχουν τον μισό αριθμό χρωμοσωμάτων) ωριμάζουν σε αρσενικά άτομα, ενώ τα γονιμοποιημένα αβγά (πλήρες σετ χρωμοσωμάτων) δίνουν θηλυκά (και σε ορισμένες περιπτώσεις στείρα αρσενικά άτομα).

♦ Το απλο-διπλοειδικό σύστημα δημιουργεί αξιοπρόσεκτα φαινόμενα, όπως, παραδείγματος χάριν, το γεγονός ότι οι κηφήνες δεν διαθέτουν πατέρα ούτε μπορούν να αποκτήσουν γιους. Διαθέτουν όμως έναν παππού και μπορούν να αποκτήσουν εγγονούς!

♦ Ο καθορισμός του φύλου δεν βασίζεται πάντοτε στη γενετική, αλλά και στο περιβάλλον. Ετσι, στις χελώνες και σε ορισμένα ερπετά το φύλο των απογόνων εξαρτάται από τη θερμοκρασία επώασης των αβγών. Ορισμένα ψάρια καθώς και ορισμένα σαλιγκάρια αλλάζουν φύλο κατά τη διάρκεια της ζωής τους: αρχίζουν ως αρσενικά και με το πέρασμα του χρόνου μετατρέπονται σε θηλυκά. Το φύλο ορισμένων αρθροπόδων εξαρτάται από τη μόλυνση με βακτήρια του είδους Wolbachia: όλα τα άτομα φέρουν δύο Ζ χρωμοσώματα και το φύλο καθορίζεται από το αν πέσουν θύματα του Wolbachia ή όχι.

♦ Το πλέον πληθωρικό σύστημα καθορισμού του φύλου διαθέτει ο πλατύποδας: τα αρσενικά άτομα διαθέτουν δέκα φυλετικά χρωμοσώματα 5Χ και 5Υ, ενώ τα θηλυκά 10Χ χρωμοσώματα.

Από     www.tovima.gr