Cromosoma Y

cromosoma Y
Información general
Longitud57.772.954 bps
SNP50.447
Genes que codifican proteínas
Aviso90
Presunto23
pseudogenes2
Genes que codifican para ARN
ARNr6
miARN2
ARNsn14
ARNsno3
Otras RNA2
Representación gráfica
Datos actualizados de Ensembl

El cromosoma Y es uno de los dos cromosomas humanos determinantes del sexo (el otro cromosoma sexual es el cromosoma X ). Los cromosomas sexuales son uno de los 23 pares de cromosomas homólogos humanos . X e Y se denominan cromosomas sexuales o heterosomas , para distinguirlos de los otros 44, denominados autosomas , que están presentes tanto en hombres como en mujeres. Muchas otras especies vivas (en particular los mamíferos ) tienen un sistema de cromosomas sexuales muy similar.

El cromosoma Y tiene aproximadamente 65 millones de pares de bases y representa más del 2% del ADN haploide masculino. Es aproximadamente un tercio de la longitud del cromosoma X, por lo que la mayoría de los genes en el X no tienen su correspondiente en el cromosoma Y. Se estima que el cromosoma Y contiene 90 genes (en comparación con 1100-1200 en el X cromosoma), muchos de los cuales se encuentran en el MSY , la región específica masculina de la Y. Hasta el momento se han identificado 156 unidades de transcripción en esta región, de las cuales 78 son codificantes y 78 no codificantes; entre las secuencias codificantes, se observaron 60, pertenecientes a 9 familias de genes (p. ej., la familia de las globinas ), y 18 genes de copia única. El total de proteínas producidas es igual a 32.

El cromosoma Y es un pequeño cromosoma acrocéntrico sin satélites. La parte distal del brazo largo, y por tanto la mayor parte del ADN del cromosoma Y, está formada por heterocromatina . La heterocromatina no es codificante, por lo que su variabilidad de tamaño de un individuo a otro no implica efectos nocivos evidentes. También en otros mamíferos el cromosoma Y es el más pobre en genes.

Se llamó Y porque durante la meiosis los dos brazos pequeños (p) aparecían como un solo brazo, asumiendo la forma de una Y. [1]

Estructura principal y funciones

Las células humanas (excepto las células anucleadas como los eritrocitos) tienen un par de cromosomas sexuales: XX en las mujeres, XY en los hombres. Por tanto hablamos, respectivamente, de homocigotos (gametos que contienen X) y hemicigotos (gametos X e Y). En la Y se ubica SRY ( Región que determina el Sexo en el cromosoma Y ), este gen sintetiza una proteína involucrada en la determinación primaria del sexo (es decir, la determinación del tipo de gametos producidos por el individuo y los órganos que los fabrican): SRY (de la nota que el gen SRY y la proteína SRY son dos cosas diferentes) que actúa como un inhibidor sobre el factor antitesticular producido por el gen DAX1 presente en el cromosoma X. Por lo tanto, en el varón la proteína SRY suprime el inhibidor de la masculinidad codificado por DAX1, mientras que en el femenino, donde la proteína SRY no está presente, DAX1 puede actuar inhibiendo la masculinidad.

En cuanto a la determinación secundaria del sexo , es decir las manifestaciones fenotípicas de la masculinidad y la feminidad, los perpetradores son algunos genes distribuidos en los autosomas y en el cromosoma X, que controlan la acción de hormonas como la testosterona y los estrógenos .

Además de SRY , otros genes están involucrados en la determinación sexual masculina. Están ubicados tanto en el cromosoma X (por ejemplo , SOX3 ) como en los autosomas (por ejemplo , SOX9 , importante para el desarrollo de la gónada en el testículo). SRY es por tanto fundamental, pero actúa dentro de una red de interacciones génicas, formada por genes que la controlan (p. ej ., DAX1 , en la X) y genes que activa (p. ej., el gen que codifica la hormona antimülleriana ). También hay múltiples genes responsables de la espermatogénesis en el cromosoma Y.

Los genes presentes en la región eucromática de Y constituyen el 1% del genoma humano. La eucromatina del cromosoma Y comprende 3 clases de secuencias:

Cabe señalar que el hombre tiene más genes que la mujer. De hecho, aunque este último tiene dos copias de X (que en todo caso contienen la misma secuencia codificante que el único X del genoma masculino), y tiene un contenido de genes superior a Y, la mujer no posee esos genes que son localizadas exclusivamente en la Y, que son precisamente masculinas.

El cromosoma Y, aunque se considera homólogo al X, es incapaz de cruzarse con él durante la meiosis , salvo pequeñas zonas denominadas “ regiones pseudoautosómicas ” ( PAR ), situadas a nivel de los telómeros de ambos cromosomas.

Juntos, los PAR constituyen el 5% de la longitud total del cromosoma y portan más de la mitad de los genes mapeados en Y.

Hay otros genes en común entre X e Y, situados en el brazo largo cerca del centrómero , pero no se pueden definir como alelos homólogos porque su similitud es inferior al 99%, y además no se puede decir que pertenecen al mismo locus . ya que los mapas genéticos de X e Y son diferentes. De hecho, la nomenclatura de Y es diferente de la de la citogenética clásica. A partir de la extremidad del brazo corto, las regiones Y humanas son las siguientes: PAR1 - 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - PAR2.

La región media del cromosoma Y se denomina porción específica masculina de Y ( MSY ) , mientras que la porción intermedia del cromosoma X se conoce como porción no pseudoautosómica de X (NPX, porción no pseudoautosómica X ). Estas dos regiones no se recombinan durante la meiosis ya que no contienen los alelos correspondientes.

Por lo tanto, los cromosomas sexuales tienen cierta dificultad para reconocerse, aparearse y segregarse durante la meiosis masculina.

Los genes ubicados en los cromosomas X e Y no están exclusivamente involucrados en la determinación del sexo y las características sexuales. Los genes presentes en el cromosoma X que no tienen el equivalente en el cromosoma Y se denominan ligados al X ; por el contrario, los que se encuentran únicamente en la Y se denominan Y-linked .

Genes

Conversión de genes

Se ha observado que el mecanismo que llevó a la Y a convertirse en lo que hoy conocemos es también la causa de su vulnerabilidad. De hecho se sabe que la recombinación entre cromosomas homólogos tiene una función reparadora, ya que permite corregir mutaciones. Por lo tanto, en ausencia de este mecanismo reparador, MSY corría el riesgo de perder la información genética preservada por la falta de recombinación con el homólogo X.

La Y ancestral contenía entre 1500 y 2000 genes, mientras que hasta la fecha se conocen alrededor de noventa. Además de haber sufrido deleciones que llevaron a su acortamiento progresivo, el cromosoma Y también poseía muchas regiones inactivas, que se definieron como "ADN basura" . Por lo tanto, se asumió que el cromosoma Y estaba destinado a continuar su descomposición hasta que se extinguiera.

En 2003, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts descubrieron un proceso que ralentiza la tasa de acortamiento y degeneración del cromosoma Y: el Y humano es capaz de recombinarse consigo mismo a través de sus propias secuencias de palíndromo. Este tipo de recombinación se denomina " conversión génica " o "pérdida de heterocigosis por recombinación". De hecho, la región MSY se caracteriza por una enorme cantidad de secuencias repetidas, lo que dificultó su ensamblaje durante el trabajo en el Proyecto Genoma Humano . Estas repeticiones no son de cabeza a cola sino que constituyen palíndromos , o dos repeticiones invertidas separadas por un espaciador corto. Por lo tanto, los genes específicos de los testículos se encuentran en múltiples copias en la Y; p.ej. DAZ está en 2 copias especulares (palíndromos) presentes 2 veces en el cromosoma, para un total de 4 copias. Curiosamente, la homología de secuencia de los palíndromos es del 99,9-99,99 %, superior a la similitud de los alelos (99 % por definición). Por lo tanto se puede decir que las secuencias especulares de RMS evolucionan juntas comportándose como alelos, y al realizar entrecruzamientos intracromosómicos compensan la falta de recombinación con el cromosoma X. Este es el proceso de conversión génica.

Por tanto, en el caso de Y, las secuencias de palíndromo no constituyen ADN basura, sino que contienen genes funcionales que son fundamentales para la fertilidad masculina.

Origen y evolución

Se sabe que muchos vertebrados no tienen cromosomas sexuales y la determinación del sexo se debe a factores ambientales o de desarrollo. Por ejemplo, algunos reptiles (ancestros lejanos de los mamíferos) manifiestan uno de dos sexos dependiendo de la temperatura de incubación de los huevos.

De igual forma, hace millones de años los progenitores de los mamíferos fueron sometidos a una determinación sexual ambiental , regulada por la temperatura durante el desarrollo embrionario. Por tanto, X e Y constituían un par normal de autosomas homólogos. Su historia divergió hace 300 millones de años, cuando una mutación dio lugar a un alelo que otorgaba una enorme ventaja reproductiva al individuo que poseía, ya que determinaba el sexo independientemente de la temperatura. De hecho, el aumento de la capacidad reproductiva se debió al mantenimiento de una proporción bien definida entre los sexos (50:50) incluso en condiciones ambientales cambiantes, que de otro modo habrían conducido a un aumento desproporcionado en el número de hembras o machos en el grupo. población, reduciendo la tasa de reproducción. Además, los cambios de temperatura elevados podrían incluso determinar el fracaso del desarrollo embrionario.

La selección natural entonces garantizó la preservación de esta ventaja, desfavoreciendo todas las mutaciones que afectan a SRY , el elemento crucial para la determinación sexual genética . Para ello, durante la evolución surgió la llamada “región no recombinante en Y” (NRY), que incluye SRY y otros genes en su vecindad. Con la reducción de la tasa de recombinación, estos genes han mantenido sus características a lo largo del tiempo, y al mismo tiempo el par ancestral de autosomas se ha ido diversificando cada vez más para formar los actuales cromosomas sexuales X e Y. Obviamente, había que garantizar su apareamiento en la meiosis. , por lo que era necesario que algunas regiones siguieran haciendo cruces: ese es el papel de los PAR.

Durante la evolución, el entrecruzamiento entre X e Y se suprimió en cinco momentos diferentes, cada uno de los cuales involucró un segmento diferente del cromosoma Y. El último de estos eventos ocurrió hace 30 millones de años, o 5 millones de años antes de que la especie humana se separara. de los monos del Viejo Mundo (por ejemplo, Macaca mulatta ). Descubrimientos recientes han demostrado que, en los últimos 25 millones de años, la pérdida de genes al nivel del RMS humano ha afectado solo al segmento “más joven” (capa 5), ​​que comprende el 3 % del RMS; por lo tanto, los estratos más antiguos (1-4), donde reside el 97% del material genético específico de los machos, deben conservarse estrictamente entre los dos grupos de Primates. El RMS humano actualmente comprende solo el 3% del material genético de los autosomas ancestrales.

Otros datos datan de hace 30-50 millones de años, cuando los eventos de translocación llevaron a la recuperación de genes de X por Y, incluso en una región no recombinante. Esto resultó en la separación de los homínidos del resto de los simios. Dichos genes se encuentran actualmente en la región transpuesta X específica del RMS humano.

Esta teoría (que podemos denominar teoría del desmoronamiento ) se basa en que durante los últimos 300 millones de años el cromosoma Y masculino ha evolucionado encogiéndose y perdiendo cientos de genes que su homólogo femenino ha conservado, tanto que hoy en día el Y humano El cromosoma conserva solo 19 de los más de 600 genes que una vez compartió con su pareja ancestral.

Hipotéticamente, una vez que solo el gen SRY permanezca en el cromosoma Y , este gen podría translocarse al cromosoma X (o a un autosoma), que se convertiría en el nuevo cromosoma determinante del sexo, y el proceso evolutivo se "reiniciaría". Este hecho ya ha ocurrido en dos especies de campañoles: en Ellobius tancrei ambos sexos tienen un solo cromosoma sexual (X), mientras que en Ellobious lutescens tanto el macho como la hembra tienen dos X.

Sin embargo, la idea de la extinción del cromosoma Y provocada por la acumulación de mutaciones sin sentido parece una hipótesis a descartar, ya que el mecanismo de conversión génica garantiza la eficiencia en la preservación de la integridad de los genes del cromosoma Y humano. Para demostrar esto, los descubrimientos recientes han demostrado que la rápida descomposición inicial de los genes ancestrales en la Y se ha ralentizado, alcanzando un nivel estable con el tiempo. De hecho, el cromosoma Y del hombre ha sido comparado con el de dos ancestros lejanos: el macaco Rhesus , cuya línea evolutiva se separó de la nuestra hace unos 25 millones de años, y el chimpancé ( Pan paniscus ), del que nos separamos evolutivamente sólo 6 millones. hace años que. Al analizar la secuencia del cromosoma Y del macaco, los investigadores observaron que permaneció intacto durante los últimos 25 millones de años, perdiendo solo un gen. Con base en este estudio, se concluyó que al principio el cromosoma Y estaba experimentando una rápida degeneración y pérdida de sus genes, pero luego se estabilizó. Dado que no ha habido pérdida de genes en el cromosoma Y del macaco y sólo una pérdida en el ser humano, es concebible que no le suceda nada al cromosoma Y en el futuro.

Aberraciones cromosómicas

Ningún gen vital reside en el cromosoma Y, ya que el 50% de los humanos (es decir, las mujeres de la especie Homo sapiens ) no lo poseen. La única enfermedad bien definida debida a un defecto en el cromosoma Y es la deficiencia en el desarrollo testicular, causada por una deleción inactivante o una mutación de la región que comprende SRY . La manifestación de esto es la discrepancia entre el sexo genotípico y el sexo fenotípico, conocida como “ reversión del sexo ”. De hecho, un sujeto con cariotipo 46,XY, que no posee el gen SRY funcional , es fenotípicamente femenino (obviamente estéril , por la falta del segundo X), al igual que un individuo 46,XX es fenotípicamente masculino si SRY ha sido transferido a la X por efecto de entrecruzamiento en la meiosis paterna. La frecuencia de esta última patología es de 1:2000 nacimientos, correspondiente a la frecuencia de translocación de SRY de Y a X durante el entrecruzamiento a nivel de PAR1 , la región Y que bordea el gen SRY . Si, por el contrario, el error meiótico se produjo durante las primeras divisiones embrionarias, los machos 46,XX pueden dar lugar a mosaicos con un cariotipo 46,XX/46,XY.

Otras patologías cromosómicas se deben a una anomalía numérica ( aneuploidía ) de los cromosomas Y:

También hay aberraciones en la estructura Y : deleciones , anillos , isocromosomas , inversiones , translocaciones .

Respecto a las deleciones, si el fragmento perdido es muy pequeño, hablamos de microdeleciones . La microdeleción puede escapar a la observación citogenética, ya que no es visible con una simple configuración del cariotipo. De hecho, para identificar estas mutaciones se requiere el método de hibridación in situ fluorescente (FISH) , que se basa en el uso de sondas de ADN marcadas; si el fragmento complementario a la sonda está ausente en el cromosoma, la señal fluorescente no será visible, por lo que se puede decir que está en presencia de una microdeleción.

Las microdeleciones en la región MSY pueden involucrar genes responsables de la espermatogénesis, causando oligospermia (falta de espermatozoides) y azoospermia (ausencia de espermatozoides). Por tanto, las microdeleciones del cromosoma Y son la causa genética más frecuente de infertilidad masculina , y su alta incidencia está ligada precisamente a la peculiar estructura del Y.

Notas

  1. ^ JOSEPH KEIERLEBER, Cómo los cromosomas X e Y obtuvieron sus nombres, 1891 , en the-scientist.com , 1 de marzo de 2019.

Bibliografía

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