Determinação do sexo - GYNANDROMORFOS

1:10000 borboletas apresentam o fenotipo (gynandromorfia)

Gynandromorfos sao individuos que apresentam uma mitade do corpo femenina e a outra mitade masculina.

Determinação do sexo - GYNANDROMORFOS

O fenômeno tipicamente acontece em animais com um desenvolvimento altamente determinativo como sería o caso dos artrópodos. Em espécies como as borboletas a primeira divisão determina as células progenitoras do lado esquerdo e dereito do animal. Problemas na mitose, particularmente na segregação cromossômica na primeira divisão pode ser a causa principal em gerar o fenómeno. Uma das células em divisão não segrega seus cromossomos sexuais normalmente, e isso causa o desenvolvimento masculino de um lado e o desenvolvimento feminino do outro. Por exemplo, uma célula XY em mitose duplica seus cromossomos, tornando-se XXYY. Normalmente, essa célula se dividiria em duas células XY, mas em raras ocasiões a célula pode se dividir em uma célula X e uma célula XYY. Se isso acontecer no início do desenvolvimento, uma grande parte das células é X e uma grande parte é XYY. Como X e XYY ditam sexos diferentes, o organismo possui tecido feminino e tecido masculino. [9]

Determinação do sexo - GYNANDROMORFOS

1:1 000 000 aves apresentam o fenotipo (gynandromorfia)

Em outros grupos (salamandras, gatos e cachorros) tem relatos de ginandromorfia, mas com poucos estudos ou evidência escassa.

Os mamíferos e outros grupos de animais tem maior grão de regulação no desenvolvimento e a determinação sexual seria mais complexa do que acontece nos artrópodes e aves que tem um alto grau de determinação naquelas primeiras células em divisão.

Ginandromorfos humanos: mito ou realidade?

Os casos muito raros em mamíferos indicam mecanismos de determinação sexual diferentes e mais complexos do que em artrópodes ou aves.

OBJETIVOS

• Estudo dos fatores que afeitam a determinação do sexo

• Apresentar síndromes ou anomalias que resultam de alterações na determinação do sexo

• Aprofundizar no estudo da determinação do sexo em mamíferos para descrever os fatores genéticos e endócrinos envolvidos na regulação do desenvolvimento gonadal e fenótipos adultos de machos e fêmeas

• Descrever os fatores envolvidos na determinação do sexo primária (na formação das gônadas) e secundaria (na formação da genitália e caracteres sexuais secundários)

• Estudar outros tipos de determinação do sexo em animais, tomando como exemplos os insetos, aves, e repteis

Determinação do sexo em mamíferos: regulação pelos cromosomos sexuados

Sistema XY de determinação do sexo

Os humanos temos 44 autossomos e dois cromossomos sexuais (XY).

O X (com 1098 genes) é um cromossomo muito maior do que o Y (com apenas 78). A pesar da diferencia de tamanho, ambos evoluiram de um par convencional de cromossomos no ancestral dos mamíferos. Após o papel na determinação sexual foi adquirida o cromossomo Y perdeu grandes pedaços do cromossomo. Assim as fêmeas contem mais de 1000 genes à mais do que os machos, que são inativados de um jeito aleatório (nos distintos cromossomos) e incompleto ao longo do desenvolvimento. Aproximadamente um 15% (mas com alta variação entre fêmeas) dos genes do cromossomo X escapam inativação, e a inativação incompleta do X gera uma expressão gênica maior em fêmeas do que em machos. Isso explicaria o grande número de enfermidades e desordens (>300, incluindo hemofilia, autismo, distrofia muscular e retardo mental) associados ao cromossomo X, sendo a grande maioria expressados em machos.

Como muitos genes relacionados à inteligência foram associados ao cromossomo X, a ‘hipótese de variabilidade’ sugere que a expressão compensatória de genes no cromossomo X em mulheres (pela presencia de dois alelos), ou, alternativamente, ausência de expressão compensatória de genes mutados ou silenciados no cromossomo X em machos (pela presencia de apenas um alelo), gera que os homens seiam mais freqüentemente encontrados em ambos os extremos de inteligência; mantendo a inteligência média de homens e mulheres igual.

Determinação do sexo em mamíferos - síndromes por aneuploidias (erro na separação dos cromossomos sexuais)

Klinefelter

Turner

Super-fêmea

YO você está morto!!! O X tem muitos genes essenciais para o desenvolvimento.

Determinação do sexo em mamíferos - Síndrome de Turner

Síndrome de Turner (XO); prevalência: 1/2500 > a causa principal será a não-disjunção meiótica paterna

Fenótipos comuns no adulto: baixa estatura, com uma altura média entre os 130 e os 140 centímetros, devida sobretudo a membros inferiores curtos; grau de inteligência normal; percepção espacial perturbada, e o comportamento social afectado quando o cromossoma X é de origem materna (X paterna não afeita o comportamento social); infantilismo sexual e amenorreia primária (ausência de menstruação até os 14 anos de idade), esterilidade, falta de desenvolvimento dos caracteres sexuais secundários e níveis de gonadotrofinas elevados.

No desenvolvimento: Viabilidade embrionária reduzida e abortos espontâneos (menos de 1% sobrevivam até ao parto; e com as abortos acontecendo mais cedo quando o cromossoma X e de origem paterno). Durante o desenvolvimento fetal, a ocorrência de hidrópsia (acumulação anormal de líquido em tecidos fetais) e de higromas quísticos (malformação por acumulação de líquido nos sacos linfáticos) na região cervical, formando ‘asas’ (pele redundante) no ângulo do pescoço com os ombros. Ao nascer, pescoço curto com ‘asas’, implantação baixa do cabelo, orelhas de implantação baixa, linfedema das mãos, dos pés, dos dedos dos pés, o que acarreta hipoplasia das unhas. No desenvolvimento pós-natal, atrasos no crescimento.

Fenótipos infrequentes: cubitus valgus (antebraço mais inclinado para fora do que o braço), o encurtamento do 4º e do 5º metacarpos, o “tórax em escudo”, um afastamento maior dos mamilos do que o esperado e nevos pigmentados; anomalias viscerais graves como a coarctação da aorta (em aproximadamente 10% dos casos), o rim em ferradura e duplicação ureteral; hipertensão arterial, e maior incidência de otite média, tiroidite autoimune, doença de Crohn, diabetes mellitus na idade adulta e hemorragias gastrintestinais; atrasos na fala e dificuldades de aprendizagem; menstruações durante alguns meses ou anos, sendo a menopausa de ocorrência precoce; ocasionalmente registaram-se gravidezes.

Tratamento: Nenhuma cura para a síndrome de Turner é conhecida. As injeções de hormônio do crescimento humano durante a infância podem aumentar a altura do adulto. A terapia de reposição de estrogênio pode promover o desenvolvimento das mamas e quadris.

Síndrome de Klinefelter (XXY); prevalência 1/600 > devido à não-disjunção num dos progenitores

Determinação do sexo em mamíferos - Síndrome de Klinefelter

Fenótipos comuns no adulto: Hipogonadismo: microorquidia (tamanho reduzido dos testículos, 1-2 cm comparado com testículos normais de 3.5-4.5 cm) com o pénis de tamanho normal; alterações nos túbulos seminíferos; esterilidade por azoospermia; elevação dos valores séricos das gonadotrofinas FSH e LH e redução dos níveis de testosterona; a libido diminuída, embora possa haver erecções, coito e ejaculação; elevada estatura, com pernas longas; pouca barba; inteligência reduzida sem atraso mental; dificuldades na aprendizagem, especialmente na leitura; maior susceptibilidade para problemas comportamentais em condições de “stress” e para a depressão, baixa autoestima, e apresentam problemas nas relações interpessoais; risco acrescido para câncer de mama, tumores de células germinais, osteoporose e doenças autoimunes.

No desenvolvimento: Ao nascer, os testículos aparentam um tamanho normal e até à puberdade podem-se encontrar espermatogônias.

Fenótipos infrequentes: Ginecomastia (30% dos casos, mamas grandes em homens); clinodactilia (dedos curvados)

Tratamento: Nenhuma cura para a síndrome de Klinefelter é conhecida, no entanto, indivíduos que desejam parecer mais masculinos podem tomar testosterona. O tratamento de adolescentes com implantes de testosterona de liberação controlada mostrou bons resultados quando monitorado de forma apropriada. A terapia hormonal também é útil na prevenção do aparecimento de osteoporose.

Síndrome da super-fêmea e do super-macho:

Determinação do sexo em mamíferos - outros síndromes sem maiores efeitos

Ao contrário de trissomias em autossomos, trissomias nos cromossomos sexuados tem consequências pouco severas. Os indivíduos não apresentam sintomas muito marcados e tem expectativa de vida normal.

Super-fêmea (XXX); prevalência 1/1000 > devido à não-disjunção meiótica materna

Super-macho (XYY); prevalência 1/1000 > devido à não-disjunção meiótica paterna

Acompanhe o video curioso: https://www.youtube.com/watch?v=6BsXLnLn9ok

Trissomia XXX (super fêmea): Fenótipos comuns no adulto: As manifestações fenotípicas são mínimas; transmissão de um cromossoma supranumerário à descendência é improvável e a fertilidade não é afectada Fenótipos infrequentes: anomalias esqueléticas e hipertelorismo; problemas com a linguagem verbal Trissomia XYY (super macho): Fenótipos comuns no adulto: Não há manifestações fenotípicas significativas; férteis e sem risco de ter filhos com anomalia. Fenótipos infrequentes: estatura maior do que a média; menor desenvolvimento da musculatura peitoral e da cintura escapular ; problemas motores dos movimentos finos; acne nodulo cístico severo na adolescencia; criptorquidia (os testículos não descem para a bolsa escrotal); pénis reducido ou hipospadias (abertura proximal do meato urinário na superfície ventral do pénis); tamanhos dos dentes aumentados; dificuldades de aprendizagem da linguagem; comportamentos agressivo sem maior manifestação.

Determinação do sexo em mamíferos: genes e hormônios

?RSPO1

Nota: de todos os genes aqui envolvidos na determinação do sexo, só o SRY está está num cromossomo sexual (Y).

No embrião, a cume genital (mesoderme somático) expressa SF1 e WT1 para formar a gônada junto com as células primordiais germinativas (PGCs) que migraram. Após a coalescência das células somáticas da cume com as células germinativas se forma uma gônada bipotencial (sem diferenciação entre machos e fêmeas). Nesse momento inicia a determinação do sexo.

Em indivíduos que contem os cromossomos XY, se ativa a expressão de SRY e SOX9 na gônada para dar inicio ao desenvolvimento de testículo. Com a diferenciação das células de Sertoli e de Leydig começa a secreção dos hormônios AMH (hormônio anti-mulleriano) e testosterona respectivamente. A continuidade da secreção hormonal nessas células é mantida por uma segunda expressão de SF1 (fator esteroidogênicoô). A AMH induz a regressão do duto mulleriano, e por outro lado a testosterona atua no duto de Wolff para se diferenciar na genitália interna dos machos e para induzir ao DHT (forma ativa da testosterona) envolvido na diferenciação do tubérculo genital (sinus urogenital) em penis e próstata. Sem a influência do DHT em machos, o tubérculo genital e sinus urogenital ‘por default’ se diferenciam na genitalia externa de fêmeas.

Por outro lado, em indivíduos que contem os cromossomos XX, se ativa a expressão de RSPO1 e WNT4 na gônada para dar inicio ao desenvolvimento de ovário. Com a formação do ovário as células da granulosa e células da teca se diferenciam para formar os folículos, e para começar a secreção de estrogênio. O estrogênio atua diretamente sobre o duto Müller para se diferenciar na genitália interna das fêmeas.

Diferenciação das gônadas humanas (primordio gonadal)

No embrião de 4 semanas de humano na região do mesonefros, a cume genital (genital ridge) se forma perto do duto de Wolff (primeiro duto mesonéfrico) e a cume recebe às PGCs que chegam após a migração.

No embrião de 6 semanas de humano, as células do epitélio da cume proliferam o recobrem as células germinativas formando uma mistura de células somáticas e germinativas (coalescência da gónada), e o duto de Müller (segundo duto mesonéfrico) se localiza em paralelo ao duto de Wolff.

Diferenciação das gônadas humanas (testículo)

Diferenciação testicular: A diferenciação da gónada masculina e feminina em humanos acontece entre as 6 a 8 semanas da embriogênese. No embrião de 8 semanas, os túbulos seminíferos começam diferenciar recobrindo às células espermatogónicas e o duto de Wolff passa por uma reorganização espacial (pode-se observar algo de degeneração do duto). As membrana fibrosas (ex. tunica albuginea) que recobrem aos testículos começam diferenciar. No embrião de 16 semanas, continua a diferenciação dos túbulos seminíferos ao redor das espermatogônias, e a tunica albuginea recobre ao testículo. Na região do duto mesonéfrico de Wolff, os dutos eferentes se estendem até o rete testis, uma rede de delicados túbulos que atravessa a tunica albuginea, e que conectam ao duto de Wolff com os túbulos seminíferos.

Svingen & Koopman, 2013

Desenvolvimento testicular no camondongo:

LEC=lymphatic endothelial cells

FLC=Fetal Leydig cells PMC=Peritubular myoid cells PGC=Primordial Germ Cells

(A) Diferenciação celular durante a organogênese testicular. As cristas genitais são colonizadas por células germinativas (amarelas) antes da especificação do testículo. As primeiras células somáticas a se diferenciarem são as células de Sertoli (verdes), com as células endoteliais do sangue também migrando para a gônada neste estágio inicial para estabelecer uma vasculatura arterial primitiva (vermelha). Após um período de proliferação das células de Sertoli, as células fetais de Leydig (FLCs; azuis) e as células mióides peritubulares (PMCs; marrons) se diferenciam. A vasculatura torna-se mais completa com o desenvolvimento adicional de vasos venosos e células endoteliais linfáticas (LECs; preto). Embora o testículo pós-natal também contenha neurônios, o estágio de desenvolvimento no qual eles aparecem pela primeira vez permanece obscuro. (B) Arquitetura do testículo fetal. Por 13,5 dpc, o testículo do rato é compartimentado em cordões testiculares e espaço intersticial, com a maioria dos tipos de células do testículo maduro já no lugar. Os cordões testiculares compreendem células germinativas mitoticamente presas e rodeadas por células de Sertoli, com uma camada externa de PMCs e uma matriz extracelular (ECM) dando suporte estrutural. O interstício consiste em tecido mesenquimal, FLCs esteroidogênicos e uma rede vascular sanguínea proeminente. Nesse estágio, a capa protetora do testículo, a túnica albugínea, também começou a se desenvolver.

Diferenciação das gônadas humanas (ovário)

Diferenciação ovaria: No embrião de 8 semanas, o epitélio da superfície fica mais groso e recobre as células oogônicas. No embrião de 20 semanas, se diferenciam os folículos primários (células foliculares ao redor das oogônias ainda diploides). Continua a diferenciação da região medular (tecido conjuntivo con numerosos vasos e nervos e células que produzem estrogênio) e a região cortical com uma túnica albugínea fraca (em comparação com aquela do testículo) e o epitélio superficial.

Desenvolvimento das gônadas e dutos gonadais em mamíferos

Diferenciação dos dutos gonadais: O duto mesonéfrico de Wolff e paramesonéfrico de Muller estão presentes num estágio inicial da gónada bipotencial e indiferenciada. Com a diferenciação das gónadas em testículo e ovário, os dutos degeneram. No macho degenera o duto de Muller, e na fêmea degenera o duto de Wolff. O duto de Wolff se diferencia em: o rete testis, os dutos ejaculatórios, o epidídimo, o duto deferente e as vesículas seminais. O duto de Muller se diferencia em: o trato genital e trompas de Falópio por um lado, e se fusionam (duots da direita e a esquerda) para formar o útero e vagina superior pelo outro lado.

Desenvolvimento das gônadas e ductos gonadais em mamíferos (RESUMO)

Genes reguladores da determinação do sexo: Sry

Camundongo XX com transgene Sry é macho

Sry:

A “Sex-determining Region Y (Sry)” é um gene encontrado no cromossomo Y dos machos que codifica um fator de transcrição que determina o sexo e leva ao desenvolvimento da gónada masculina (testículo) e consequentemente aos fenótipos masculinos nos adultos. Sry é um fator de transcrição, bem como o outro gene determinante do sexo masculino autossômico Sox9. O gene Sry e Sox9 são genes REQUERIDOS (ou necessário) e SUFICIENTES (lembre do significado!!!!!) na determinação dos machos em mamíferos.

(A) Expressão do gene Sry transgênico inserido no DNA de um macho XX de camondongo. Observe a expressão do Sry (mesmo tamanho do Sry de machos XY ‘salvagens’) no camondongo XX.

(B) O camondongo transgênico que expressa unicamente o gene Sry desenvolve num adulto com fenótipo de macho: o camondongo XY e muito parecido ao camondongo XX (com o Sry transgênico).

gónada

mesonefros

Genes reguladores da determinação do sexo: Sox9

Gônada no recem nacido

Histologia da gônada adulta

(hormônio anti-mulleriano)

Sox9:

Sox9 é um gene autossómico (Chr. 17 em humanos) que codifica um fator de transcrição com grande importância no desenvolvimento óseo nos vertebrados. Na embryogênese de mamiferos é um dos principais genes determinantes do macho e no desenvolvimento do sexo masculino (junto com Sry).

Na figura, as columnas (A) e (C) mostram o desenvolvimento gonadal em camundongos ‘salvagens’ XY e XX: (A) Um embrião de camundongo XY de tipo selvagem expressa o gene Sox9 na crista genital em 11,5 dias após a concepção, o hormônio anti-Mülleriano nas células de Sertoli da gônada embrionária aos 16,5 dias e, eventualmente, forma testículos descendentes com túbulos seminíferos. K, rins; A, glândulas supra-renais; B, bexiga; T, testículo; O, ovário; S, túbulo seminífero; F, célula folicular; e (C) O embrião XX de tipo selvagem não mostra expressão de Sox9 nem AMH. Os ovários desenvolvem com os folículos.

As columnas (B) e (D) apresentam camundongos XY e XX que contem o transgene Sox9 inserido no ADN: (B) Um embrião XY com o transgene Sox9 inserido desenvolve igual ao salvagem (como em A), ele expressa Sox9 na gônada e tem AMH em células de Sertoli aos 16,5 dias. Tem testículos descendentes com túbulos seminíferos; (D) Um embrião XX com o transgene Sox9 inserido expressa Sox9 e tem AMH em células de Sertoli de 16,5 dias. Tem testículos descendentes, mas os túbulos seminíferos não têm esperma (devido à presença de dois cromossomos X nas células de Sertoli nos túbulos que não conseguem regular a espermatogênese).

Svingen & Koopman, 2013

Genes reguladores da determinação do sexo (gônada bipotencial):

Determinação dos tipos celulares da crista genital:

O estabelecimento das cristas genitais bipotenciais e a determinação do sexo gonadal: uma escolha entre dois destinos mutuamente opostos.

Esquerda: Em mamíferos, as cristas genitais (em azul) normalmente aparecem como protuberâncias longitudinais ao longo das superfícies do mesonefros dentro da cavidade celômica. Em camundongos, eles emergem aos 10 dpc através do recrutamento de células do epitélio celômico sobreposto (marrom). As células germinativas primordiais (amarelas) colonizam as cristas genitais (setas) após deixarem o intestino posterior (vermelho) através do mesentério dorsal. Nesse estágio de desenvolvimento, as cristas genitais são bipotenciais e podem se diferenciar em testículos ou ovários, dependendo da regulação genética. A partir do 10,5 dpc, o gene Sry de determinação do sexo ligado a Y é expresso nas cristas genitais XY e inicia a expressão de Sox9 e a diferenciação testicular. Na ausência de Sry, como nas cristas genitais XX, a diferenciação ovariana é iniciada pela ação de genes como Rspo1 e Wnt4. (D) Dorsal; (V) ventral.

Direita:As cristas genitais contêm pelo menos três tipos de células precursoras bipotenciais não especificadas. Nas gônadas XY, as células da linhagem celular de suporte começam a expressar Sry e depois Sox9, fazendo com que se diferenciem em células de Sertoli. Na ausência de Sry, como nas cristas genitais XX, as mesmas células precursoras se diferenciam em células da granulosa sob a influência de genes que codificam fatores de transcrição, incluindo Ctnnb1 e Foxl2. Além de promover a via de diferenciação das células de Sertoli, Sry e Sox9 também (direta ou indiretamente) suprimem as vias de diferenciação de células específicas da mulher. As células de Sertoli induzem (setas pontilhadas) outras populações de células a se diferenciarem nos FLCs esteroidogênicos que, de outra forma, se diferenciariam em células da teca ovariana e entrariam na via espermatogênica em oposição à via de diferenciação do oócito.

Genes reguladores do desenvolvimento da gônada masculina

Eggers et al., 2014

A figura lista todos os genes que estão envolvidos em regular o desenvolvimento de testículo a partir da gónada bipotencial. Nesta aula focamos na participação de Sry e Sox9 na determinação do sexo.

Genes e vias necessárias para o desenvolvimento e diferenciação dos testículos. Genes como Nr5a1, Six1, Six4, Wt1 (isoforma + KTS), Igf1r, Insr, Cbx2, Jmjd1a e o caminho Gadd45g – Map3k4P – p38P – Gata4 – Zfpm2 (também conhecido como Fog2) são essenciais para a indução de Sry. Em embriões de camundongo XY, Sry é transitoriamente expresso na gônada bipotencial, atingindo seus níveis de expressão mais altos em E12.5. A expressão Sry inicia um aumento da expressão de Sox9 no testículo em desenvolvimento, que então estimula a expressão de Fgf9. Ambos Fgf9 e Sox9 atuam em um loop de feedback positivo para aumentar ainda mais o Sox9. Além de regular Sry, Nr5a1 também está envolvido, juntamente com Dax1 (também conhecido como Nr0b1), na regulação da expressão de Sox9. Numerosos outros genes, como Sox8 – Sox10, Fgfr2, Amh, Vnn1, Cyp26b1, Dhh, Pgds e Cbln4, e seus produtos gênicos, são necessários para a regulação e manutenção desta via testicular crucial. Dmrt1 é necessário para a manutenção do testículo diferenciado e também é crucial para prevenir a reprogramação feminina (ovário) no testículo de camundongo pós-natal.

Eggers et al., 2014

Genes reguladores do desenvolvimento da gônada feminina

A figura lista todos os genes que estão envolvidos em regular o desenvolvimento de testículo a partir da gónada bipotencial. Nesta aula focamos na participação de Sry e Rspo1 e Wnt4/β-catenina (Ctnnb1) na determinação do sexo.

Genes e vias necessárias para o desenvolvimento e diferenciação do ovário. Em camundongos XX, genes como Rspo1, Wnt4 e Foxl2 são expressos durante o desenvolvimento do ovário. Ovários mutantes para Rspo1 (-/-) apresentam níveis reduzidos de expressão de Wnt4, sugerindo que Rspo1 induz a expressão de Wnt4. No entanto, uma ação sinérgica de Wnt4 e Rspo1 na ativação de β-catenina (Ctnnb1) também foi sugerida. Juntos, Foxl2, Rspo1 e Wnt4 ativam a expressão de Fst. Além desses genes, a via Gata4 – Zfpm2 (também conhecida como Fog2) foi implicada na formação do ovário embrionário. No ovário adulto, Foxl2 é necessário para a manutenção do tecido e maturação do folículo.

Determinação do sexo acontece em dois etapas

Biosíntesis de andrógenos

Biosíntesis de estrôgenio e progesterona

Determinacão do sexo primária é genética

Determinacão do sexo secundária é hormonal

Determinação do sexo primária:

Na gônada bipotencial, genes determinantes do sexo atuam na inibição dos genes determinantes do sexo oposto (setas vermelhas). Por exemplo o gene determinante de testículo SOX9 inibe a expressão dos determinantes ováricos RSPO1 e FOXL2, e ao inverso os genes determinantes ováricos RSPO, Wnt4 e FOXL2 inibem ao determinate de testículo Sox9.

Determinação do sexo secundária:

Uma vez que as células da gônada diferenciam começa a secrecão de hormônios sexuais que induzem o desenvolvimento dos caracteres sexuais secundários (ex. órgãos acessórios da genitália masculina ou feminina, assim como os fenótipo específicos para cada sexo nos adultos).

Determinação do sexo em mamíferos

?

Determinacão do sexo primária é genética

Determinacão do sexo secundária é hormonal

Determinação do sexo secundária da genitália interna:

Até aproximadamente a sétima semana de desenvolvimento, o embrião tem dutos acessórios sexuais indiferentes, que consistem em dois pares de dutos: os dutos de Müller e os dutos de Wolff. Os testículos secretam hormônio anti-Mülleriano nessa época para suprimir o desenvolvimento dos dutos de Müller e causar sua degeneração. Sem esse hormônio anti-Mülleriano, os ductos de Müller se desenvolvem na genitália interna feminina (útero, colo uterino, trompas de Falópio e região vaginal superior). Ao contrário dos dutos de Müller, os dutos de Wolff não continuarão a se desenvolver por padrão. Na presença de testosterona e receptores funcionais de androgênio, os ductos de Wolff se desenvolvem em epidídimos, vasa deferentia e vesículas seminais. Se os testículos não secretam testosterona ou os receptores de androgênio não funcionam adequadamente, os dutos de Wolff se degeneram.

Desenvolvimento da genitália externa em humanos:

Regiões da genitália masculina dependentes de testosterona ou de dihidrotestosterona:

Desenvolvimento do trato externo masculino e feminino a partir do anlage bipotencial: broto genital (genital bud), dobras urogenitais (urogenital fold), edema labiosescrotal (labioscrotal swelling), e membrana urogenital (urogenital membrane). Nas mulheres, o broto genital forma o clitoris, as pregas urogenitais tornam-se os lábios menores, e o edema labioscrotal se torna os lábios maiores. Nos homens, o broto genital se torna o penis (glanspênis), os edemas labioscrotais se fundem para se tornarem o escroto e as dobras genitais se alongam e se fundem para formar o corpo do pênis e a uretra peniana.

Direita: Genitâlia masculina que depende de secreção de testosterona ou de dihidrotestosterona (DHT). A DHT e um derivado da testosterona considerablemente mais potente do que a testosterona.

“Women with AIS and related DSD conditions who want AIS to be represented by real, proud people instead of stigmatizing pictures

where the face has been removed.” Grupo Orquidea 2010

(em resposta as fotos médicas que apresentam o rostro coberto, como aquele da esquerda)

Escala de Quigley:

Caso 1: Indivíduos XY com síndrome de insensitividade a andrógenos (AIS)

Determinação do sexo secundária: efeitos dos hormônios

AIS:

Durante o desenvolvimento, um embrião 46, XY com CAIS não consegue processar os andrógenos produzidos pelos testículos, mas responde a outros hormônios. Como resultado, os testículos se formam e funcionam durante o desenvolvimento embrionário. Os testículos secretam AMH, o que causa a regressão dos ductos de Muller, de modo que o útero, as trompas de Falópio e o colo do útero não se desenvolvem. Os ductos de Wolff não respondem aos andrógenos liberados pelos testículos, e os ductos regridem ou permanecem em uma forma rudimentar, mas não se desenvolvem em próstata, vas deferente ou vesículas seminais (ver slide anterior). Sem responder aos andrógenos testosterona e DHT, a genitália externa se desenvolve como em uma mulher 46, XX normal. Ao nascer, um recém-nascido 46, XY tem testículos localizados no abdômen, na virilha ou nos lábios. A genitália externa é feminina. O útero, as trompas de Falópio e o colo do útero estão ausentes. A vagina é um tubo fechado e, na maioria das vezes, mais curto do que os neonatos do sexo feminino normais.

Leia mais em:

https://embryo.asu.edu/pages/androgen-insensitivity-syndrome

AIS pode ser completa ou parcial de acordo aos níveis de insensibilidade dos receptores e gerar fenótipos intermédios (superior direita, escala de Quigley)

Caso 2: Desmasculinização de rãs por baixas quantidades de atrazina (inibição da testosterona)

Efeito da atrazina (25ppb) nas gônadas masculinas de rãs:

Desmasculinização das gônadas: Fertilidade das gônadas masculinas:

Determinação do sexo secundária: efeitos dos hormônios

Control: Atrizina:

Atrazina é um herbicida de tipo triazina, usado em plantações de milho, cana-de-açúcar e sorgo para o controle de ervas daninhas. Herbicida antigo (inibidor do fotossistema II), é ainda usado devido ao seu baixo custo e porque atua em sinergia quando utilizado com outros herbicidas.

Estudo publicado em 2010 (pelo laboratorio de T. Hayes na Proceedings of the National Academy of Sciences) revelou que este composto pode mudar o sexo de rãs. A pesquisa recebeu questionamentos da indústria química Syngenta, uma grande produtora deste defensivo.

Adultos machos expostos a atrazina 25 ppb mostraram uma diminuição de 10 vezes na concentração de testosterona na sangue em comparação com os controles; com níveis de testosterona indistinguíveis com as fêmeas controle (esquerda). Este efeito é altamente significativo estatisticamente. Alem da diminuição de testosterona na sangue, a quantidade de espermatozoides nos túbulos seminiferos dos testículos foi reducida (direita A-D, E), e a fertilidade foi afetada (direita E).

XX:AA=1 -> fêmea (XX) XY:AA=0.5 -> macho (XY ou X0)

Drosophila ginandromorfa:

Em Drosophila:

Sistema X:A (proporção de entre cromossomos X e cromossomos autossómos)

Outros sistemas de determinação do sexo: sistema X:A em Drosophila

Em Drosophila melanogaster, a maioria das células faz essa escolha independente de suas vizinhas, de modo que as células diplóides com dois cromossomos X (XX) são femininas e aquelas com um cromossomo X (XY) são masculinas. Normalmente, as moscas têm um ou dois cromossomos X e dois autossomos. Se houver dois cromossomos X em uma célula diplóide (2X: 2A), a mosca é fêmea. Se houver apenas um cromossomo X numa célula diplóide (1X: 2A), a mosca é macho.

Na mosca ginandromorfa:

Dessa forma, a perda de um cromossomo X durante a mitose nas clivagens iniciais do embrião resulta em indivíduos com células XX e X0. Logo, se a perda ocorrer durante a primeira clivagem o embrião irá formar um indivíduo com 50% dos tecidos masculino e 50% feminino. Quanto mais tarde no desenvolvimento a perda ocorrer, menor sera a parte masculina.

(A) O lado masculino perdeu um cromossomo X com os alelos de tipo selvagem da cor dos olhos e forma da asa, permitindo assim a expressão dos alelos recessivos eosina olho e asa em miniatura no cromossomo X restante

Sistema X:A (proporção de entre cromossomos X e cromossomos autossómos)

Outros sistemas de determinação do sexo: sistema X:A em Drosophila

Determinação de sexo somática em Drosophila. Fatores de transcrição dos cromossomos X ativam o gene Sxl em fêmeas (XX), mas não em machos (XY). A proteína Sxl desempenha três funções principais. Primeiro, ele ativa sua própria transcrição, garantindo uma produção adicional de Sxl. Em segundo lugar, ela reprime a tradução do mRNA msl2, um fator que facilita a transcrição do cromossomo X. Isso equaliza a quantidade de transcrição dos dois cromossomos X em fêmeas com a do cromossomo X único em machos. Terceiro, Sxl permite o splicing do pré-mRNA do transformador-1 (tra1) em proteínas funcionais. As proteínas Tra processam doublesex (dsx) pré-mRNA numa maneira específica de fêmea que induz ao corpo numa diferenciação de fêmea. Elas também processam o pré-mRNA de Fruitless de uma maneira específica para de fêmea, dando à mosca um comportamento específico de fêmea. Na ausência de Sxl (e, portanto, das proteínas Tra), dsx e pré-mRNAs de Fruitless são processados da uma maneira específica de macho.

Estudos genéticos e moleculares revelaram que a determinação do sexo em C. elegans depende de uma via de sinalização. Geneticamente, envolve uma cascata de sinalização que desencadeia a ação do fator de transcrição "zinc-finger transformer-1" (TRA-1).

XX:AA=1 -> hermafrodita (XX) X:AA=0.5 -> macho (X0)

Em C. elegans:

Sistema X:A (proporção de entre cromossomos X e cromossomos autossómos)

Outros sistemas de determinação do sexo: sistema X:A em C. elegans

Para entendermos melhor a lógica da determinação sexual, precisamos entender o mecanismo molecular envolvido nessa via. O fator de transcrição TRA-1 atua como um repressor das características masculinas devido a ligação dele com promotores de dois genes específicos masculinos nos hermafroditas. Ou seja, na ausência de TRA-1 o destino masculino pode ser considerado o estado esperado.

Outros sistemas de determinação do sexo: sistema X:A em C. elegans

Agora podemos nos questionar... Por que o fator de transcrição TRA-1 só inibe os genes espefícficos de machos nos hermafroditas e não nos machos?

A atividade TRA-1 é regulada por uma cascata de sinalização: nos machos, a proteína extracelular hermafrodita-1 (HER-1) se liga à proteína transmembrana TRA-2 e, assim, inibe a ligação e o processamente intracelular entre TRA-2 e TRA-3. O gene tra-3 codifica uma protease que processa o domínio intracelular de TRA-2 apenas no hermafrodita.

Outros sistemas de determinação do sexo: sistema X:A em C. elegans

Como o domínio de TRA-2 não é processado no macho, os produtos de gene fem são ativados e inibem a função do fator de transcrição TRA-1.

No hermafrodita, o gene her-1 não é expresso. Portanto, o domínio intracelular de TRA-2 é processado por TRA-3 e inibe a função das proteínas FEM. Consequentemente, a proteína TRA-1 é ativada e inibe o destino masculino no hermafrodita.

Outros sistemas de determinação do sexo: sistema X:A em C. elegans

Resumo: Comparando o sistema Y dominante com o sistema de proporcão X:A

Szász & Rosivall 2015

Outros sistemas de determinação do sexo: sistema ZW em aves

Nos ginandromorfos:Determinação do sexo em aves:

Manolakou et al. 2006

Modelo:

Sistema ZW (fêmea com cariótipo homomórfico)

Determinação do sexo em aves (ZW-system):

Nas aves, as fêmeas têm um cromossomo Z e um W (cromossomos sexuais heteromórficos nas fêmeas), e os machos têm dois Zs (cromossomos sexuais homomórficos nos machos).

Modelo:

O papel de ZPKCI e ASW (WPKCI) na determinação do sexo ZW. De acordo com o modelo, as proteínas ZPKCI formam homodímeros em machos ZZ que estimulam um fator necessário para a diferenciação dos testículos. Já em mulheres ZW, as proteínas ASW (também conhecidas como WPKCI) formam heterodímeros com ZPKCI que podem impedir a ativação desse fator ou estimular diretamente a diferenciação dos ovários.

Nos ginandromorfos:

Não se sabe exatamente como a ginandromorfia acontece nas aves. A teoria predominante é que ocorre um erro na formação de um ovo, que normalmente carrega um cromossomo para se unir com o único cromossomo carregado pelo esperma. Mas se um óvulo acidentalmente terminar com dois cromossomos - um Z e um W - e se este óvulo aberrante for fertilizado por dois espermatozoides portadores de Z, o pássaro resultante terá algumas células ZZ e algumas células ZW.

Caso 1: Tentilhão ginandromorfo com células ZZ (macho) na direita, e células ZW (fêmea) na esquerda

AR in situ hybridization

High Vocal Center

Em aves a determinação sexual primária e secundária e regulada genéticamente (não por hormônios)

Ginandromorfo de tentilhão zebra com plumagem masculina no lado direito e plumagem feminina no lado esquerdo. Algumas penas pretas masculinas podem ser vistas no peito esquerdo (acima).

No cérebro: Autorradiogramas de campo escuro invertido de hibridização in situ mostrando a distribuição de AR mRNA (áreas escuras) para marcar High Vocal Center (HVC) em vários níveis do cérebro, confirmando a diferença bilateral no tamanho do HVC (abaixo). Apesar de estarem expostos aos mesmos hormônios durante o desenvolvimento, os lados masculino e feminino do cérebro do pássaro eram diferentes, e essas diferenças parecem ter surgido por causa dos cromossomos sexuais nas células do cérebro (Esta pesquisa foi publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences em 15 de abril de 2003). Alem das diferencias externas, o cérebro deste tentilhão-zebra tinha metades masculina e feminina distintas.

Dato interessante: Embora o corpo deste tentilhão estivesse dividido, sua identidade era masculina. O tentilhão cantou como um macho, e cortejou e copulou com uma fêmea e, não surpreendentemente, os dois produziram ovos inférteis. O pássaro provavelmente adquiriu uma identidade masculina por causa das células cerebrais masculinas dominantes (comentário de Arthur Arnold UCLA, um dos pesquisadores envolvidos no estudo).

Caso 2: Galinha ginandromorfa com células ZZ (macho) na direita, e células ZW (fêmea) na esquerda

FAF expression: mir-2954 expression:

Em aves a determinação sexual primária e secundária e regulada genéticamente (não por hormônios)

Figura 1:

Figura 2:

Figura 3:

Figura 1. Células masculinas e femininas em pássaros ginandromorfos. a, análise FISH de cromossomos sexuais em células sanguíneas ginandromorfas. Núcleos em interfase preparados a partir de células sanguíneas cultivadas do ginandromorfo; hibridização de acordo com os protocolos FISH padrão com sondas específicas para os cromossomos W e Z. Os eritrócitos foram hibridizados com sondas para o cromossomo Z (verde) e W cromossomo (vermelho). As células contêm dois cromossomos Z ou um Z e um cromossomo W. b, proporções relativas médias de células ZZ e ZW em tecidos dos lados masculino e feminino de pássaros ginandromorfos. A média porcentagem de células ZW e ZZ em três tecidos de o lado fenotipicamente feminino e do lado fenotipicamente masculino de três pássaros ginandromorfos são mostrados. Tecidos dos lados que aparecem as fêmeas contêm mais células ZW (fêmeas) do que ZZ (machos), enquanto os tecidos de os lados que parecem masculinos são compostos predominantemente por células ZZ. BM, músculo do peito; Sk., Pele; Wa., Wattle

Figure 2. Expressão sexualmente dimórfica em embriões. a, Expressão de FAF em embriões masculinos e femininos antes do desenvolvimento de crista genital/gônadas (que corresponderia ao momento da determinação do sexo em mamíferos). ISH de montagem inteira mostrando expressão de FAF (roxo) em embriões às 18h, 48h e 72h de desenvolvimento (H&H stages 4, 14, 20, respectivamente). FAF é claramente expresso em todos os embriões femininos em todos os estágios de desenvolvimento e não é expresso em embriões masculinos. FAF não é expresso em extra-tecidos embrionários da mulher. FAF se encontra no cromossomo W (cromossomo exclusivo de fêmeas) f, feminino; m, masculino. b, Expressão do mir-2954. Expressão de todo o embrião em 48h (H&H 14) e 72h (H&H 20) do desenvolvimento. Este miRNA é claramente expresso de forma sexualmente dimórfica em estágios antes da diferenciação sexual das gônadas. Este miRNA está no cromossomo Z. O RNA U6 foi usado como um controle de carregamento.

Figure 3. Um novo mecanismo de determinação do sexo na galinha. Uma identidade sexual (masculino e feminino) é geneticamente imposta em todas as células somáticas a partir da fertilização e é o principal fator na determinação da sexo do fenótipo adulto. No estágio apropriado de desenvolvimento, os transcritos sexualmente dimórficos outorgam a identidade masculino / feminino nas células da crista genital e ativam o desenvolvimento do testículo / ovário. As gônadas têm efeitos limitados sobre o fenótipo sexual. Em contraste, em mamíferos, o destino gonadal (en testículo) é dependente da expressão transitória do gene de determinação do sexo Sry na gônada inicial indiferente. As gônadas de mamíferos têm uma grande influência no fenótipo sexual.

Outros sistemas de determinação do sexo: Determinação do sexo dependente da temperatura em répteis

A aromatasa é uma enzima que permite a conversão de andrógenos em estrógenos:

Manolakou, 2006

Determinação do sexo dependente da temperatura em três espécies de répteis: o jacaré americano (Alligator mississippiensis), a tartaruga-de-orelha-vermelha (Trachemys scripta elegans) e a tartaruga-jacaré (Macroclemys temminckii).

Modelo da determinação do sexo dependente da temperatura. Os níveis de atividade da aromatase durante o período termossensível (TSP) são regulados pela temperatura do ambiente e controlam a diferenciação gonadal. Mudanças na temperatura ambiente antes e depois do TSP não parecem afetar o sexo.

CONCLUSOES

• A determinação do sexo pode ser regulada por genes, hormônios e pelo ambiente.

• Aneuploidias nos cromossomos XY em humanos geram sindromes e anomalias que afeitam o desenvolvimento em geral, e em particular a diferenciação dos caracteres sexuais, assim como comportamentos específicos de machos ou fêmeas.

• A determinação do sexo em mamíferos (humanos e camondongo) acontece em dois fases, uma primária regulada pelos genes da determinação do sexo (forma as gónadas), e uma secundária regulada pelos hormônios sexuais secretados pelas gónadas (forma os genitales e caracteres sexuais secundários).

• Defeitos nas viás de regulação de andrôgenos em individuos XY podem desenvolver fenótipos de fêmeas ou passar por processos de desmasculinização.

• Alem da determinação Y dominante (sistema XY) observada em mamíferos, a proporção de cromossomos X e cromossomos autossomos determina o sexo em insetos e nematóides.

• Nas aves, assim cómo em artrópodes, a determinação do sexo acontece nas células de uma maneira autónoma e bem cedo na embryogênese (serve para explicar aos ginandromorfos)

• Os repteis apresentam determinação do sexo dependente da temperatura mediada por enzimas (ex. aromatasas) reguladas pela temperatura que agem diferenciadamente na produção de hormônios sexuais.