O Gene SRY e a Determinação Sexual em Embriões Humanos – Revisão

Gene SRY and Sexual Determination in Human Embryos - Review

Nathalie Adamoglu de Mendonça1; Marco Aurélio Beltrami Leão2; Carlos

Augusto Bucar Neto2 , Natália Beltrami2; Paula Silva Aragão2, Days Batista

Gomes2; André Moreira Rocha2; Josefa Moreira do Nascimento-Rocha3

RESUMO

Objetivo: Os mecanismos da determinação sexual ainda são pouco

explorados do ponto de vista acadêmico e sua abordagem na literatura básica ainda

merece maiores esclarecimentos, portanto esta revisão prevê maiores elucidações

relacionada aos mecanismos moleculares da determinação sexual durante o período

embrionário. Fonte de dados: Os dados foram obtidos em novembro de 2014, a

partir da exploração de publicações científicas disponíveis no Portal de Periódicos

da Capes, National Center for Biotechnology Information, Scientific Electronic Library

Online, Trip Database, Elsevier Health Sciences Periodicals, Springer Journals e

Google Acadêmico, arquivadas no período de 1980 a 2014. Síntese dos dados: O

desenvolvimento sexual normal na embriogênese é regulado por diversos fatores,

quer para a diferenciação sexual feminina ou masculina e este processo esta sujeito

a erros geneticamente determinados. Com o objetivo de promover uma abordagem

sistemática dos principais mecanismos moleculares de determinação genética do

sexo, vários trabalhos foram estudados, catalogados e alinhados de forma que as

definições, características e mecanismos se tornassem mais claros e evidenciados.

Foi verificado que o desenvolvimento do trato reprodutivo divide-se em duas fases

bastante distintas, as quais correspondem à determinação sexual e a diferenciação

sexual. A determinação sexual ocorre com base na expressão de genes, enquanto

que a diferenciação sexual é estimulada por proteínas sinalizadoras produzidas a

partir da expressão destes genes que, em sua grande maioria estão intrinsecamente

ligados ao cromossoma Y, formando uma verdadeira cascata de ativação. As células

germinativas, por sua vez, são envolvidas pelos cordões testiculares onde iniciarão

suas mitoses e se esta não ocorrer, a meiose se iniciará espontaneamente,

direcionando o seu desenvolvimento para células germinativas femininas, induzindo

o desenvolvimento do ovário. Conclusão: O SRY (sex-determining region of the Y

chromosome) é o principal gene envolvido na determinação do sexo masculino,

precedendo os primeiros sinais do desenvolvimento testicular. No cromossomo Y

gonadal o SRY induz uma cascata de acontecimentos celulares e moleculares que

resultam na organização final do testículo, porem as evidências sugerem que estes

processos genéticos são muito mais complexos e ainda não se encontram

completamente esclarecidos.

PALAVRAS-CHAVE: Genes SRY, Proteína da Região Y Determinante do Sexo,

Fatores de Transcrição SOX.

ABSTRACT

Objective: The mechanisms of sex determination are still little explored from an

academic point of view and his approach in the basic literature also deserves further

clarification , so this review provides for further clarifications related to the molecular

mechanisms of sex determination during the embryonic period. Data source: Data

were collected in November 2014 from the exploitation of scientific publications

available in the Capes Portal, National Center for Biotechnology Information,

Scientific Electronic Library Online, Trip Database, Elsevier Health Sciences

Periodicals, Journals and Springer Google Scholar, archived from 1980 to 2014.

Summary of the findings: the normal sexual development in embryogenesis is

regulated by several factors, either for female or male sexual differentiation and this

process is subject to genetically determined errors. In order to promote a systematic

approach to key molecular mechanisms of genetic sex determination, several studies

have been studied, cataloged and aligned so that the definitions, characteristics and

mechanisms became more clear and evident. It was observed that the development

of the reproductive tract is divided into two distinct phases, which correspond to the

sex determination and sexual differentiation. The sex determination is based on the

expression of genes, while sexual differentiation is stimulated signaling proteins

produced from the expression of these genes, for the most part are intrinsically linked

to the Y chromosome, forming a veritable cascade activation. Stem cells, in turn, are

surrounded by their testicles cords which initiate mitosis and if this does not occur,

initiate a meiosis spontaneously directing their development for female germ cells,

inducing the development of the ovary. Conclusion: SRY ( sex-determining region of

the Y chromosome ) is the major gene involved in determining male, preceding the

first signs of testicular development. On the Y chromosome gonadal SRY induces a

cascade of cellular and molecular events that result in the final organization of the

testis, however the evidence suggests that these genetic processes are much more

complex and are not yet completely understood.

KEYWORDS: SRY Gene, Sex-Determining Region Y Protein, SOX Transcription

Factors.

INTRODUÇÃO

O desenvolvimento de características particulares para cada sexo é

fundamental para estabelecer o comportamento físico e social entre machos e

fêmeas. A diferenciação sexual é importante para o sucesso da reprodução tanto a

níveis sociais quanto biológicos, porem é vital que este dimorfismo seja compatível

aos processos de formação e maturação de espermatozoides e ovócitos viáveis à

fertilização.

As Drosophilas, por apresentarem testículos e ovários tão especializados,

constituiram, inicialmente, o modelo ideal para os estudos relacionados ás

gonadogeneses, entretanto o entendimento sobre a embriologia do dimorfismo

sexual ainda merece esclarecimentos.

A distinção no desenvolvimento das gônadas ocorre graças às informações

genéticas fornecidas pelos genes homeóticos que respondem pela identidade sexual

de cada ser vivo. O sexo masculino é determinado pelo fator de transcrição

localizado no cromossomo Y, o qual é denominado de SRY e expressado na gônada

masculina indeterminada. Este fator de transcrição possui um domínio HMG (Grupo

alta mobilidade) que faz com que seja possível para a sua ligação com o DNA

promovendo a alteração estrutural neste DNA. Esta alteração da forma permite a

abordagem da cromatina e a interação com fatores de transcrição que, por sua vez,

promovem a expressão de outros genes, iniciando a formação tanto dos testículos,

quanto dos outros órgãos sexuais masculinos. Um dos primeiros efeitos da

expressão do SRY é induzir a regulação da expressão do gene SOX9 na gónada em

desenvolvimento. Tanto o SOX9, quanto o SRY apresentam um grupo domínio de

alta mobilidade que é suficiente para induzir a diferenciação dos testículos em

animais experimentais. Antes da diferenciação sexual, a proteína SOX9 é

inicialmente encontrada no citoplasma das gónadas indiferenciadas de ambos os

sexos, mas a partir da expressão do hormônio anti-Mülleriano, ela é transportada

para o ambiente nuclear das células gonadais do macho e se torna sub-regulada

nas fêmeas, desta forma, a sinalização nuclear propiciada pela expressão do SOX9

é essencial para que a regulação diferenciação sexual masculina específica seja

reprimida nas fêmeas ou desencadeada nos machos. Apesar destes mecanismos

moleculares não estarem totalmente elucidados, é importante considerar que a

diferenciação ocorrida entre os gêneros acontece através de uma cascata de

ativações do gene e existem ainda outros fatores envolvidos neste processo, tanto

antes como após a expressão SRY. Esta revisão propõe discernir os princípios

embriológicos, do ponto de vista biomolecular, da determinação sexual em

humanos.

METODOS

Foi conduzida uma busca nas bases de dados eletrônicos do Portal de

Periódicos da Capes, National Center for Biotechnology Information, Scientific

Electronic Library Online, Trip Database, Elsevier Health Sciences Periodicals,

Springer Journals e Google Acadêmico, englobando o período de 1980 a 2014.

Foram utilizados os descritores “Genes SRY”, “Proteína da Região Y Determinante

do Sexo”, “Fatores de Transcrição SOX”, obtidos a partir da lista dos Descritores em

Ciências da Saúde (DeCS), que permite o uso de terminologias comuns para

pesquisa, proporcionando a recuperação de conteúdos similares disponíveis em

idiomas distintos. Entre os artigos acessados com estes descritores, foram

selecionadas as publicações em português, espanhol, inglesas e francesas que

apresentaram informações mais relevantes para o tema e mostraram uma

linguagem mais clara e concisa com melhor síntese dos conhecimentos. Procurou-

se dar preferência por artigos que explicassem os mecanismos utilizados pelo gene

SRY na sua expressão e sua relação com outros genes importantes na

determinação sexual gonadal em mamíferos e especialmente em humanos.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

O interesse científico sobre os mecanismos de determinação sexual vem dos

tempos de Aristóteles (384-322 aC), cujos postulados eram fundamentados em que

o dimorfismo sexual surgia de diferenças na temperatura do sêmen no momento da

copulação (DAMIANI, DICHTCHEKENIAN e SETIAN, 2000). No início do século XX,

foi admitido que os fatores nutricionais fossem os determinantes do sexo (FRANCIS,

SOMA e FERNALD, 1993), mas a partir de 1950 o papel do cromossomo Y neste

processo começou a ser ressaltado (GUBBAY et al, 1990) até que, por técnicas de

biologia molecular, foi detectada uma região no braço curto do cromossomo Y que

finalmente desvenda o locus de determinação testicular - o SRY, há tempo muito

procurada (D’AGOSTINI et al, 2005).

O gene determinante do sexo masculino é o SRY (MACLAUGHLIN e

DONAHOE, 2004), o qual é expresso pelas células somáticas da crista genital e

atua em parceria com FGF9, SOX9, DMRT1e SRY (SHE e YANG, 2014), enquanto

os principais genes envolvidos na determinação sexual feminina são os DAX1

(NR0B1), FOXL2, RSPO1, e WNT4. As gônadas dos mamíferos são inicialmente

bipotenciais e apresentam a capacidade natural de se transformarem em um ovário

ou testículo (DAMIANI et al, 2001). Assim que o destino dos testículos é

determinado pela expressão do gene SRY, inicia-se a diferenciação de células de

Sertoli e a sua organização estrutural como envoltório das células germinativas

primordiais dentro dos cordões testiculares (YAO, DINAPOLI e CAPEL, 2003). No

desfecho deste processo, as células germinativas sob controle das células de Sertoli

devem permanecer na fase G1 do ciclo celular, sem sofrerem meioses.

O gene SRY humano se localiza próximo à região pseudoautossomal do

braço curto do cromossomo Y (Yp 11.3) (MÄKINEN et al, 2001). O gene consiste de

um único éxon e codifica uma proteína de 204 aminoácidos que exibe alta

similaridade com proteínas nucleares não histônicas HMG1 e HMG2 (proteínas

nucleares do grupo de alta mobilidade), esta possui um domínio central de ligação

ao DNA denominado HMG box homólogo ao núcleo de ligação das proteínas

nucleares da alta mobilidade (DOMENICE et al, 2002).

O SRY compreende três diferentes domínios: 1- o domínio N-terminal (NTD);

2 - domínio HMG box; e 3 - C-terminal do domínio (CTD). O domínio HMG é

altamente conservado entre espécies e consiste de 79 ácidos amino-polipeptídeo

(Fig. 1).

Este domínio compreende três -hélices que interagem com a sequência de

consenso (A/T) ACAA (T/A) apresentado o sulco menor do DNA com uma afinidade

significativamente elevada, promovendo uma acentuada curvatura de

proximadamente 658-808nm, para a ligação local; as demais regiões fora do

domínio HMG de SRY são mal conservadas (DE FELICI et al, 2013). Este gene

codifica a síntese da proteína que recebeu a sua mesma denominação – SRY. Esta,

é formada por 79 aminoácidos e atua como fator de regulação da transcrição,

atuando direta ou indiretamente na diferenciação das células de Sertoli.

Figura 1 - No diagrama do SRY, o HMG box é um domínio do DNA ligante com 80 aminoácidos e dois locais de sinalização nuclear (NLS) em cada extremidade: o cam (constituído por calmodulina) e o imp-β (constituído por β-importin). Os últimos sete aminoácidos do SRY podem ligar-se a qualquer um dos domínios PDZ encontrados em SRY, os quais interagem com a proteína 1 ( SIP - 1 ). Os locais de possíveis mutações da proteína que afetam o desenvolvimento testicular estão agrupadas no box HMG. No diagrama do SOX9 é verificado um HMG box com dois locais de sinalização nuclear semelhantes à estrutura do SRY, entretanto o SOX9 é codificado por três exos que se ligam à proteína termosensível 70 ( HSP70 ) e tem um domínio de transactivação no final do terminal carboxila, ao contrário SRY (Adaptado de

KRONENBERG et al, 2008, p. 810). .

A expressão do RNAm nas células somáticas da crista genital XY precede

aos primeiros sinais do desenvolvimento testicular. O SRY (sex-determining region

of the Y chromosome) é o gene-chave que inicia a determinação do sexo masculino

em quase todos os mamíferos, exceto em monotremados, como o ornitorrinco (SHE

e YANG, 2014). Entretanto ele não atua sozinho, mas em combinação com outros

genes envolvidos em eventos regulatórios da diferenciação testicular (Quad. 1). Os

genes envolvidos nesta cascata são WT1 (Wilms’ tumor gene), GATA4 (GATA

binding protein 4), GATA2, SF1(steroidogenic factor 1 ) e SOX9 (MACLAUGHLIN e

DONAHOE, 2004; DAMIANI et al, 2001). O WT1 (Ckts) é responsável pela alta

expressão do gene SRY durante a formação da gônada masculina, ele se liga

diretamente à região promotora do SRY e promove a transativação da expressão de

SRY. O GATA4 e seu co-fator, em parceria com GATA2/Fog2 (GATA binding protein

2), estão envolvidos na diferenciação gonadal e suas características físicas, esta

interação entre GATA4 e Fog2 é necessária para que ocorra a expressão normal e

SRY, ocasionando a maturação das células de Leydig e diferenciação de células de

Sertoli. Três genes são especificos para a diferenciação das células de Sertoli,

SOX9, AMH (Anti-Müllerian hormone) e Dhh (desert hedgehog) (JAUCH et al, 2012).

O gene GADD45g (Growth arrest and DNA-damage-inducible, gamma) se liga a

região ao N-terminal de MAP3K4 e medeia a ativação de MAP3K4 (Mitogen-

activated protein kinase 4), então MAP3K4 ativa p38a e p38b através MAP2K,

resultando finalmente na regulação direta ou indireta do gene SRY. O GADD45g e

MAP3K4 também interagem com GATA4 fosforilando-o, depois de fosforilado

GATA4 reconhece e se liga à região promotora do SRY (SHE e YANG, 2014).

Gene (Loco) Mutações Proteína relacionada e possível funçãoWT1 (11p13) Fator de transcrição

SF-1 (9q33) Fator de transcrição, receptor nuclear

SOX-9 (17q24) Fator de transcrição high-mobility-group

DHH (12q12-13.1) Proteína sinalizadora

DAX-1 (Xq21.3) Regulador de transcrição, receptor nuclearSRY (Yp11) Fator de transcrição high-mobility-group

Quadro 1 - Genes Envolvidos na ativação e regulação do SRY (Adaptado de MACLAUGHLIN e DONAHOE, 2004).

No sexo masculino após ter ocorrido o desenvolvimento dos testículos, as

células primordiais germinativas (PCGs) passam a se denominar gonócitos e se

isolam em cordões sexuais seminíferos, a partir disto a expressão do gene SRY

induz a transformação destes precursores em células de Sertoli (MACLAUGHLIN e

DONAHOE, 2004). Assim, em volta das células de Sertoli os precursores das células

esteróidicas desenvolvem-se em células de Leydig e as células germinativas em

espermatogônias. O SOX9 é um gene inicialmente expresso na face lateral do cume

genital bipotencial e é um regulador de precursores das células de Sertoli, agindo

imediatamente após o início da expressão de gene SRY. Além do SOX9 estar

envolvido na determinação do sexo, também está relacionado na formação do

sistema esquelético.

Pode ocorrer uma interação entre o SRY e o gene SF1 para regular o SOX9.

SF1 recruta o SRY através de uma proteína de interações físicas direta para os três

sítios do SRY, depois de ligados o complexo SRY-SF1 causa regulação positiva da

expressão de SOX9 nas gônadas masculinas, quando o nível de expressão de

SOX9 chega a um limite crítico, ele pode reconhecer e ocupar os locais de ligação

ao SRY assim sinergicamente interagindo com o CTD da SF1 para promover o

manutenção de auto-regulação por SOX9. Mutações no gene SRY podem causar

disgenesia gonadal com fenótipo feminino nas células somáticas (CHEN et al, 2013),

por outro lado, a perda de função do gene SRY pode resultar em síndrome de

Turner com XO/XY ou mosaicismo (SHE e YANG, 2014) (Quad. 2).

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A biologia molecular tem avançado de forma considerável no esclarecimento

de passos cruciais na embriogênese. A determinação sexual é baseada numa

sucessão de eventos e nos mamíferos existe um gene, o SRY, que regula a cascata

de expressão gênica direcionando a crista genital bipotencial a se diferenciar em

testículo ou ovário. Este gene atuará crucialmente em parceria com o SOX9 para a

diferenciação da linhagem de células de Sertoli e determinação específico do sexo

Quadro 2 - Fluxograma dos genes envolvidos na determinação gonadal (Adaptado de DAMIANI et al, 2001).

masculino. Evidências sugerem que estes processos genéticos são muito mais

complexos e ainda não se encontram completamente elucidados, sendo mais

dinâmicos do que se retratou até o momento.

BIBLIOGRAFIA

CHEN, Y.S.; RACCA, J.D.; PHILLIPS, N.B.; WEISS, M.A. Inherited human sex reversal due to impaired nucleocytoplasmic trafficking of SRY defines a male transcriptional threshold. PNAS - Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. v. 110, n. 38, 2013, p.E3567-3576.DAMIANI, D. et al. Genitália ambígua: diagnóstico diferencial e conduta. Arq Bras Endocrinol Metab. v.45, n.1, p. 37-47, 2001.D’AGOSTINI, C.; GUS, R.; CAPP, E.; CORLETA, H.V.E. Gonadal cytogenetic analysis in patients with primary amenorrhea. Rev Bras Ginecol Obstet. v. 27, n. 3 2005, p. 125-129.DE FELICI, M.; COTICCHIO, G. et al. Origin, Migration, and Proliferation of Human Primordial Germ Cells, (eds.). Oogenesis. n. 19, 2013. p. 19-37.DOMENICE, S.; COSTA, E.M.F.; CORRÊA, R.V.; MENDONÇA, B.B. Aspectos Moleculares da Determinação e Diferenciação Sexual. Arq Bras Endocrinol Metab. v. 46, n. 4, 2002, p.433-443.FRANCIS, R.C.; SOMA, K.; FERNALD, R.D. Social regulation of the brain-pituitary-gonadal axis. Proc Natl Acad Sci . v. 90, 1993, p. 7791-7798.GUBBAY, J.; COLLIGNON, J.; KOOPMAN, P.; CAPEL, B.; ECONOMOU, A; MÜNSTERBERG, A. et al. A gene mapping to the sexdetermining region of the mouse Y chromosome is a member of a novel family of embryologically expressed genes. Nature. n. 346, 1990, p. 245-250.KRONENBERG, Henry M.; MEMED, Shlomo; POLONSKY, Kenneth S.; REED LARSEN, P. Williams Textbook of Endocrinolog. 2008, 1936p.MACLAUGHLIN, D.T. e DONAHOE, P.K. Sex Determination and Differentiation - Mechanisms of Disease: Review Article. The new england journal of medicine. v. 350, 2004 p.367-78JAUCH, R.; NG, C.K.; NARASIMHAN, K.; KOLATKAR, P.R. The crystal structure of the SOX4 HMG domain–DNA complex suggests a mechanism for positional interdependence in DNA recognition. Biochemical Journal. v. 443, p. 39–47, 2012.MÄKINEN, A.; SUOJALA, L.; NIINI, T.; KATILA, T.; TOZAKI, T.Y.I.; MIYAKE, T. HASEGAWA, T. X chromosome detection in an XO mare using a human X paint probe, and PCR detection of SRY and amelogenin genes in 3 XY mares. Equine Veterinary Journal. v. 33, n. 5,  2001, p. 527–530.

SHE, Z.Y. e YANG, W.X. Molecular mechanisms involved in mammalian primary sex determination. J Mol Endocrinol. n. 53, v. 1, 2014, p. 21-37.YAO, H.H.; DINAPOLI, L.; CAPEL, B. Meiotic germ cells antagonize mesonephric cell migration and testis cord formation in mouse gonads. Development. v.130, n. 24, p. 5895-5902, 2003 Dec.