определение пола по хромосомам у человека
Определение пола по хромосомам у человека
Развитие женских половых клеток — яйцеклеток (оогенез) начинается в ранние стадии внутриутробного развития и длится приблизительно до 50-и лет жизни женщины. Яйцеклетки развиваются из исходных половых клеток — оогоний. В фазе роста в результате повторных митотических делений оогоний возникают ооциты первого порядка с диплоидным количеством хромосом.
Ооцит первого порядка вступает в мейоз, и после первого (редукционного) деления из каждого ооцита первого порядка возникает только один ооцит второго порядка с гаплоидным количеством хромосом. Второе дочернее ядро, возникшее при делении, подвергается обратному развитию в виде так называемого первого полюсного тельца.
При втором делении из ооцита второго порядка снова возникает только одна зрелая половая клетка — яйцеклетка с гаплоидным числом хромосом, а второе дочернее ядро (второе полюсное тельце) гибнет. Второе деление происходит уже после овуляции. Из одной диплоидной оогоний в процессе оогенеза возникает только одна гаплоидная половая клетка, способная к оплодотворению.
При мейотическом делении расходятся также и половые хромосомы, благодаря чему яйцеклетка всегда получает одну хромосому X. Поэтому женские половые клетки являются гомогаметными.
Развитие мужских половых клеток (спермиогенез) отличается от оогенеза. Он начинается с наступлением половой зрелости мужчины и длится на протяжении почти что всей жизни. Исходные половые клетки спермиогонии интенсивно размножаются, увеличиваются в размерах, и из них возникают спермиоциты первого порядка с диплоидным числом хромосом.
При первом мейотическом делении из спермиоцита первого порядка возникают два спермиоцита второго порядка, которые имеют уже гаплоидное число хромосом. При втором мейотическом делении в результате разделения спермиоцита второго порядка возникают две гаплоидные сперматиды. Таким образом, из каждой исходной диплоидной спермиогонии возникают четыре сперматиды с гаплоидным числом хромосом.
Эти сперматиды, благодаря цитологическим изменениям, без дальнейшего деления превращаются в зрелые мужские половые клетки. В результате разделения пары половых хромосом XY после мейоза возникают два вида гамет: спермии с хромосомой X и спермин с хромосомой Y, то есть половина гамет мужского вида и половина гамет женского вида. В связи с этим мужские половые клетки являются гетерогаметными.
Хромосомное определение пола
У человека наблюдается так называемое хромосомное определение пола, при котором решающую роль играет спермий. Поскольку спермии бывают двух видов, то один вид определяет женский пол, а второй вид — мужской. Решающим критерием в спермии являются половые хромосомы X и Y. В спермии, определяющем мужской пол, находится хромосома Y, в спермии, определяющем женский пол, — хромосома X.
Поскольку яйцеклетка всегда имеет только хромосому X, после оплодотворения организм женского пола имеет обе хромосомы X (то есть комбинацию XX), а организм мужского пола — комбинацию хромосом XY. Такое хромосомное состояние, благодаря делению оплодотворенной яйцеклетки, передается всем клеткам организма; таким образом, половые различия закладываются уже на клеточном уровне. Если первичные половые клетки имеют хромосомы XX, то они вызывают образование яичников и, наоборот, наличие хромосом XY обусловливает образование семенников. В том случае, если имеется только одна хромосома X (моносомия ХО — синдром Турнера), то развивается организм женского пола, хотя яичники не дифференцируются (образуются только яйцеводы, матка и влагалище).
При наличии хромосомы Y, всегда возникают семенники, причем даже в том случае, когда комбинация половых хромосом сопровождается избытком хромосом X (например половые хромосомы XXY — синдром Клейнефельтера).
Мальчики налево, девочки направо. А остальные?
Автор
Редактор
Первый вопрос, который задают знакомые, узнав, что женщина беременна: «У тебя девочка или мальчик?» Казалось бы, что такого сложного, ведь УЗИ покажет? Но не тут-то было. В одном организме могут мирно сосуществовать и клетки с Y-хромосомой, и их более «женственные» сестры с двумя X-хромосомами. Так что пол — это характеристика не качественная, а количественная.
В недели окологендерных праздников в стране обостряются разговоры о том, кто же такие настоящие женщины, настоящие мужчины и что они должны делать, чтобы не потерять драгоценный титул. А меж тем, любой пол (и генетический, и социальный) — это не то, чем так просто можно управлять. Более того, между мужчинами и женщинами нет четкой границы.
С чистого листа
Рисунок 1. Зависимость пола от температуры развития яиц у черепах нескольких видов: болотной (Emys orbicularis), средиземноморской (Testude graeca), логгерхеда (Caretta caretta) и расписной (Chrysemys picta). Рисунок из ru.wikipedia.org.
Какого пола будет животное, у разных видов определяется по-разному [1]. Например, крокодилы, черепахи и ящерицы в этом смысле полностью зависят от температуры, при которой развивались их родные яйца (рис. 1). У некоторых рыб пол зависит от того, кто ужé живет рядом с ними — самки или самцы [2]. Зародыш человека может стать мальчиком или девочкой в зависимости от того, функционирует ли на его половых хромосомах участок SRY — sex determining region of chromosome Y, содержащий несколько «мужских» генов (программируют развитие зачаточных гонад по мужскому сценарию). Теоретически он должен находиться на игрек-хромосоме, но бывает и так, что SRY оказывается на икс-хромосоме. Подобное характерно и для некоторых животных. В том числе поэтому рождаются коты (самцы по фенотипу) черепахового окраса: такую расцветку можно получить, только имея генотип XX. Ясно, что XX — это в подавляющем большинстве случаев кошка, однако если одна из икс-хромосом несет SRY, то хромосомная кошка окажется фенотипическим котом [3].
SRY — не единственный участок ДНК, влияющий на пол животного. Например, организм с генотипом XY разовьет не только яички, но и рудиментарную матку с фаллопиевыми трубами, если в его клетках окажутся дополнительные копии гена WNT4. А если в клетках XX-организма произойдет мутация гена RSPO1*, у него появится овотестис — промежуточное образование с яичниками и яичками одновременно.
* — Различные типы белков WNT и RSPO — участники сигнального пути Wnt, ключевого для процессов клеточной пролиферации и дифференцировки, соответственно, онто- и онкогенеза. О строении и порой неожиданных «профобязанностях» белков-регуляторов этих процессов — Wnt — рассказано в статье «Важнейшие стрелочники клеток организма: белки Wnt» [4]. — Ред.
Получается, что пол — это сложная характеристика, и складывается она из борьбы противоположностей, когда силы, движущие развитием мужских и женских гонад, достигают некоего баланса. И точки этого баланса вовсе не обязаны быть полюсами.
Австралийские химеры
Рисунок 2. Венера — кошка-химера. Обратите внимание на окраску шерсти и цвет глаз. Фотография из instagram.com/venustwofacecat.
До этого мы обсуждали случаи, когда интересующие нас гены во всех клетках организма работают примерно с одинаковой силой. Однако это не всегда осуществимо: бывает так, что часть клеток имеет другой набор генов в принципе — потому что изначально пришла из другого организма. Один из случаев, это подтверждающих, произошел около 5 лет назад. Тогда в Королевский госпиталь в Мельбурне обратилась беременная женщина 46 лет. Она хотела выяснить, всё ли в порядке с ее будущим, третьим по счету, ребенком. Желание вполне резонное: всё-таки дети, зачатые в таком возрасте, имеют больше шансов получить вместе с генами матери вредные мутации.
Амниоцентез (взятие околоплодных вод) показал, что с ребенком всё нормально. Однако дополнительные генетические анализы клеток крови и эпителия внутренней поверхности щек беременной выявили, что значительная их часть имеет не женский, а мужской генотип [5]! Скорее всего, XY-клетки женщины — это остатки тканей близнеца, делившего с ней утробу.
На самом деле, организмы, образованные клетками с разным генетическим составом, не такая уж и редкость. Многие знают о химерах и мозаичных организмах. И те, и другие имеют клетки с неодинаковыми генами, но химеры образованы из материала нескольких зигот, а «мозаики» — из материала одной. Неодинаковые генотипы проявляются в фенотипе: мы видим, что кошка разноцветная (рис. 2), а у бабочки разные по размеру и форме крылья (рис. 3). Уникальность австралийского случая как раз в том, что внешне, в фенотипе, мозаицизм клеток никак не проявился.
Я не совсем я?
Рисунок 3. Мозаичный гинандроморф бабочки Papilio androgeus. Левое заднее крыло больше походит на крыло самки, правое — самца. Рисунок из ru.wikipedia.org.
Еще один вариант организмов, чей пол не так очевиден, — микрохимеры. Это животные, которым небольшая часть стволовых клеток досталась напрямую от матери (путем миграции через плаценту) или от близнецов. Параллельно может проходить и обратный процесс: клетки плода могут преодолевать плацентарный барьер и приживаться в материнском организме. Вообще говоря, иммунная система любого организма должна отторгать такие чужеродные объекты, однако у микрохимер этого, как правило, не происходит. В 1999 году в Journal of Clinical Investigation вышло исследование, «герой» которого сохранил в себе материнские клетки вплоть до зрелости [6]. Есть и обратный пример: в крови женщины нашли клетки с генотипом ее ребенка через 27 (!) лет после родов [7].
Присутствие чужих клеток, возможно, не проходит для организма бесследно. Фетальный микрохимеризм пытаются связать с развитием ряда аутоиммунных заболеваний и ускорением регенеративных процессов при травмах. Близнецовый микрохимеризм характерен для некоторых животных, особенно коров: во время внутриутробного развития разнополых близнецов на эмбрион женского пола воздействуют мужские гормоны, происходит и клеточный обмен. В итоге самки маскулинизируются, дают меньше потомков, чем «нормальные» коровы, а чаще и вовсе бесплодны. Таких самок — фримартинов — можно идентифицировать именно по признаку микрохимеризма.
Раз инородные клетки живут в организмах микрохимер несколько десятков лет, очевидно, что они не просто существуют в стадии покоя, а еще и размножаются, и мигрируют в новые для себя ткани и органы. В частности, у мышей клетки доноров находили даже в мозге, где они успешно развивались [8]. Происходит ли подобное в мозге людей-микрохимер, неизвестно, как неясно и самое интересное — влияют ли клетки другого пола на их поведение?
Если о поведении мы точно ничего не можем сказать, то утверждать, что обмен веществ изменяется под влиянием чужеродных клеток и хромосом, можно наверняка [9]. Более того, клетки XY реагируют на стресс и проходят стадии клеточной смерти не так, как клетки XX [10].
Мышиные 45? Самочка — самец опять!
Поменять пол можно даже в зрелом возрасте. Процедура не обязательно будет включать в себя изменение гениталий, и все клетки организма останутся при своих хромосомах. Иногда достаточно выключить или включить какой-нибудь ген. Например, если инактивировать Foxl2 у взрослой самки мыши, клетки ее яичников станут клетками Сертоли — такими же, как в тестикулах самцов [11]. Можно сделать и обратное, только для этого нужно выключить ген Dmrt1 [12].
Наконец, иногда фенотипическое проявление пола может быть напрямую не связано с половыми железами. В таких случаях клетки организма становятся по какой-то причине невосприимчивыми к женским или мужским половым гормонам. Например, при невосприимчивости к андрогенам (мужским половым гормонам) независимо от наличия или отсутствия Y-хромосомы организм будет развиваться как женский. Внешне такого человека нельзя будет отличить от «настоящей» женщины, но внутри него будут скрываться яички.
Расхождения в анатомическом либо генетическом поле и поле по паспорту случаются не очень часто — в одном случае из 4500 [13]. Эта цифра может увеличиться в 45 раз, если медики признают незначительные вариации в строении гениталий отклонениями от «официального» пола. Другое дело, что обладатели необычного пола (табл. 1) могут и не знать о своей особенности до тех пор, пока не пойдут лечиться от бесплодия. Впрочем, «мужчины-женщины» не всегда оказываются нефертильными: например, пару лет назад во время операции по удалению грыжи хирурги обнаружили у 70-летнего отца семейства матку и фаллопиевы трубы [14].
| Хромосомы | Половые железы | Половые органы | Прочее | |
|---|---|---|---|---|
| Нормальный мужчина | XY | Яички | Мужские внутренние и наружные гениталии | Вторичные половые признаки (расположение волос на лице и теле, размер молочных желез) по мужскому типу |
| Незначительные вариации | XY | Яички | Мужские внутренние и наружные гениталии | Незначительные отличия от нормального мужчины, например, сниженная выработка спермы |
| Умеренные вариации | XY | Яички | Мужские наружные гениталии с анатомическими вариациями: например, отверстие мочеиспускательного канала может быть на задней стороне головки члена (головчатая гипоспадия) | Встречаемость — 1 на 250–400 случаев родов |
| 46, XY, нарушение формирования пола | XY | Яички | Часто и мужские, и женские | Синдром персистенции Мюллеровых протоков. Есть половой член и яички, а также фаллопиевы трубы и матка |
| Овотестикулярное нарушение формирования пола | XX, XY или оба варианта | Ткань яичников и яичек | И мужские, и женские | Иногда могут рожать здоровых детей |
| 46, XX тестикулярное нарушение формирования пола | XX | Небольшие яички | Мужские наружные гениталии | Обычно вызвано наличием SRY на X-хромосоме |
| Умеренные вариации | XX | Яичники | Женские внутренние и наружные гениталии | Незначительные отклонения в возрастных изменениях, например, раннее прекращение работы яичников |
| Незначительные вариации | XX | Яичники | Женские внутренние и наружные гениталии | Незначительные отличия от нормальной женщины, например, избыток мужских половых гормонов или поликистоз яичников |
| Нормальная женщина | XX | Яичники | Женские внутренние и наружные гениталии | Вторичные половые признаки по женскому типу |
Заключение
Итак, с полом животных и человека не всё так просто. Но если законов, принимающих во внимание пол первых, практически нет, то жизни самцов и самок нашего вида по-прежнему должны различаться. И различия касаются всего — начиная от спорта с его жестким контролем пола и заканчивая семейным законодательством, из-за которого во многих странах люди одного пола официально не могут вступать в брак и заводить совместных детей. Будем надеяться, что с появлением новых данных об определении биологического пола пол по документам тоже сможет стать более обтекаемым и менее радикальным понятием.
Можно ли спланировать пол будущего ребенка?
Еще в древние времена многие будущие родители хотели знать заранее: какого пола будет ребенок? Находились и те, кому хотелось повлиять на этот процесс. За всю историю человечества было придумано немало способов: некоторым из них тысячи лет.
Были свои способы определения пола ребенка и на Руси. Один из них предписывает женщине вытянуть несколько прутиков из веника и согнуть их. Если они выпрямлялись, то родится мальчик, а если оставались согнутыми – девочка.
Конечно, в наше время все эти методы могут вызвать лишь улыбку, хотя некоторыми из них, например, китайской таблицей, по-прежнему пользуются многие женщины. В ряде случаев это, действительно, работает, но тут речь лишь о простом совпадении, как с астрологией или гаданием на кофейной гуще. А что же говорят ученые и врачи?
От чего на самом деле зависит пол?
В упрощенном варианте всё сводится к половым хромосомам.
Из школьного курса биологии многие помнят, что женский генотип обозначается как 46, XX, а мужской – 46, XY. От матери ребенок может получить только X-хромосому, а от отца – X или Y. В первом случае родится мальчик, во втором – девочка. Вероятность 50/50, но это неточно, потому что вмешиваются разные факторы. А можно ли повлиять на них «бытовыми» способами? Некоторые врачи считают, что можно, но большинство коллег с ними не согласны.
Теории, которые не подтвердились
В США есть акушеры-гинекологи, которые утверждают, что спланировать пол будущего ребенка во время зачатия можно благодаря разным свойствам сперматозоидов, несущих X- и Y-хромосому.
Сперматозоиды с Y-хромосомой более легкие и подвижные, они быстрее перемещаются по половым путям женщины и лучше выживают в щелочной среде. Напротив, сперматозоиды с X-хромосомой более «тяжелые» и лучше переносят кислую среду.
Существуют и другие теории и рекомендации, причем, подчас они противоречат друг другу. У всех у них есть единственный, но очень большой недостаток: ни одна не подтверждена в ходе научных исследований. Нет убедительных доказательств того, что дата полового акта, поза или последовательность оргазмов у партнеров могут повлиять на пол ребенка. Если вы все же решили попробовать, то вас можно напутствовать старой народной мудростью: «попытка не пытка». По крайней мере, это не навредит. 
Можно ли выбрать пол ребенка во время ЭКО?
В случае с экстракорпоральным оплодотворением идея планирования пола ребенка уже не выглядит фантастической. Ведь теоретически в лаборатории можно провести генетический анализ и выбрать для оплодотворения только нужные сперматозоиды.
Действительно, существует такая процедура, как предимплантационная генетическая диагностика. Во время нее можно не только определить пол эмбриона, но и выявить различные генетические нарушения.
Вот только российское законодательство запрещает заниматься таким искусственным отбором. Пункт 4 статьи 55 Федерального закона от 21.11.2011 N 323-ФЗ говорит нам:
«При использовании вспомогательных репродуктивных технологий выбор пола будущего ребенка не допускается».
Правда, есть одно исключение. Оно касается наследственных заболеваний, связанных с полом. Например, около 500 серьезных генетических болезней, включая гемофилию (нарушение свертывания крови) и мышечную дистрофию Дюшенна, развиваются только у мужчин. Женщины могут быть их носительницами. Если риск высок, то будущим родителям разрешат выбрать пол ребенка, чтобы он родился здоровым.
В разных странах законодательство на этот счет различается. Так, в США одно время Институт генетики и ЭКО в Фэрфаксе, штат Вирджиния, практиковал методику сортировки сперматозоидов, который помогал успешно выбрать пол с 91% вероятностью для девочек и 74% для мальчиков. Однако, в 2011 году американское Управление по контролю качества медикаментов и продуктов питания (FDA) запретило заниматься такой сортировкой.
В таких странах, как Мексика, Малайзия, Кипр и Швейцария, родителям доступна помощь в выборе пола ребенка, если они хотят «уравновесить» семью или избежать генетических заболеваний. Стоимость такой процедуры довольно высока – она начинается от 3000 долларов.
Когда стоит посетить психолога?
Таким образом, пол ребенка в большинстве случаев становится для родителей приятным сюрпризом. И это прекрасно.
Сложно представить, какие перекосы могли бы возникнуть в половой структуре населения разных стран, если бы все пары смогли «заказывать» мальчиков или девочек на свое усмотрение.
Некоторые беременные женщины даже не хотят, чтобы им называли пол ребенка во время УЗИ. Им хочется узнать об этом в день родов, они уверены, что будут любить своего малыша в любом случае.
Если же желание родить ребенка определенного пола становится навязчивым – это тревожный звоночек. Стоит задуматься: а готовы ли вы стать матерью или отцом? Сможете ли любить сына, если мечтали о дочери?
Возможно, у вас есть психологические проблемы, над которыми нужно поработать. В таких случаях лучше для начала обратиться к психологу.
Лекция № 19. Генетика пола
Хромосомное определение пола
У животных можно выделить следующие четыре типа хромосомного определения пола.
Женский пол — гомогаметен ( ХХ ), мужской — гетерогаметен ( ХY ) (млекопитающие, в частности, человек, дрозофила).
Генетическая схема хромосомного определения пола у человека:
| Р | ♀46, XX | × | ♂46, XY |
| Типы гамет |  23, X | 23, X 23, Y | |
| F | 46, XX женские особи, 50% | 46, XY мужские особи, 50% |
Генетическая схема хромосомного определения пола у дрозофилы:
| Р | ♀8, XX | × | ♂8, XY |
| Типы гамет | 4, X | 4, X 4, Y | |
| F | 8, XX женские особи, 50% | 8, XY мужские особи, 50% |
Женский пол — гомогаметен ( ХХ ), мужской — гетерогаметен ( Х0 ) (прямокрылые).
Генетическая схема хромосомного определения пола у пустынной саранчи:
| Р | ♀24, XX | × | ♂23, X0 |
| Типы гамет | 12, X | 12, X 11, 0 | |
| F | 24, XX женские особи, 50% | 23, X0 мужские особи, 50% |
Женский пол — гетерогаметен ( ХY ), мужской — гомогаметен ( ХХ ) (птицы, пресмыкающиеся).
Генетическая схема хромосомного определения пола у голубя:
| Р | ♀80, XY | × | ♂80, XX |
| Типы гамет | 40, X 40, Y | 40, X | |
| F | 80, XY женские особи, 50% | 80, XX мужские особи, 50% |
Женский пол — гетерогаметен ( Х0 ), мужской — гомогаметен ( ХХ ) (некоторые виды насекомых).
Генетическая схема хромосомного определения пола у моли:
| Р | ♀61, X0 | × | ♂62, XX |
| Типы гамет | 31, X 30, Y | 31, X | |
| F | 61, X0 женские особи, 50% | 62, XX мужские особи, 50% |
Наследование признаков, сцепленных с полом
Изучением наследования генов, локализованных в половых хромосомах, занимался Т. Морган.
У дрозофилы красный цвет глаз доминирует над белым. Реципрокное скрещивание — два скрещивания, которые характеризуются взаимно противоположным сочетанием анализируемого признака и пола у форм, принимающих участие в этом скрещивании. Например, если в первом скрещивании самка имела доминантный признак, а самец — рецессивный, то во втором скрещивании самка должна иметь рецессивный признак, а самец — доминантный. Проводя реципрокное скрещивание, Т. Морган получил следующие результаты. При скрещивании красноглазых самок с белоглазыми самцами в первом поколении все потомство оказывалось красноглазым. Если скрестить между собой гибридов F1, то во втором поколении все самки оказываются красноглазыми, а среди самцов — половина белоглазых и половина красноглазых. Если же скрестить между собой белоглазых самок и красноглазых самцов, то в первом поколении все самки оказываются красноглазыми, а самцы белоглазыми. В F2 половина самок и самцов — красноглазые, половина — белоглазые.
| Р | ♀ X A X A красноглазые | × | ♂ X a Y белоглазые |
| Типы гамет |  X A | X a Y | |
| F1 | X A X a ♀ красноглазые 50% | X А Y ♂ красноглазые 50% |
| Р | ♀ X A X a красноглазые | × | ♂ X A Y красноглазые | |
| Типы гамет | X A X a | X A Y | ||
| F2 | X A X A X A X a ♀ красноглазые 50% | X А Y ♂ красноглазые 25% | X a Y ♂ белоглазые 25% | |
| Р | ♀ X a X a белоглазые | × | ♂ X A Y красноглазые |
| Типы гамет | X a | X A Y | |
| F1 | X A X a ♀ красноглазые 50% | X a Y ♂ белоглазые 50% |
| Р | ♀ X A X a красноглазые | × | ♂ X a Y белоглазые | ||
| Типы гамет | X A X a | X a Y | |||
| F2 | X A X A ♀ красноглазые 25% | X a X a ♀ белоглазые 25% | X А Y ♂ красноглазые 25% | X a Y ♂ белоглазые 25% | |
Схема половых хромосом человека и сцепленных с ними генов:
1 — Х-хромосома; 2 — Y-хромосома.
| Р | ♀ X A X a норм. сверт. крови | × | ♂ X A Y норм. сверт. крови | ||
| Типы гамет | X A X a | X A Y | |||
| F2 | X A X A X А X a ♀ норм. сверт. крови 50% | X А Y ♂ норм. сверт. крови 25% | X a Y ♂ гемофилики 25% | ||
Перейти к лекции №18 «Сцепленное наследование»
Перейти к лекции №20 «Взаимодействие генов»
Смотреть оглавление (лекции №1-25)