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Determinação sexual e gametogênese DETERMINAÇÃO DO SEXO PELO CROMOSSOMO - Mamíferos: fêmea XX e macho XY - Aves: macho ZZ e fêmea ZW - Moscas: o cromossomo Y não executa nenhum papel na determinação sexual, mas o número de cromossomos X é determinante do fenótipo sexual - Insetos: ovos diploides fertilizados desenvolvem-se em fêmeas, ao passo que ovos haploides não fertilizados se tornam machos O PADRÃO DE DETERMINAÇÃO SEXUAL EM MAMÍFEROS - É governada pelos genes formadores de gônada e pelos hormônios elaborados nas gônadas - Determinação sexual primária: determinação das gônadas – ovários formadores de ovócito e testículos formadores de espermatozoide - Determinação sexual secundária: é a determinação do fenótipo de macho ou fêmea pelos hormônios produzidos nas gônadas. A formação de ovários e de testículos são processos ativos dirigidos por genes. As gônadas masculinas e femininas divergem a partir de um mesmo percursos, a gônada bipotente/diferenciada - Todos os indivíduos precisam portar ao menos um cromossomo X - Como a fêmea diploide é XX, cada um de seus ovócitos haploides tem um único cromossomo X. O macho, por ser XY, gera duas populações de espermatozoides haploides: uma metade carrega X e outra Y - O cromossomo Y carrega um gene que codifica o fator determinante de testículo, que organiza a gônada bipotente em testículo XXY (síndrome de Klinefelter) são machos apesar de terem dois cromossomos X – homens XXY possuem testículos funcionais; X ou XO (síndrome de Turner) são fêmeas – mulheres X começam a formar ovários, mas os folículos ovarianos não conseguem ser mantidos sem um cromossomo X Se o gene Sry (do fator determinante do sexo) está presente, ele atua normalmente durante o momento para promover a formação dos testículos e inibir a formação dos ovários Se o gene Sry não estiver presente, ou se falhar em momento inapropriado, são os genes formadores de ovário que funcionarão - Quando a determinação primária (cromossômica) estabelece as gônadas, estas começam a produzir os hormônios e os fatores parácrinos que governam a determinação secundária – isto é, o desenvolvimento do fenótipo sexual fora das gônadas sistemas de ductos e da genitália externa ● Machos: pênis, escroto, vesícula seminal e glândula da próstata ● Fêmeas: útero, oviduto, cérvice, vagina, clitóris, lábios e glândulas mamárias ● Em muitas espécies, também há um tamanho de corpo, cartilagem vocal e da musculatura específica do sexo ● Características sexuais secundárias são normalmente determinadas pelos hormônios e por fatores parácrinos secretados pelas gônadas. Na ausência das gônadas é gerado o fenótipo feminino - O ovário produz estrogênio, um hormônio que promove o desenvolvimento do ducto de Müller em útero, oviduto, cérvice e porção superior da vagina - Se as células embrionárias possuem tanto XY, forma-se o testículo, e este secreta dois fatores principais: ● Hormônio anti-mülleriano (AMH, também conhecido como fator inibitório Mülleriano – MIF): destrói o ducto de Müller, impedindo a formação do útero e oviduto – fator parácrino da família TGF-β ● Testosterona: masculiniza o feto, estimulando a formação de pênis, sistema de ductos masculinos, escroto e outras porções da anatomia masculina, bem como inibindo o desenvolvimento dos primórdios dos seios DETERMINAÇÃO PRIMÁRIA DO SEXO EM MAMÍFEROS - Todos os outros rudimentos de órgãos podem normalmente se diferenciar em apenas um tipo de órgão o rudimento da gônada tem duas opções: testículo ou ovário. A via de diferenciação é direcionada pelo genótipo e determina o futuro desenvolvimento sexual do organismo AS GÔNADAS EM DESENVOLVIMENTO - Em humano, dois rudimentos de gônada aparecem durante a quarta semana e ficam indiferenciados até a sétima semana. Esses precursores de gônada estão em regiões pareadas do mesoderma adjacente ao rim em desenvolvimento - As células germinativas migram para a gônada durante a sexta semana e são circundadas pelas células mesodérmicas - XY: as células mesodérmicas continuam a proliferar até a oitava semana, quando parte delas inicia a diferenciação para células de Sertoli, que secretam o hormônio anti-mülleriano quando estão em desenvolvimento, o qual bloqueia o desenvolvimento dos ductos femininos. Elas também formarão os túbulos seminíferos, que darão suporte ao desenvolvimento dos espermatozoides ao longo da vida de um mamífero macho. Durante a oitava semana, as células de Sertoli em desenvolvimento circundam as células germinativas que estão chegando e as organizam em cordões testiculares. Esses cordões formam alças na região central do testículo em desenvolvimento e ficam conectados como uma rede de finos canais, chamados de rete testis, localizados próximos ao ducto do rim em desenvolvimento Quando, então, as células germinativas entram nas gônadas masculinas, elas desenvolvem-se dentro dos cordões do testículo, dentro do órgão No desenvolvimento subsequente (na puberdade em seres humanos; logo depois do nascimento em camundongos, que procriam muito mais rápido) os cordões do testículo maturam e formam os túbulos seminíferos. As células germinativas migram para a periferia desses túbulos e lá estabelecem a população de células-tronco espermatogônias, que produzem espermatozoides ao longo do tempo de vida do macho No túbulo seminífero maduro, os espermatozoides são transportados do interior do testículo por meio da rede testis, que se junta aos ductos eferentes, que são os túbulos do rim remodelados Durante o desenvolvimento masculino, o ducto de Wolff diferencia-se e torna-se o epidídimo (adjacente ao testículo) e o canal deferente (o tubo pelo qual passa o esperma até a uretra e para fora do corpo) O outro grupo de células mesodérmicas, as que não formam o epitélio de Sertoli, se diferenciam em tipos celulares mesenquimais, as células de Leydig secretoras de testosterona Assim, o testículo completamente formado terá tubos epiteliais feitos por células de Sertoli que envolvem as células germinativas, assim como uma população de células mesenquimais, as células de Leydig, que secretam testosterona Cada testículo incipiente é envolvido por uma espessa camada de matriz extracelular, a túnica albugínea, que ajuda na proteção - XX: os cordões sexuais do centro da gônada em desenvolvimento degeneram, restando os cordões sexuais na superfície (córtex) da gônada. Cada célula germinativa é envolvida por um grupo separado de células epiteliais do cordão sexual As células germinativas tornam-se ovos (ovócitos), e as células epiteliais que as circundam diferenciam-se em células da granulosa. O restante das células mesenquimais do ovário em desenvolvimento diferencia-se em células da teca. Juntas, formam os folículos, que envolvem as células germinativas e secretam hormônios esteroides, como o estrogênio e a progesterona. Cada folículo possui uma célula germinativa – uma ovogônia (percursor de ovócito) – que estará em meiose nesse momento - As células germinativas são originalmente bipotentes e podem se tornar tanto espermatozóides quanto ovócitos. Quando estão nos cordões sexuais de macho ou de fêmea, entretanto, elas são instruídas ou para (1) iniciar a meiose e tornarem-se ovócitos, ou (2) permanecerem meioticamente dormentes e tornarem-se espermatogônias - Em gônadas XX, as células germinativas são essenciais para a manutenção dos folículos ovarianos. Sem elas, os folículos degeneram-se em estruturas semelhantes a cordões e expressam marcadores específicos de macho Em gônadas XY, as células germinativas ajudam na diferenciação das células de Sertoli, embora cordões nos testículos sejam formados mesmo na ausência de células germinativas, mas um pouco atrasados Quando um ovário está sendo formado, o ducto de Müller permanece intacto (não há AMH para destruí-lo), e diferencia-se em oviduto, útero, cérvice e vagina superior. Na ausência de testosterona, o ducto de Wolff se degeneraMECANISMOS GENÉTICOS DE DETERMINAÇÃO PRIMÁRIA DO SEXO: TOMANDO DECISÕES - Como o fenótipo de mutações nos genes determinadores do sexo é frequentemente a esterilidade, estudos clínicos de infertilidade têm sido úteis para identificar os genes que estão ativos para determinar se o humano se tornará macho ou fêmea - Os genes para fatores de transcrição Wt1, Lhx9, GATA4 e Sf1 são expressos, e a perda de função de qualquer um deles impedirá o desenvolvimento normal das gônadas Se nenhum cromossomo Y estiver presente, acredita-se que estes transcritos e fatores parácrinos ativem adicionalmente a expressão da proteína Wnt4 (que já é expressa em baixos níveis no epitélio genital) e R-spondin1 (Rspo1). A Rspo1 liga-se a seu receptor de membrana celular e, em seguida, estimula a proteína Disheveled da via Wnt, tornando-a mais eficiente na produção do regulador transcricional β-catenina, onde uma de muitas das suas funções nas células da gônada é ativar ainda mais os genes para Rspo1 e Wnt4, criando um mecanismo de retroalimentação positiva entre essas duas proteínas; além de iniciar a via de desenvolvimento ovariano por meio da ativação dos genes envolvidos na diferenciação das células da granulosa; e impedir a produção de Sox9, uma proteína crucial para a determinação dos testículos Se o cromossomo Y estiver presente, o mesmo grupo de fatores da gônada bipotente ativa o gene Sry do cromossomo Y. A proteína Sry liga-se ao estimulador do gene Sox9 e eleva a expressão deste gene crucial da via de determinação do testículo. Sox9 e Sry também atuam para bloquear a vida formadora de ovário, bloqueando a β-catenina A VIA OVARIANA: WNT4 E R-SPONDIN1 - Em camundongos, o fator parácrino Wnt4 é expresso nas gônadas bipotentes, com sua expressão mantida em gônadas XX em camundongos XX que não possuem o gene Wnt4, o ovário não se forma corretamente, e as células expressam transitoriamente marcadores específicos de testículo, incluindo Sox9, enzimas produtoras de testosterona e o AMH - R-spondin1 (Rspo1) também é crucial para a formação do ovário, visto que em estudos de casos humanos, muitos indivíduos XX com mutações no gene RSPO1 tornam-se fenotipicamente homens. Ela atua em sinergia com Wnt4 para produzir β-catenina, a qual é fundamental tanto para ativar o desenvolvimento subsequente do ovário, quanto para bloquear a síntese do fator determinante de testículo, o Sox9 - Em indivíduos XY com duplicação da região do cromossomo 1 que contêm ambos os genes WNT4 e RSPO1, as vias que fazem β-catenina sobrepõem a via masculina, resultando me uma inversão sexual de macho em fêmea Similarmente, se camundongos XY são induzidos a superexpressar β-catenina nos seus rudimentos de gônada, eles formação ovários, em vez de testículos - Certos fatores de transcrição cujos genes são ativados por β-catenina são encontrados exclusivamente nos ovários ● TAFII-105: essa subunidade de fator de transcrição, a qual ajuda a ligação da RNA-polimerase aos promotores, é vista somente em células de folículos ovarianos. Fêmeas de camundongo sem essa subunidade têm ovário pequeno com poucos ou nenhum folículo maduro ● Fox12: proteína com expressão super aumentada nos ovários, e camundongos XX homozigotos para o alelo mutante Fox12 desenvolvem estruturas de gônadas semelhantes às masculinas e aumentam a expressão de Sox9 e a produção de testosterona β-catenina e Fox12 são ambos cruciais para a ativação do gene Folistatina, um inibidor da família TFG-β de fatores parácrinos, responsável pela organização do epitélio em células da granulosa do ovário Camundongos XX sem folsitatina na gônada em desenvolvimento mostram inversão parcial do sexo, formando estruturas semelhantes ao testículo - O que mantém a identidade ovariana é o Fox12. Quando é deletado no estágio adulto do ovário, o gene Sox9 fica ativo, e o ovário transforma-se em testículo A VIA DO TESTÍCULO: SRY E SO9 - O principal gene para a determinação do testículo em humanos reside no pequeno braço do cromossomo Y - Sry (sex-determining region of the Y chromosome): um peptídeo de 223 aminoácidos. É encontrado em homens normais XY e raros machos XX; sendo ausente em mulheres normais XX e muitas mulheres XY (aproximadamente 15% dessas mulheres possuem O SRY, porém a cópia desse gene contém mutações pontuais ou com mudanças de fase de leitura que impedem a ligação da proteína Sry ao DNA) Em camundongos, esse gene é expresso nas células somáticas das gônadas bipotentes imediatamente antes da diferenciação destas em células de Sertoli A evidência mais clara de que Sry seja o gene para o fator determinante do testículo vem de camundongos transgênicos. Se Sry induz a formação do testículo, então inserir o DNA do Sry no genoma do zigoto de um camundongo normal XX acarreta a formação de testículos nesse camundongo Ele é ativo por apenas poucas horas durante o desenvolvimento da gônada de camundongos. Durante esse momento, ele sintetiza o fator de transcrição Sry, cuja função primária é a ativação do gene Sox9 - SOX9 – gene autossômico determinante de testículos: é um gene envolvido em vários processos do desenvolvimento, mais notoriamente na formação do osso. Nos rudimentos das gônadas, induz a formação de testículos Humanos XX que possuem uma cópia ativada extra do Sox9 se desenvolvem como machos, mesmo se não tiverem o gene Sry; e camundongos XX transgênicos para Sox9 desenvolvem testículos Seu nocaute em gônadas dos camundongos XY causa uma reversão completa do sexo se Sry estiver presente, porém Sox0 ausente, os testículos não serão formados Ele é o gene mais antigo e central na determinação do sexo em vertebrados Sry é um “gatilho” operando durante um período muito curto para ativar Sox9, e a proteína Sox9 inicia a via de formação do testículo evolutivamente conservada A proteína Sox9 é capaz de ativar seu próprio promotor, permitindo ser transcrita por longos períodos de tempo; bloqueia a habilidade da β-catenina de induzir a formação do ovário; se liga nas regiões cis-regulatórias de inúmeros genes necessários para a produção de testículos; Sox9 se liga ao sítio do promotor do gene para o hormônio anti-mülleriano, promovendo uma ligação crucial na via para o fenótipo masculino; e promove a expressão do gene codificante para Fgf9, importante para o desenvolvimento de testículos, sendo também essencial para a manutenção do gene Sox9, estabelecendo um circuito de retroalimentação positivo que direciona para a via masculina - Fator de crescimento de Fibroblasto 9 (Fgf9): quando ele é subtraído de camundongos, os mutantes homozigotos são quase todos fêmeas. Ela desempenha vários papeis na formação dos testículos: ● Causa a proliferação nos precursores das células de Sertoli e estimula sua diferenciação ● Ativa a migração de células de vaso sanguíneo dos ductos do rim adjacentes para a gônada XY. A incubação de gônadas XX com Fgf9 leva à migração de células endoteliais (dos mesonéfrons) para a gônada da XX. Essas células de vaso sanguíneo formam a principal artéria do testículo e têm um papel instrutivo na indução dos precursores das células de Sertoli para formar os cordões do testículo – na sua ausência, os cordões não se formam ● É necessário para manter a expressão de Sox9 nos precursores das células de Sertoli e direcionar sua formação em túbulos. Ele coordena o desenvolvimento das células de Sertoli por meio do reforço e expressão de Sox9 em todas as células do tecido, sendo importante para a criação integrada dos túbulos testiculares ● Reprime a sinalização Wnt4, o qual direcionaria para o desenvolvimento ovariano ● Ajuda na coordenação da determinação do sexo da gônada com o das células germinativas, bloqueando a entrada imediata das células germinativas em meiose, direcionando-as para a via formadora de espermatozoides - SF1 – uma importante ligação entre SRY e a via de desenvolvimento masculino: é necessário para fazer a gônada bipotente. Contudo,enquanto níveis de Sf1 declinam na crista genital de embriões de camundongo XX, eles permanecem altos nos testículos em desenvolvimento A proteína Sf1 é ativa na masculinização tanto das células de Leydig quanto das da Sertoli -- nas de Sertoli trabalham em colaboração com Sry para ativar Sox9 e depois, trabalhando com Sox9, eleva os níveis da transcrição do hormônio anti-mülleriano. Nas células de Leydig, Sf1 ativa genes codificantes de enzimas que fazem testosterona Acredita-se que Sry mantém tanto direta quanto indiretamente a expressão do gene Sf1 O MOMENTO E O LOCAL EXATOS - Se a janela de oportunidade da ativação de Sry é perdida, a via de formação do ovário é ativada - Hermafroditas: indivíduos que possuem tanto tecido ovariano quanto testicular; possuindo um ovotestículo ou um ovário em um lado e testículo no outro O ovotestículo pode ser gerado quando o gene Sry é ativado mais tardiamente que o normal. Hermafroditas também podem resultar de uma rara condição quando um cromossomo Y é translocado para um cromossomo X ● Nos tecidos em que o cromossomo Y translocado está no cromossomo X ativo, o cromossomo Y estará ativo, e o gene Sry será transcrito ● Nas células que o cromossomo Y está no cromossomo X inativo, o cromossomo Y também estará inativo Estes mosaicos na expressão Sry na gônada podem levar à formação de um testículo, ovário ou um ovotestículo, dependendo da porcentagem de células expressando SRY nos precursores das células de Sertoli - O gene Dmrt1 é necessário para a manutenção da estrutura testicular. Sua deleção em camundongos adultos leva à transformação das células de Sertoli em células da granulosa do ovário. Ainda, a sua superexpressão no ovário de fêmeas de camundongos pode reprogramar o tecido ovariano em células semelhantes à Sertoli Ela é encontrada entre todos os sexos masculinos do reino animal em mamíferos, SRY tomou essa função DETERMINAÇÃO SECUNDÁRIA DO SEXO EM MAMÍFEROS: REGULAÇÃO HORMONAL DO FENÓTIPO SEXUAL - Determinação sexual primária: a formação de ovário e de testículo a partir da gônada bipotente. Não resulta em um fenótipo sexual completo - Determinação sexual secundária: desenvolvimento dos fenótipos feminino e masculino em resposta aos hormônios secretados pelos ovários e testículos. Possui duas fases principais: a primeira no embrião durante a organogênese, e a segunda na puberdade Desenvolvimento embrionário: sinais de hormônios e fatores parácrinos coordenam o desenvolvimento das gônadas com o desenvolvimento dos órgãos sexuais secundários Fêmeas: ação do estrogênio Ductos de Müller Útero, cérvice, oviduto e vagina superior Tubérculo genital Clitóris Dobras labioscrotais Grandes lábios Seio urogenital Bexiga, uretra e glândulas de Skene (produzem secreções semelhantes às da próstata) ● A testosterona causa a diferenciação dos ductos de Wolff em tubos condutores de esperma (epidídimo e O mecanismo pelo qual a testosterona masculiniza o tubérculo genital é por uma interação com a via Wnt, agindo no tubérculo genital, ativando o desenvolvimento masculino No macho, testosterona e di-hidrotestosterona ligam-se ao receptor de androgênio (testosterona) no mesênquima e previnem a expressão de inibidores de Wnt (permitindo a expressão de Wnt no mesênquima). Com a influência desses Wnts, a prega urogenital converte-se em pênis e escroto Machos: ação do anti-mülleriano e testosterona (andrigênio – substancia masculinizante) Ductos de Wolff Epidídimo, canal deferente e vesícula seminal Tubérculo genital Pênis Dobras labioscrotais Escroto Seio urogenital Bexiga, uretra e glândula da próstata A ANÁLISE GENÉTICA DA DETERMINAÇÃO SEXUAL SECUNDÁRIA - Síndrome de insensibilidade a androgênios: demonstra a existência de vidas masculinizantes separadas e independentes de testosterona. Esses indivíduos XY, sendo cromossomicamente masculinos, têm o gene SRY e por isso possuem testículos que produzem testosterona e AMH. Entretanto, eles possuem uma mutação no gene que codifica a proteína receptora de andrógenos que se liga à testosterona para leva-la ao núcleo. Assim, esses indivíduos não podem responder à testosterona feita em seus testículos, podendo responder ao estrogênio produzido pelas glândulas suprarrenais (normal para XX e XY), desenvolvendo características sexuais externas femininas. Produzem e respondem ao AMH, portanto seu ducto de Müller degenera. Aparentam ser mulheres normais, mas são estéreis, faltando o útero e o oviduto, além de apresentarem testículos internos, no abdome - Intersexo: indivíduos cujos os fenótipos em que são vistas características masculinas e femininas. A síndrome é tradicionalmente classificada como pseudo-hermafroditismo apenas um tipo de gônada. ● Em indivíduos humanos machos, o pseudoermafroditismo pode ser causado ou por mutações no receptor androgênico (para testosterona) ou por mutações que afetam a síntese de testosterona ● Em humanas femininas, pode ser o resultado da superprodução de androgênios no ovário ou na glândula suprarrenal – hiperplasia suprarrenal congênita, na qual há uma deficiência genética da enzima que metaboliza o esteroide cortisol na glândula suprarrenal. Na ausência dessa enzima, há um acumulo de esteroides do tipo testosterona, que podem se ligar ao receptor androgênico, causando a masculinização do feto - Testosterona e di-hidrotestosterona: existem evidências que ela não seja um hormônio masculinizante ativo em certos tecidos. A testosterona não masculiniza diretamente a uretra, próstata, o pênis ou o escroto – essa função mais tardia é controlada pela 5α-dihidrotestosterona, ou DHT A testosterona é convertida em DHT no sinus e na prega urogenitais, mas não no ducto de Wolff. A maior atividade do DHT é durante a fase pré-natal e o início da infância O DHT foi estudado em uma síndrome fenotipicamente notável em muitos habitantes de uma pequena comunidade na República Dominicana. Foi achado nos indivíduos com essa síndrome a falta funcional do gene para a enzima 5α-cetoesteroide redutase 2 – a enzima que converte testosterona em DHT. Crianças com cromossomos XY com essa síndrome têm testículos funcionais, mas estes permanecem dentro do abdome e não descem antes do nascimento. Essas crianças parecem ser meninas e crescem como tal. Sua anatomia interna, entretando, é masculina: elas possuem ductos de Wolff desenvolvidos e degeneração do ducto de Müller, além do seu testículo funcional. Na puberdade, quando os testículos produzem altos níveis de testosterona (a qual parece compensar a falta de DHT), a genitália externa é capaz de responder ao hormônio e se diferenciar. O pênis aumenta, o escroto desce, e a pessoa que originalmente se pensava ser uma menina, revela-se um jovem menino a formação da genitália externa está sob controle da di-hidrotestosterona e a diferenciação dos ductos de Wolff é controlada pela própria testosterona ● A descida dos testículos é iniciada por volta da décima semana da gestação humana, induzida pela hi-hidrotestosterona e por um outro hormônio das células de Leydig, semelhante à insulina - Hormônio anti-mülleriano: membro da família TFG-β de fatores de crescimento e diferenciação, é secretado pelas células de Sertoli fetais e causa degeneração dos ductos de Müller. O AMH se liga às células mesenquimais em torno do ducto de Müller, fazendo essas células secretarem fatores que induzem apoptose no epitélio dos ductos e quebrarem a lâmina basal que circunda o ducto - Estrogênio: é necessário para completar o desenvolvimento pós-natal dos ductos de Müller e de Wolff e é necessário para a fertilidade tanto de XX quanto XY ● Mulheres: induz a diferenciação do ducto de Müller em útero, oviduto, cérvice e vagina superior ● Em camundongos fêmeas com deleção no gene para o receptor do estrogênio, a linhagem germinativa morre nos adultos, e as células da granulosa que a estavam envolvendo começam, então, a se desenvolverem em células semelhantesàs de Sertoli ● Camundongos machos com o gene para receptor de estrogênio nocauteado produzem poucos espermatozoides. Uma das funções das células do ducto eferente é absorver a maior parte da água do lúmen da rete testis. Essa absorção, que é regulada pelo estrogênio (que fica em maior quantidade do que no sangue de uma mulher), concentra os espermatozoides, dando-lhes uma vida mais longa e conferindo maior quantidade de espermatozoides em cada ejaculação. Se o estrogênio ou o seu receptor estiverem ausentes, a agua não seja absorvida e o camundongo será estéril PAG 220 (FAZER O OUTRO RESUMO)