Cromosoma sexual
Cromosoma que difiere de un autosoma ordinario en forma, tamaño y comportamiento.
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Los cromosomas sexuales (también denominados alosomas , cromosomas heterotípicos, gonosomas , heterocromosomas , [1] [2] o idiocromosomas [1] ) son cromosomas que llevan los genes que determinan el sexo de un individuo. Los cromosomas sexuales humanos son un par típico de alosomas de mamíferos . Se diferencian de los autosomas en forma, tamaño y comportamiento. Mientras que los autosomas se presentan en pares homólogos cuyos miembros tienen la misma forma en una célula diploide , los miembros de un par de alosomas pueden diferir entre sí.

Nettie Stevens y Edmund Beecher Wilson descubrieron independientemente los cromosomas sexuales en 1905. Sin embargo, a Stevens se le atribuye haberlos descubierto antes que a Wilson. [3]

Diferenciación

Cromosomas XY masculinos humanos después de la banda G

En los seres humanos, cada núcleo celular contiene 23 pares de cromosomas, un total de 46 cromosomas. Los primeros 22 pares se denominan autosomas . Los autosomas son cromosomas homólogos , es decir, cromosomas que contienen los mismos genes (regiones de ADN) en el mismo orden a lo largo de sus brazos cromosómicos. El par de cromosomas número 23 se denomina alosomas. Estos consisten en dos cromosomas X en las mujeres, y un cromosoma X y un cromosoma Y en los hombres. Por lo tanto, las mujeres tienen 23 pares de cromosomas homólogos, mientras que los hombres tienen 22. Los cromosomas X e Y tienen pequeñas regiones de homología llamadas regiones pseudoautosómicas .

Un cromosoma X siempre está presente como el cromosoma 23 en el óvulo , mientras que un cromosoma X o Y puede estar presente en un espermatozoide individual . [4] Temprano en el desarrollo embrionario femenino, en células distintas de los óvulos, uno de los cromosomas X se desactiva parcialmente de forma aleatoria y permanente : en algunas células, el cromosoma X heredado de la madre se desactiva; en otras células, es el cromosoma X heredado del padre. Esto asegura que ambos sexos siempre tengan exactamente una copia funcional de un cromosoma X en cada célula del cuerpo. El cromosoma X desactivado es silenciado por la heterocromatina represiva que compacta el ADN y evita la expresión de la mayoría de los genes. Esta compactación está regulada por PRC2 (Complejo Represivo Polycomb 2). [5]

Determinación del sexo

Cariograma esquemático de un ser humano, que muestra los cromosomas sexuales en un recuadro verde en la parte inferior derecha. El cromosoma X forma parte del grupo de cromosomas C y el cromosoma Y forma parte del grupo G. Las bandas y subbandas están anotadas a la derecha de cada cromosoma (o par de cromosomas), y el gen de la proteína Y de la región determinante del sexo se encuentra en Yp11.2.

Todos los organismos diploides con sexo determinado por alosomas obtienen la mitad de sus alosomas de cada uno de sus progenitores. En la mayoría de los mamíferos, las hembras son XX y pueden transmitir cualquiera de sus X; como los machos son XY, pueden transmitir un X o un Y. Las hembras de estas especies reciben un cromosoma X de cada progenitor, mientras que los machos reciben un cromosoma X de su madre y un cromosoma Y de su padre. Por lo tanto, es el esperma del macho el que determina el sexo de cada cría en estas especies.

Sin embargo, un pequeño porcentaje de humanos tiene un desarrollo sexual divergente, conocido como intersexualidad . Esto puede ser resultado de alosomas que no son ni XX ni XY. También puede ocurrir cuando dos embriones fertilizados se fusionan, produciendo una quimera que puede contener dos conjuntos diferentes de ADN, uno XX y el otro XY. [ cita requerida ] También podría ser resultado de la exposición, a menudo en el útero, a sustancias químicas que alteran la conversión normal de los alosomas en hormonas sexuales y, en consecuencia, el desarrollo de genitales externos ambiguos u órganos internos . [6]

Hay un gen en el cromosoma Y que tiene secuencias reguladoras que controlan los genes que codifican la masculinidad, llamado gen SRY . [7] Este gen produce un factor determinante de testículos ("TDF"), que inicia el desarrollo de los testículos en humanos y otros mamíferos. La prominencia de la secuencia SRY en la determinación del sexo se descubrió cuando se estudió la genética de los hombres XX de sexo invertido (es decir, humanos que poseen rasgos biológicos masculinos pero en realidad tienen alosomas XX). Después del examen, se descubrió que la diferencia entre un individuo XX típico (mujer tradicional) y un hombre XX de sexo invertido era que los individuos típicos carecían del gen SRY. Se teoriza que en los hombres XX de sexo invertido, el SRY se transloca por error a un cromosoma X en el par XX durante la meiosis . [8]

Otros vertebrados

En la determinación del sexo en los animales intervienen diversos mecanismos. [9] En los mamíferos, la determinación del sexo se lleva a cabo mediante la contribución genética del espermatozoide. Muchos cordados inferiores, como los peces, los anfibios y los reptiles, tienen sistemas que están influenciados por el medio ambiente. Los peces y los anfibios, por ejemplo, tienen determinación sexual genética, pero su sexo también puede verse influenciado por los esteroides disponibles externamente y la temperatura de incubación de los huevos. [10] [11] En algunos reptiles, por ejemplo, las tortugas marinas , solo la temperatura de incubación determina el sexo ( determinación sexual dependiente de la temperatura ).

Plantas

Muchos científicos sostienen que la determinación del sexo en las plantas es más compleja que en los seres humanos. Esto se debe a que incluso las plantas con flores tienen una variedad de sistemas de apareamiento, y su determinación del sexo está regulada principalmente por los genes MADS-box. Estos genes codifican proteínas que forman los órganos sexuales en las flores. [12]

Los cromosomas sexuales de las plantas son más comunes en briofitas , relativamente comunes en plantas vasculares y desconocidos en helechos y licofitas . [13] La diversidad de las plantas se refleja en sus sistemas de determinación sexual, que incluyen sistemas XY y UV , así como muchas variantes. Los cromosomas sexuales han evolucionado de forma independiente en muchos grupos de plantas. La recombinación de cromosomas puede conducir a la heterogametia antes del desarrollo de los cromosomas sexuales, o la recombinación puede reducirse después de que se desarrollen los cromosomas sexuales. [14] Normalmente, solo quedan unas pocas regiones pseudoautosómicas una vez que los cromosomas sexuales están completamente diferenciados. Cuando los cromosomas no se recombinan, comienzan a acumularse divergencias de secuencia neutra, lo que se ha utilizado para estimar la edad de los cromosomas sexuales en varios linajes de plantas. Incluso la divergencia estimada más antigua, en la hepática Marchantia polymorpha , es más reciente que la divergencia de mamíferos o aves. Debido a esta actualidad, la mayoría de los cromosomas sexuales de las plantas también tienen regiones ligadas al sexo relativamente pequeñas. La evidencia actual no apoya la existencia de cromosomas sexuales de plantas más antiguos que los de M. polymorpha . [15]

La alta prevalencia de autopoliploidía en las plantas también afecta la estructura de sus cromosomas sexuales. La poliploidización puede ocurrir antes y después del desarrollo de los cromosomas sexuales. Si ocurre después de que se establezcan los cromosomas sexuales, la dosis debe permanecer constante entre los cromosomas sexuales y los autosomas, con un impacto mínimo en la diferenciación sexual. Si ocurre antes de que los cromosomas sexuales se vuelvan heteromórficos, como es probable en la acedera roja octoploide Rumex acetosella , el sexo se determina en un solo sistema XY. En un sistema más complicado, la especie de sándalo Viscum fischeri tiene cromosomas X1X1X2X2 en hembras y cromosomas X1X2Y en machos. [16]

Composición y evolución de secuencias

Amplificación de elementos transponibles, repeticiones en tándem especialmente acumulación de repeticiones en tándem largas ( LTR ) retrotransposones son responsables de la evolución de los cromosomas sexuales de las plantas. La inserción de retrotransposones es probablemente la principal causa de la expansión del cromosoma y y la evolución del tamaño del genoma de la planta . Los retrotransposones contribuyen a la determinación del tamaño de los cromosomas sexuales y su proliferación varía incluso en especies estrechamente relacionadas. LTR y repeticiones en tándem juegan un papel dominante en la evolución de los cromosomas sexuales de S. latifolia . [17] Athila es una nueva familia de retroelementos, descubierta en Arabidopsis thaliana , presente solo en la región de heterocromatina . Los retroelementos de Athila están sobrerrepresentados en X pero ausentes en Y, mientras que las repeticiones en tándem están enriquecidas en el cromosoma Y. Algunas secuencias de cloroplastos también se han identificado en el cromosoma Y de S. latifolia . S. vulgaris tiene más retroelementos en sus cromosomas sexuales en comparación con S. latifolia . Los datos de microsatélites muestran que no hay diferencia significativa entre los microsatélites de los cromosomas X e Y en ambas especies de Silene . Esto concluiría que los microsatélites no participan en la evolución del cromosoma Y. La porción del cromosoma Y que nunca se recombina con el cromosoma X enfrenta una reducción de la selección. Esta selección reducida conduce a la inserción de elementos transponibles y la acumulación de mutaciones deletéreas . El Y se vuelve más grande y más pequeño que X debido a la inserción de retroelementos y la eliminación de material genético respectivamente. El género Humulus también se utiliza como modelo para el estudio de la evolución de los cromosomas sexuales. Con base en la distribución de la topología filogenética, hay tres regiones en los cromosomas sexuales. Una región que deja de recombinarse en el ancestro de H. lupulus , la segunda que deja de recombinarse en el H. lupulus moderno y la tercera región llamada región pseudoautosómica. H. lupulus es el caso raro en plantas en el que Y es más pequeño que X, mientras que su planta antecesora tiene el mismo tamaño de cromosomas X e Y. Esta diferencia de tamaño debería deberse a la eliminación de material genético en Y, pero no es así. Esto se debe a dinámicas complejas, como que el mayor tamaño del cromosoma X que el Y puede deberse a la duplicación o retrotransposición, mientras que el tamaño del cromosoma Y permanece igual. [18]

Plantas no vasculares

Los helechos y las licofitas tienen gametofitos bisexuales , por lo que no hay evidencia de cromosomas sexuales. [13] En las briofitas, incluidas las hepáticas, las antocerotas y los musgos, los cromosomas sexuales son comunes. Los cromosomas sexuales en las briofitas afectan el tipo de gameto que produce el gametofito, y existe una amplia diversidad en el tipo de gametofito. A diferencia de las plantas con semillas, donde los gametofitos son siempre unisexuales, en las briofitas pueden producir gametos masculinos, femeninos o ambos tipos. [19]

Las briofitas emplean con mayor frecuencia un sistema de determinación sexual UV, en el que U produce gametofitos femeninos y V produce gametofitos masculinos. Los cromosomas U y V son heteromórficos, siendo U más grande que V y, con frecuencia, ambos más grandes que los autosomas. Existe variación incluso dentro de este sistema, incluidas las disposiciones cromosómicas UU/V y U/VV. En algunas briofitas, se ha descubierto que los microcromosomas coexisten con los cromosomas sexuales y probablemente afectan la determinación sexual. [19]

Gimnospermas

La dioica es común entre las gimnospermas y se encuentra en un 36 % de las especies. Sin embargo, los cromosomas sexuales heteromórficos son relativamente raros y, en 2014, solo se conocían cinco especies. Cinco de ellas utilizan un sistema XY y una ( Ginkgo biloba ) utiliza un sistema WZ. Algunas gimnospermas, como el pino de Johann ( Pinus johannis ), tienen cromosomas sexuales homomórficos que son casi indistinguibles mediante el cariotipo . [16]

Angiospermas

Las angiospermas cosexuales con flores monoicas o hermafroditas no tienen cromosomas sexuales. Las angiospermas con sexos separados (dioicas) pueden usar cromosomas sexuales o flores ambientales para la determinación del sexo. Los datos citogenéticos de alrededor de 100 especies de angiospermas mostraron cromosomas sexuales heteromórficos en aproximadamente la mitad, en su mayoría tomando la forma de sistemas de determinación sexual XY. Su Y es típicamente más grande, a diferencia de los humanos; sin embargo, existe diversidad entre las angiospermas. En el género Poplar ( Populus ) algunas especies tienen heterogametia masculina mientras que otras tienen heterogametia femenina. [15] Los cromosomas sexuales han surgido de forma independiente varias veces en las angiospermas, a partir de la condición ancestral monoica. El paso de un sistema monoico a dioico requiere que estén presentes en la población mutaciones de esterilidad masculina y femenina . La esterilidad masculina probablemente surge primero como una adaptación para prevenir la autofecundación. Una vez que la esterilidad masculina ha alcanzado una cierta prevalencia, entonces la esterilidad femenina puede tener la oportunidad de surgir y propagarse. [13]

En la papaya domesticada ( Carica papaya ), hay tres cromosomas sexuales, denominados X, Y e Y h . Esto corresponde a tres sexos: hembras con cromosomas XX, machos con XY y hermafroditas con XY h . Se estima que el sexo hermafrodita surgió hace solo 4000 años, después de la domesticación de la planta. La arquitectura genética sugiere que el cromosoma Y tiene un gen inactivador de X o que el cromosoma Y h tiene un gen activador de X. [20]

Aplicaciones médicas

Los alosomas no sólo contienen los genes que determinan los rasgos masculinos y femeninos, sino también los de otras características. Los genes que son transportados por cualquiera de los cromosomas sexuales se dice que están ligados al sexo . Las enfermedades ligadas al sexo se transmiten de padres a hijos a través de uno de los cromosomas X o Y. Dado que normalmente los hombres heredan los cromosomas Y, son los únicos que heredan los rasgos ligados al Y. Los hombres y las mujeres pueden tener los rasgos ligados al X, ya que ambos heredan los cromosomas X. [21]

Un alelo se dice que es dominante o recesivo . La herencia dominante ocurre cuando un gen anormal de uno de los padres causa una enfermedad aunque el gen correspondiente del otro padre sea normal. El alelo anormal domina. La herencia recesiva es cuando ambos genes coincidentes deben ser anormales para causar una enfermedad. Si solo un gen en el par es anormal, la enfermedad no ocurre o es leve. Alguien que tiene un gen anormal (pero no presenta síntomas) se llama portador. Un portador puede transmitir este gen anormal a sus hijos. [22] El cromosoma X contiene alrededor de 1500 genes, más que cualquier otro cromosoma en el cuerpo humano. La mayoría de ellos codifican algo distinto a los rasgos anatómicos femeninos. Muchos de los genes ligados al cromosoma X que no determinan el sexo son responsables de condiciones anormales. El cromosoma Y contiene alrededor de 78 genes. La mayoría de los genes del cromosoma Y están involucrados en actividades esenciales de mantenimiento celular y producción de esperma. Solo uno de los genes del cromosoma Y, el gen SRY, es responsable de los rasgos anatómicos masculinos. Cuando falta o es defectuoso alguno de los 9 genes implicados en la producción de espermatozoides, el resultado suele ser un recuento muy bajo de espermatozoides e infertilidad. [23] Los ejemplos de mutaciones en el cromosoma X incluyen enfermedades más comunes como las siguientes:

  • El daltonismo o deficiencia de la visión del color es la incapacidad o la disminución de la capacidad para ver el color, o percibir las diferencias de color, en condiciones normales de iluminación. El daltonismo afecta a muchos individuos de la población. No se trata de una ceguera propiamente dicha, sino de una deficiencia de la visión del color. La causa más habitual es un defecto en el desarrollo de uno o más conjuntos de conos retinianos que perciben el color en la luz y transmiten esa información al nervio óptico. Este tipo de daltonismo suele ser una afección ligada al sexo. Los genes que producen los fotopigmentos se encuentran en el cromosoma X; si algunos de estos genes faltan o están dañados, el daltonismo se expresará en los varones con mayor probabilidad que en las mujeres porque los varones sólo tienen un cromosoma X.
  • La hemofilia se refiere a un grupo de trastornos hemorrágicos en los que la sangre tarda mucho tiempo en coagularse. Esto se conoce como recesivo ligado al cromosoma X. [24] La hemofilia es mucho más común en los hombres que en las mujeres porque los hombres son hemicigotos. Solo tienen una copia del gen en cuestión y, por lo tanto, expresan el rasgo cuando heredan un alelo mutante. Por el contrario, una mujer debe heredar dos alelos mutantes, un evento menos frecuente ya que el alelo mutante es raro en la población. Los rasgos ligados al cromosoma X se heredan por vía materna de madres portadoras o de un padre afectado. Cada hijo nacido de una madre portadora tiene una probabilidad del 50% de heredar el cromosoma X que lleva el alelo mutante.
  • El síndrome del cromosoma X frágil es una afección genética que implica cambios en una parte del cromosoma X. Es la forma más común de discapacidad intelectual hereditaria (retardo mental) en los varones. Es causada por un cambio en un gen llamado FMR1. Una pequeña parte del código genético se repite en una zona frágil del cromosoma X. Cuantas más repeticiones haya, más probabilidades hay de que haya un problema. Tanto los varones como las mujeres pueden verse afectados, pero como los varones tienen solo un cromosoma X, es probable que un solo cromosoma X frágil los afecte más. La mayoría de los varones con síndrome del cromosoma X frágil tienen testículos grandes, orejas grandes, caras estrechas y trastornos del procesamiento sensorial que dan lugar a discapacidades de aprendizaje. [25]

Otras complicaciones incluyen:

  • El trastorno testicular del desarrollo sexual 46,XX , también llamado síndrome del varón XX, es una afección en la que los individuos con dos cromosomas X en cada célula, el patrón que se encuentra normalmente en las mujeres, tienen una apariencia masculina. Las personas con este trastorno tienen genitales externos masculinos. En la mayoría de las personas con trastorno testicular del desarrollo sexual 46,XX, la afección es el resultado de un intercambio de material genético entre cromosomas (translocación). Este intercambio ocurre como un evento aleatorio durante la formación de células espermáticas en el padre de la persona afectada. El gen SRY (normalmente en el cromosoma Y) está mal ubicado en este trastorno, en un cromosoma X. Cualquier persona con un cromosoma X que porta el gen SRY desarrollará características masculinas a pesar de no tener un cromosoma Y. [26]

Evolución

Los cromosomas sexuales evolucionan a partir de pares estándar de cromosomas autosómicos. [27] En un gran número de organismos, los sistemas de determinación sexual observados actualmente son productos de la renovación de los cromosomas sexuales. La renovación de los cromosomas sexuales es un proceso definido como cuando el tipo de cromosoma sexual cambia como producto de un cambio en la identidad de los genes determinantes del sexo (como por mutación) o por un cambio en su ubicación. [28] En otros casos, los cromosomas sexuales pueden crecer sustancialmente con respecto a sus formas ancestrales como resultado de eventos de fusión con autosomas, y las fusiones de autosomas y cromosomas sexuales dan como resultado lo que se llama neocromosomas sexuales. Ahora se conocen cinco ejemplos de esto en la superfamilia de pájaros cantores Sylvioidea . [29] Hay un caso documentado experimentalmente de renovación de cromosomas sexuales que ocurrió durante un experimento evolutivo de 30 años que involucró a peces teleósteos (específicamente los peces cola de espada ), en el que los experimentos de hibridación dieron como resultado una translocación de la región determinante del sexo de un cromosoma sexual en un autosoma. Esto dio como resultado que el autosoma se convirtiera en un nuevo cromosoma sexual W. [30]

Véase también

Referencias

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