determinação e diferenciação sexual
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ PROGRAMA DE DOUTORADO INTEGRADO EM ZOOTECNIA TÓPICOS ESPECIAIS EM REPRODUÇÃO E LACTAÇÃO DETERMINAÇÃO E DIFERENCIAÇÃO SEXUAL Doutorando: Rodrigo Vasconcelos de Oliveira Orientador: Arlindo de Alencar Araripe Moura DESENVOLVIMENTO SEXUAL XY Genes XX Fatores trancriptacionais Hormônios Receptores hormonais DETERMINAÇÃO SEXUAL • Em mamíferos é definida pela constituição cromossômica sexual do zigoto. cromossômica gonadal fenotípica DIFERENCIAÇÃO SEXUAL • É o processo de desenvolvimento das diferenças entre machos e fêmeas a partir de zigoto indiferenciado. cromossomos sexuais genes gônadas genitália externa hormônios comportamento DIFERENCIAÇÃO SEXUAL • Primária – Gonadas • Secundária – Genitália externa, Comportamento Embriologia mesonéfron Crista gonadal mesentério D. Muller D. Wolff Mesentério Alantóide Reto Crista gonadal Cordão nefrogênico Intestino Fig 1. Esquema da diferenciação sexual Genitália interna feminina ovário DAX-1 WNT4a C. foliculares Folículo (E2) C. tecais SF-1 Crista Gonadal WT1 D. Paramesonéfrico (Muller) Gônada bipotencial SRY C. Sertoli AMH x Seio Urogenital SF-1 SRY SOX-9 C. Leydig T4 Pênis próstata testículo Wilhelm et al., 2007 DHT D. Mesonéfrico (Wolff) Genitália interna masculina) GENES DOS CROMOSSOMOS SEXUAIS ENVOLVIDOS NA DIFERENCIAÇÃO GONADAL • Gene SRY (Sex-determining Region of Y Chromossome) – Cromossomo Y (braço curto) – 1 éxon => ptn SRY (204 aa) – Ptn SRY • Domínio central de ligação ao DNA (HMG box) Agente indutor da determinação sexual masculina Koopman et al. 1991 Werner et al., 1995 GENES DOS CROMOSSOMOS SEXUAIS ENVOLVIDOS NA DIFERENCIAÇÃO GONADAL • Locus DSS (Dosage Sensitive Sex Reversal) – Gene DAX1 (gene 1 da região crítica DSS) • Cromossomo X • 2 exons: Ptn DAX-1 (470 aa) – Superfamília dos receptores nucleares • Interage com receptor de E2 – Desenvolvimento do ovário GENES DOS AUTOSSOMOS ENVOLVIDOS NA DIFERENCIAÇÃO GONADAL • Gene SF-1 (Gene do fator esteroidogênico 1) – Cromossomo 9 – 7 exons: Ptn SF-1 (461 aa) • Superfamília dos receptores nucleares – Regulador da função endócrina no H-H-G. – Expresso em momentos cruciais: • Gônada bipotencial antes da determinação testicular • Células de Sertoli regulando a expressão do gene do hormônio anti-mülleriano (HAM) • Células de Leydig regulando a produção dos hormônios esteróides. Luo et al., 1994 GENES DOS AUTOSSOMOS ENVOLVIDOS NA DIFERENCIAÇÃO GONADAL • Gene WT1 (Gene supressor do tumor de Wilm’s) – Cromossomo 11 – 10 exons (2 alt. 5 e 7): + isoformas => ≠ gens – Ptn WT1: fator de transcrição (+ ou -) – Desenvolvimento renal e gonadal precoce Luo et al., 1994; Wilhelm & Englert, 2001 GENES DOS AUTOSSOMOS ENVOLVIDOS NA DIFERENCIAÇÃO GONADAL • Gene SOX-9 (Gene HMG box relacionado ao SRY 9) – Cromossomo 17 – 3 exons => Ptn SOX-9 509 aa • Fator transcriptacional (Família dos genes SOX) • HMG box ≈ PTN SRY – Testículos em desenvolvimento (Cels. De Sertoli) – Regulado: SRY e DAX-1 (Locus DSS) MANSUR et al., 1994; Kent et al., 1996 GENES DOS AUTOSSOMOS ENVOLVIDOS NA DIFERENCIAÇÃO GONADAL • Gene WNT4 (Wingless-type mouse mammary tumor virus integration site member 4) – Cromossomo 1 – 5 exons => Ptn 193 aa • Glicoproteína sinalizadora extracelular – Desenvolvimento do ovário e Ductos de Muller VAINIO et al., 1999 Fig 1. Esquema da diferenciação sexual em mamíferos Genitália interna feminina ovário DAX-1 WNT4a C. foliculares Folículo (E2) C. tecais SF-1 Crista Gonadal WT1 D. Paramesonéfrico (Muller) Gônada bipotencial SRY C. Sertoli AMH x Seio Urogenital SF-1 SRY SOX-9 C. Leydig T4 Pênis próstata testículo Wilhelm et al., 2007 DHT D. Mesonéfrico (Wolff) Genitália interna masculina) Fig 2. Expressão gênica durante a diferenciação sexual de ratos machos e fêmeas. Swain, A. & Lovell-Badge, R. (2009) Fig 3. Consequências do fenômeno de “crossing over” entre cromossomos sexuais X e Y. HAQQ, C.M. & DONAHOE, P.K. (1998) Fig 4. Secção transversal em embrião evidenciando o sistema genito-urinário. Crista genital Intestino Crista genital Cordão nefrogênico Fig 5. Desenvolvimento das gônadas bipotenciais representado em secção transversal D. Wolff C.G.P. D. Wolff Túbulo mesonéfrico C.G.P. Aorta Túbulo mesonéfrico Mesênquima. Mesentério Epitélio celômico da Crista Genital D. Muller Mesentério Proliferação do epitélio celômico Fig 6. Diferenciação das gônadas bipotenciais no macho (esquerda) e na fêmea (direita) representada em secção transversal. MACHO FÊMEA D. Wolff C.G.P. D. Muller C.G.P. D. Muller Túbulo mesonéfrico Cordões gonadais D. Wolff Túbulo mesonéfrico Epitélio celômico Epitélio celômico Degeneração : cordões gonadais Fig 7. Diferenciação das gônadas no macho (esquerda) e na fêmea (direita) representada em secção transversal. MACHO FÊMEA Desenvolvimento D. Wolff D. Muller Túbulo mesonéfrico C.G.P. D. Wolff Tûnica albugínea Cordões testiculares Oôgonia D. Muller Túbulo mesonéfrico Mesotélio ovariano Cordões gonadais degenerados Fig 8. Diferenciação das gônadas no macho (esquerda) e na fêmea (direita) representada em secção transversal. MACHO Atrofia C.G.P. D. Wolff Atrofia D.Muller Tubulos mesonéfricos Tûnica albugínea Cordões testiculares D. Wolff D. Muller FÊMEA Folículo primordial Cordões gonadais degenerados Mesótélio ovariano Origem embrionária das células testiculares e ovarianas Céls. Germinativas Primordiais MACHO Espermatogônia Oôgonia FÊMEA Epitélio celômico Cels. Sertoli Céls. Granulosa Céls. Mesênquimais Céls. Leydig Céls. Teca Levy et al., 2006 Fig 9. Diferenciação gonadal no macho representada em corte transversal MACHO MACHO C.G.P. rodeada C. Sertoli Canais eferentes Rete testis Epidídimo D. Wolff Ducto deferente Tubulos mesonéfricos Tûnica albugínea Tubulos seminíferos Tubulos seminíferos Fig. 10. Organização das Células de Sertoli (verde) e Células Germinativas Primordiais (vermelho) durante a da diferenciação testicular. Frojdman et al., 1992 Fig.11. Organização das Células da granulosa e Células Germinativas Primordiais durante a da diferenciação ovariana Tab 1. Cronologia da diferenciação das gônadas em ratos, bovinos e seres humanos. Eventos Estágio do desenvolvimento (dias) Rato Bovino Humano Migração das cels. Germinativas (M/F) 11 30 20 Diferenciação dos cordões seminíferos (M) 14 40 50 Diferenciação das cels. Leydig (M) 15 45 55 Início da Profase 1 (F) 17 70 65 1-2 pós-natal 90 100 Início da Foliculogênese (F) Tab 2. Cronologia da oogênese e da foliculogênese em ovários de fetos bovinos e ovinos. Estágio do desenvolvimento (dias) Eventos Bovino Ovino Surgimento folículos primordiais 130 90 Surgimento folículos primários 140 95 Surgimento folículos primários 210 105 Surgimento folículos secundários 240 150 Surgimento folículos terciários 280 150 Russe, I. 1983 DIFERENCIAÇÃO SEXUAL DO TRATO GENITAL NO MACHO • Depende de 3 hormônios: – Hormônio antimulleriano (HAM) – Andrógenos: • Testosterona: – Desenvolvimento do D. Wolff => Genitália Interna • Dihidrotestosterona: – Genitália externa: pênis, bolsa escrotal – Insl3 ( Fator 3 Tipo Insulina) • Cromossomo 19 • Cels. Leydig • Descida testicular HORMÔNIO ANTI-MULLERIANO • Glicoproteína da Superfamília do TGFβ – (fator transformador de crescimento-β) • Cromossomo 19 • Gene 5 exons (região promotora : SF-1(WT-1), SRY e SOX-9): 560 aa • Células de Sertoli • Regressão dos D. de Muller, descida testicular e regula produção andrógenos (- expressão de genes de enzimas da síntese da T4) Nacthigal et al., 1998 HORMÔNIO ANTI-MULLERIANO • Receptor para HAM – receptores de membrana treonina/serinaquinase tipo I e II – Receptor HAM tipo II (D. de Muller) • Cromossomo 12 • 11 exons Nacthigal et al., 1998 Fig.12. Desenvolvimento embrionário do trato genital no macho e na fêmea. MACHO Ducto Wolff Ducto Muller Testosterona HAM FÊMEA AÇÃO DA TESTOSTERONA NA DIFERENCIAÇÃO SEXUAL DO MACHO 5α redutase T4 DHT Testosterona (T4) T4 Aromatase T4 E2 Genitália externa Genitália interna e características sexuais secundárias (pós-natais) Hipotálamo Femea ? α-fetoproteína Fig. 13 Diferenciação dos genitais internos no macho e na fêmea representada em secção longitudinal. Alantóide Tubérculo genital MACHO Seio Urogenital Cloaca FÊMEA Testosterona Bexiga Canal utero-vaginal Bexiga Porção fálica Porção pélvica Seio Urovaginal Reto Períneo Reto Fig. 14. Diferenciação dos genitais internos no macho e na fêmea representada em secção longitudinal. MACHO FÊMEA Testosterona Útero Ureter Cérvice Úraco Vagina Bexiga D.deferente Uretra prostática Uretra Reto V. seminal Bulbo-uretral Períneo Reto Fig. 15. Desenvolvimento embrionário dos genitais externos Ânus Períneo Prega cloacal Membrana cloacal Prega uretrall Intumescência genital Orifício urogenital Tubérculo genital Tubérculo genital Fig. 16. Desenvolvimento embrionário dos genitais externos MACHO FÊMEA Dihidrotestosterona Períneo Bolsa Escrotal Grandes lábios vulvares Pequenos lábios vulvares Glânde Clitóris Meato urinário Orifício urogenital Ânus Períneo Hímen Óstio uretral Fig. 17. Regiões dependentes de testosterona e diidrotestosterona no sistema genital do macho. Testosterona Dihidrotestosterona Descida testicular Migração transabdominal HAM T4 Testículo Cavidade peritonial Pênis Gen Insl3 Migração inguino-escrotal Ducto deferente Gubernáculo testis Canal inguinal Zimmerman et al., 1999 Tab 3. Cronologia da diferenciação do trato genital em ratos, bovinos e humanos. Eventos Estágio do desenvolvimento (dias) Rato Bovino Humano Regressão do D. Muller (M) 15 50 30 Masculinização da genitália externa (M) 19 45 70 Vesículas seminais (M) 18 55 70 Regressão do D. Wolff (F) 18 70 65 Fim da migração testicular (M) 20 140 95 CONSIDERAÇÕES FINAIS A elucidação da rede de gens e proteínas potencialmente envolvidos na determinação e diferenciação sexual, irá promover avanços na compreensão dos mecanismos moleculares de regulação gênica bem como no diagnóstico e tratamento de desordens intersexuais. Rodrigo V. de Oliveira [email protected] GENES DOS AUTOSSOMOS ENVOLVIDOS NA DIFERENCIAÇÃO GONADAL • Genes DMRT1 e DMRT2 (Doublesex and Mab-3 Related Transcription Factor 1 and 2) – Cromossomo 9 – proteínas com o núcleo de ligação ao DNA (DM-relativo aos genes dsx e mab-3 Muroya et al., 2000 GENES DOS CROMOSSOMOS SEXUAIS ENVOLVIDOS NA DIFERENCIAÇÃO GONADAL • Gene ATR-X – Cromossomo X – 35 éxons => Ptn ATRX (NTP) • Ligação homóloga da superfamilia helicase 2
