SRY基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展

趙金紅，趙金艷 ，黃勇富，林秀坤

（1.重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 榮昌 402460；2.鄭州牧業(yè)高等?？茖W(xué)校，河南 鄭州 450008；3.北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100094）

1990年SRY基因的發(fā)現(xiàn)是生命科學(xué)史上的一大突破，使性別決定機(jī)制的研究步入正軌，在WT1、SF1、SP1等基因產(chǎn)物的作用下，中胚層發(fā)育成為具有雙向潛能的生殖嵴。雄性胚胎在SRY的作用下啟動(dòng)SOX9、DMRT1、DMRT2等下游基因，促使原始生殖腺分化為睪丸；而雌性胚胎則在雙倍DAX1作用下形成卵巢。

1 SRY上游調(diào)控因子

1.1 WT1 WT1基因于1989年被克隆，位于染色體11p13。該區(qū)帶的缺失會(huì)引起WAGR綜合癥（Wilms瘤，無虹膜，尿生殖系畸形，智力發(fā)育遲緩）；其基因點(diǎn)突變會(huì)引起更為嚴(yán)重的DenysDrsh綜合癥（Wilms瘤，腎小球腎病，性腺發(fā)育異常），提示該基因在性腺、腎臟發(fā)育及腫瘤抑制中起作用。WT1基因的表達(dá)出現(xiàn)在發(fā)育第9d胚胎的中胚層，隨后出現(xiàn)在性腺嵴的支持細(xì)胞。WT1基因敲除小鼠的性腺在胚胎發(fā)育11d之前似乎是正常的，11d后上皮顯著變薄，12d開始凋亡，表明WT1對(duì)性腺分化是必需的。WT1基因有10個(gè)外顯子，通過不同的剪接及翻譯方式可得到16種同工蛋白。在涉及胚胎發(fā)育的基因調(diào)節(jié)中起重要作用，WT1的作用方式是作為轉(zhuǎn)錄活化劑。WT1基因能活化SF1的表達(dá)，間接調(diào)節(jié)性腺的形成；還能活化內(nèi)源性的DAX1啟動(dòng)子，WT1-DAX1途徑是哺乳動(dòng)物性別決定過程中的早期事件。

1.2 SF1 SF1是核激素受體超家族成員之一，在腎上腺皮質(zhì)、性腺等合成甾體激素的組織中均有表達(dá)，在腎上腺、性腺的分化中也起著重要的調(diào)節(jié)作用。其基因Ftz-F1位于9q33。SF1在胚胎期的表達(dá)有顯著的性別差異，在胚胎12d之前其表達(dá)水平在兩性間并無差異，當(dāng)雄性小鼠的曲細(xì)精管開始分化時(shí)，即胚胎12.5～15d，SF1在賽托利細(xì)胞中的表達(dá)達(dá)到高峰，而雌鼠卵巢中的SF1則持續(xù)處于低水平，直到出生后才增加。這種時(shí)間和性別上的表達(dá)差異與MIS基因表達(dá)嵴苗勒管的退化一致。Ftz-F1基因敲除雌雄小鼠都缺乏性腺、腎上腺，卻有輸卵管、子宮、陰道等苗勒管衍化器官，這表明SF1在胚胎早期維持生殖導(dǎo)管的發(fā)育，隨后調(diào)節(jié)睪丸MIS的產(chǎn)生。SF1蛋白屬于核受體家族，具有該家族的保守功能區(qū)，如DNA結(jié)合區(qū)的兩個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)，識(shí)別DNA的AGGTCA單元：羧基端配體結(jié)合區(qū)的AF-2反式激活區(qū)和脯氨酸區(qū)等。

MIS是SF1的下游靶基因，其啟動(dòng)子－84到－103區(qū)域的M2/MISRE1位點(diǎn)含有CCAAGGTCA序列，為SF1結(jié)合區(qū)。該結(jié)合區(qū)的突變會(huì)導(dǎo)致賽托利細(xì)胞系報(bào)告基因的表達(dá)降低。WT1、SOX9、GATA4等還通過直接的蛋白間相互作用增強(qiáng)SF1對(duì)MIS的轉(zhuǎn)錄活性。小鼠DAX1表達(dá)的啟動(dòng)子上也發(fā)現(xiàn)有SF1的反應(yīng)元件，并發(fā)現(xiàn)Ftz-F1基因失活的小鼠其DAX1表達(dá)顯著降低，表明SF1控制DAX1基因的轉(zhuǎn)錄。

除性腺外，在下丘腦內(nèi)側(cè)核及垂體促性腺細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)有SF1的表達(dá)，其靶基因?yàn)樘堑鞍准に卅羴唵挝?。MFtz-F1基因敲除小鼠的垂體促性腺細(xì)胞的功能嚴(yán)重受損，下丘腦腹內(nèi)側(cè)核出現(xiàn)顯著的形態(tài)異常，表明SF1在生殖系統(tǒng)發(fā)育的多個(gè)層次上發(fā)揮作用。

1.3 DAX1 DAX1是核激素受體超家族中的一員，DAX1基因數(shù)目的變化是人類性反轉(zhuǎn)的一個(gè)原因，這種性反轉(zhuǎn)被稱為計(jì)量敏感型性別反轉(zhuǎn)。其中XY個(gè)體之所以發(fā)育為雌性是由于X染色體短臂的Xp21出現(xiàn)加倍所造成的。關(guān)于DAX1和SRY如何競(jìng)爭(zhēng)性地控制靶基因活性，已有一些實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持如下的性別決定模型：DAX1可以和核激素受體超家族中的SF1形成雜二聚體。SF1對(duì)于早期生殖腺的發(fā)育是必需的，睪丸執(zhí)行各種功能所必需的各種基因的表達(dá)也要有SF1的存在，如穆勒氏抑制基因的表達(dá)，甾醇類激素基因的表達(dá)等。DAX1通過與SF1結(jié)合，改變了SF1的性質(zhì)，使它不能再激活靶基因。除了謝爾托立氏細(xì)胞外，DAX1和SF1總是同時(shí)表達(dá)，而且前者有調(diào)節(jié)后者活性的功能。所以，在卵巢發(fā)育中，DAX1和SF1的二聚體抑制了第二性睪丸決定基因，如SOX9等的表達(dá)。在XY個(gè)體的生殖腺中，SRY也許通過改變DNA構(gòu)象而阻止SF1和DAX1雜二聚體的形成，或者阻止雜二聚體與靶基因的裝配，同時(shí)又保證SF1仍具有激活與轉(zhuǎn)錄激活靶基因的活性?？墒钱?dāng)DAX1高水平或者對(duì)SRY提前表達(dá)時(shí)，DAX1將優(yōu)先與SF1結(jié)合，或優(yōu)先與SRY結(jié)合，阻礙SF1靶基因的正常表達(dá)。因此，SOX9等基因?qū)⒂肋h(yuǎn)不能達(dá)到閥值水平，保證謝爾托立氏細(xì)胞的分化，個(gè)體發(fā)育為雌性，出現(xiàn)性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

2 SRY下游基因

2.1 SOX9 SRY作為轉(zhuǎn)錄因子可調(diào)節(jié)下游基因，從而啟動(dòng)原始性腺發(fā)育成睪丸，SRY表達(dá)后即可見到SOX9、FGF9、DHH。SRY在小鼠體內(nèi)表達(dá)后可見到SOX9的表達(dá)大量增加，并由細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核內(nèi)遷移。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，SOX9轉(zhuǎn)基因XX雌性鼠可產(chǎn)生睪丸并具有正常的Sertoli細(xì)胞及Leydig細(xì)胞，這提示SOX9可代替SRY基因的功能，或者SRY的作用僅是提高SOX9的表達(dá)量。通過SRY-MYC6遺傳工程鼠檢測(cè)SRY和SOX9的表達(dá)時(shí)序，MYC6作為一個(gè)標(biāo)記。紅綠熒光單克隆抗體揭示了兩種蛋白不同的表達(dá)時(shí)序：在早期，SRY首先在生殖嵴中啟動(dòng)表達(dá)，此后不久SOX9開始表達(dá)；當(dāng)SOX9繼續(xù)表達(dá)時(shí)，SRY的表達(dá)關(guān)閉。這一研究結(jié)果揭示SOX9可能是SRY下游重要的性別決定基因。

2.2 DMRT1 近年來報(bào)道了20余例由于9號(hào)染色體短臂遠(yuǎn)端缺失引起的兩性畸形，提示在這一區(qū)域存在性別決定基因。隨后在人類染色體9p24.3發(fā)現(xiàn)了DMRT1和DMRT2，以及編碼保守的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)DM，以劑量依賴方式?jīng)Q定睪丸分化，而且在男性的表達(dá)高于女性。小鼠胚胎11.5d，DMRT1在兩性胚胎均有表達(dá)，至14.5d在雄性睪丸中的表達(dá)明顯高于雌性卵巢。結(jié)合人類DMRT1突變引起的性反轉(zhuǎn)，表明DMRT1是睪丸分化所必需的，可能位于SRY的下游。

3 各因子之間的相互作用及關(guān)系

上游基因的突變將影響SRY基因的表達(dá)水平，從而導(dǎo)致性腺發(fā)育不全、畸形或無性腺。SRY在胚胎發(fā)育過程中的表達(dá)受SF1及SP1的調(diào)控，SF1屬于核受體家族，C-末端含有與DNA分子結(jié)合的鋅指結(jié)構(gòu)域；SP1是一種轉(zhuǎn)錄因子，可與DNA分子上的GC豐富區(qū)結(jié)合，對(duì)多種基因發(fā)生調(diào)控作用。在性別發(fā)育早期，SF1與SP1可與SRY基因上的啟動(dòng)子相互作用，從而啟動(dòng)SRY基因的表達(dá)，SF1基因敲除小鼠可出現(xiàn)性腺發(fā)育障礙。

哪些基因參與對(duì)SRY進(jìn)行調(diào)控，目前所了解的甚少。美國(guó)學(xué)者最近的工作表明，SRY基因的正常表達(dá)受到胰島素受體基因家族的調(diào)控。

Tevosian等還發(fā)現(xiàn)，小鼠SRY的表達(dá)需要GATA4和輔助因子FOG2的協(xié)同作用。SRY作為雄性發(fā)育的總開關(guān)基因，其表達(dá)將啟動(dòng)下游一系列誘導(dǎo)精巢分化的遺傳變化和細(xì)胞活動(dòng)。采用RT-PCR技術(shù)比較兩種不同性別小鼠在胚胎性別發(fā)育過程中的表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)SRY基因的表達(dá)在11.5dpc中達(dá)到高峰，與XX雌性小鼠相比，XY雄性小鼠多種基因在發(fā)育12-14dpc中的表達(dá)量明顯升高；利用基因芯片技術(shù)測(cè)定小鼠胚胎發(fā)育過程中性別相關(guān)基因的表達(dá)規(guī)律，也得到了類似的結(jié)果。

綜上所述，哺乳動(dòng)物的性別決定是一個(gè)層次調(diào)控過程，SRY基因并非決定性別的唯一基因，但它是睪丸決定因子，在性別決定中起關(guān)鍵作用。它一方面對(duì)其他基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控，另一方面又受控于其他位于X染色體或常染色體上的基因，通過基因間相互協(xié)調(diào)作用，實(shí)現(xiàn)其在性別分化中的控制作用。目前，SRY的上游控制基因、下游靶基因及其具體的作用機(jī)制等諸多方面都需要進(jìn)一步研究，相信隨著對(duì)這一基因的深入認(rèn)識(shí)，必將促進(jìn)家畜性別決定機(jī)制的研究進(jìn)展。

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