性别决定基因SRY的研究进展徐营13杨利国1 郭爱珍1 杨俊杰2(1南京农业大学动物科技学院,南京 210095 ;2岳阳市云溪区家畜疫病防检站,岳阳 414009)摘 要: SRY基因是哺乳动物性别决定过程中的主宰基因,其表达产物SRY蛋白是一种DNA结合蛋白,该蛋白含有一个HMG盒,能够以序列特异性结合到DNA双螺旋链的一侧,起到转录因子的作用,调节或协同下游基因如SOX9、AM H等基因的表达,使胚胎发育向雄性方向发展。关键词: SR Y基因 HMG盒 SOX9基因 AMH基因Research Progress in the Mammalian Sex Determining Region of the YXu Ying1 Yang Liguo1 Guo Aizhen1 Yang Junjie2(1College of animal science2Yueyang city yunxi district domestic animals epidemic quarantine, Yueyang414009)Abstract: The sex - determining region of the Y is a dominant gene. During the sex - determination of mam2malians. Its product is on kind of DNA - binding protein. This protein has a HMG(high mobility group) box , it can se2quence - specifically bind to one sind of DNA - duplex , play a role of transcription factor and regulate or assist the expres2sion of the downstream genes of SOX9 ,AMH ,so as to make the embryo develop toward male direct.Key words: SRY gene HMG box SOX9 gene AMH gene性别决定(sex - determination)是人类很早就关心又十分感兴趣的重大研究领域,因为性别是动物 重要的经济性状,另外性别决定的研究也是探索生 物遗传和进化过程的重要内容。那么性别决定是否 同染色体上某个特定片段或几个基因片段有关,这 是人们一直关注的问题。哺乳动物多为胎生(单孔目动物除外) ,所以哺乳动物性别决定着眼点就集中 于胚胎早期的双重性腺原基是如何分化为单一性腺 的,Y染色体上的性别决定区,即SRY(sex deter2mining region of the Y)在此方面倍受关注,现就S R Y基因的研究现状作一简要综述,初步探讨S R Y基因在性别决定中的重要作用。1 性别决定基因的发现早在1940年,Ajost等就通过一系列胎兔阉割 实验认识到性别决定等同于睾丸的决定(初级性分 化) ,一旦性腺分化,由其产生的激素将诱导体细胞 分化(次级性分化)1。20世纪60年代前后人们认 识到哺乳动物的睾丸决定依赖Y染色体,Y染色体编码的遗传信息决定哺乳动物的性别,它使胚胎的性腺原基向睾丸特化,并推测哺乳动物Y染色体上 有一个性别控制基因,它编码了一种睾丸决定因子(testis - determing factor , TDF ,小鼠以Tdy表示) ,它决定性腺原基发育为睾丸2。为找到该因子DNA片段的精确位置,科学家们进行了细心的研究。Jacobs等通过实验证明,性别是由Y染色体短 臂所决定的3;随着分子生物学的发展,性别决定 理论在90年代取得了突破性的进展,Sinclair等和Gubbay等分别在人和小鼠的性反转分子生物学分 析中证实睾丸决定基因位于1A1区的60Kb区内,人在距短臂末端的35Kb处,而小鼠则在14Kb内发 现了一个Y特异性的单拷贝基因,将其称为Y染色 体性别决定区,即SRY(sex determining region ofthe Y) ,在鼠上称Sry。该基因的DNA序列在哺乳 动物具有极高的同源性,这一基因的发现,使Y染色体上性别决定基因的研究取得了重大突破4 ,5。SRY是Y染色体上睾丸决定因子的直接证据来自3 现通讯地址:北京市海淀区中关村路19号,中国科学院动物所48 #信箱生物技术通报 综述与专论 BIOTECHNOLOGY BULL ETIN 2002年第1期于性逆转模型,其中Koopman的实验最具有说服 力。将含有Sry的14 Kb DNA作为转基因导入XX 雌性胎鼠中,结果部分小鼠产生了性反转,睾丸发 育6,从而证实了S R Y(Sry)基因就是TDF的最佳侯选基因。另外以下证据也有力地支持S R Y就是TDF:(1)经测序分析发现S R Y含79个氨基酸的 基序,且和HMG(high mobility group)同源,具有DNA结合蛋白的特点,表明S R Y可能有调控的功 能4。(2)通过分子杂交发现,在哺乳动物中S R Y 仅在雄性中存在,且位于Y染色体上4。(3)小鼠Sry表达的时空性符合Tdy对睾丸的决定作用的特 点,Sry仅在小鼠胚胎发育的第10. 5天和第12. 5 天之间在原生殖腺中表达7。(4) XY雌性是由于S R Y序列的缺失而引起的性逆转,相反,XX性反转小鼠是由于Y染色体片段易位到X染色体所致, 经证实易位片段上确实具有Sry序列存在; (5)在46XY女性的SRY编码顺序中曾发现过错义、 无 义和移码突变,除一种以外其余都发生在HMG的DNA结合区8。目前,用PCR方法检测胚胎的S R Y基因是否 存在,进行早期胚胎的性别鉴定,胎儿出生后的性别 符合率达100 % ,在主要家畜上已建立了PCR方法 鉴定多种动物胚胎性别的方法,包括牛(Peura等1991 ;Avery等,1992 ; Kirkpatrick等,1993) ,猪(Faj2far Whetston等1993)等。我国在利用S R Y基因进 行家畜性别鉴定方面也进行了许多的研究(曾溢滔 等,1991 ,牛;葛宝生等,1994 ,绵羊;葛宝生等,1995 , 猪;陈美钰等,1996 ,山羊)。以上种种研究证据,说明S R Y基因在哺乳动 物的性别决定中起着总开关的作用,可以启动雄性 性状的发育。2 SRY的结构和作用机制 人类的S R Y基因含有一个单个的外显子,长850Kb ,在起始密码子上游91bp处有一个主要的转 录起始位点,在SRY - ORF 5 端4. 0kb处有一个790bp的Cp G岛,可能是Wilms肿瘤基因产物WT1的潜在识别位点,表明WT1直接或间接地影 响到人类的性别决定1。小鼠Sry也只有单个外显 子,位于一个2. 8kb的单一序列的延伸部分,侧翼是 一个至少15kb的长反向重复序列。S R Y基因的ORF编码一个含有78个氨基酸的蛋白质,与非组 蛋白中的HMG高度同源4;在哺乳动物中广泛存 在着SRY - ORF区的保守序列(又称SRY -box)4;不同的物种中SRY蛋白的HMG域高度保 守,但是即使是有亲缘关系的物种之间,SRY蛋白的其余部分也不同源。 小鼠Sry在成体睾丸中的转录本是以一种茎环 状的RNA分子形式存在,不和多核糖体相联,因此 可能不被翻译9,表明Sry在成体睾丸中可能没有 功能。人类S R Y的转录本也已在成体睾丸中检测到,但未发现茎环状转录本10。在发育中的初始性 腺中,小鼠Sry的转录本呈线性,转录为一个长4. 8kb的RNA ,所用的启动子也与成年鼠不同,Sry大 约在交配后10. 511天的生殖嵴中专一开启,正好 是两性间出现可观察的形态学差异之前,于12. 5天左右关闭7,因此Sry的功能是启动睾丸分化而不 是维持睾丸存在,而Lvell - badge认为Sry起一种 感受态因子的作用1。 由于SRY蛋白含有一个典型的DNA结合结构 域:HMG盒基序4,是一种与DNA结合蛋白功能相关的一类蛋白质,类似于已知的转录因子,所以推 测SRY编码一个转录因子。SRY编码的HMG蛋 白结构呈L -型,主要是保守的芳香族氨基酸,两臂 夹角约为80度。与其它含有HMG- box的蛋白质 一样,SRY是以一种序列特异方式和DNA结合,HMG蛋白特异地与DNA双螺旋一侧作用11,甲 基化干扰实验表明人类的SRY是通过小沟接触DNA ,而小鼠的Sry识别大沟12,其DNA结合域中 任何一个氨基酸的突变都会减弱与DNA的亲和力13个数量级。目前在许多基因的上游都发现了HMG蛋白识别的靶序列,SRY/ Sry的HMG功能 域不仅和DNA结合,且结合后引起DNA弯曲,并 在双螺旋结构中引入一个尖锐的转折13,这可能使DNA形成环,将远距离的调节位点和启动子拉近, 从而调节基因的转录和表达。有证据表明,性反转病人HMG域中的突变可分为两类:影响DNA结合 的和影响DNA弯曲的,揭示这两种性质对于SRY 蛋白行使转录调节功能来说都很重要14。Dubin 等的实验表明,小鼠Sry有一个DNA结合区和一个 转录激活区,当把S ry基因与一个含有多拷贝的132002年第1期 徐营等:性别决定基因SRY的研究进展AACAAT结合位点的受体基因共转化Hela细胞, 发现具有转录激活作用15。SRY蛋白既是缪勒管 抑制物质(mullerian inhibinting substance ,MIS又称AMH)基因的转录激活子,又是P450芳构酶基因的 抑制子,在雄性MIS基因的产物引起缪勒管的退化。缪勒管是女性子宫、 输卵管和阴道的前体,而在 女性发育过程中P450芳构酶基因的产物使睾酮转 变为雌二醇。将S R Y表达质粒和A M H报告基因 共转染雄性大鼠胚胎的性嵴细胞中,表明S R Y可 通过间接方式诱导MIS表达16。综上所述, S R Y作为转录因子调节其下游基因 表达,从而对性别决定起开关控制作用,主宰胚胎的 发育向雄性方向进行。雄性动物的发育以S R Y为 核心,层次调控基因表达:S R Y诱导精巢发生,启动SF - 1基因转录, SF - 1的表达激活MIS表达,MIS表达产物引起缪勒管退化,吴式管在精巢分泌 的睾酮作用下分化出雄性器官。关于S R Y作为精 巢决定因子调控精巢发生机理,目前有以下几种模 型。2. 1 Z -基因模型 Mcelreavey等在1993年提出的模型假定存在一个Z基因,该基因具有抑制睾丸 分化、 刺激卵巢形成的活性,而S R Y的功能是抑制 调节因子Z ,从而允许睾丸发育。此模型很好地解 释了S R Y在雄性性别决定中的作用,但Z基因也 是假定基因,是否存在、 结构和功能如何都是未知的16。2. 2 DSS-基因模型 1994年Bardoni等提出的 模型认为DSS是睾丸发育的抑制基因, S R Y可以 阻遏或对抗DSS基因的产物。DSS连锁于X染色 体上,并存在着剂量效应。该模型可以很好地解释Xp重复引起的SRY+ XY女性性反转,因为DSS正 好位于Xp21. 317。2. 3 Jimenez -模型 1996年Jimenez等认为单拷 贝的活性DSS能在正常的XX雌性中阻遏雄性发 育途径,但在XY雄性中则由于S R Y基因的作用而失活,这意味着DSS基因相当于Z基因。此模型考 虑到一些重要观点,如正常雄性和雌性发育途径的 时间,在生物发育和成长的任何时刻,卵巢组织都能 分化为睾丸组织,这表明雄性途径基因必须永久地 被抑制,使得雌性性状得以发育,在生物出生前或出生后的不同时期雄性途径基因的抑制作用是通过不 同的因子实现的18。 3 SRY与S