O cromossoma Y: além da determinação de gênero

O cromossoma Y: além da determinação de gênero

Por Roseanne F. Zhao, Ph.D.
NIH M.D./Ph.D. Programa de Formação em Parceria

O genoma humano está organizado em 23 pares de cromossomas (22 pares de autossomas e um par de cromossomas sexuais), com cada um dos pais contribuindo com um cromossoma por par. Os cromossomos X e Y, também conhecidos como cromossomos sexuais, determinam o sexo biológico de um indivíduo: as fêmeas herdam um cromossomo X do pai para um genótipo XX, enquanto os machos herdam um cromossomo Y do pai para um genótipo XY (as mães só transmitem cromossomos X). A presença ou ausência do cromossoma Y é crítica porque contém os genes necessários para superar o padrão biológico – o desenvolvimento feminino – e causar o desenvolvimento do sistema reprodutor masculino.
Embora o papel do cromossoma Y na determinação do sexo seja claro, pesquisas têm mostrado que ele está passando por uma rápida deterioração evolutiva. Há muitas gerações o cromossoma Y era grande, e continha tantos genes quanto o cromossoma X. Agora ele é uma fração do seu tamanho passado e contém menos de 80 genes funcionais. Isto tem levado a debates e preocupações ao longo dos anos em relação ao destino final do cromossoma Y. Muitos especulam que o cromossoma Y se tornou supérfluo e pode se decompor completamente dentro dos próximos 10 milhões de anos. Enquanto os estudos do cromossoma Y têm sido desafiadores devido à natureza palíndroma e rica em repetição de sua seqüência de DNA, os recentes avanços genômicos têm fornecido alguns insights inesperados.
Esta parcela do Avanço do Genoma do Mês destaca dois estudos publicados na edição de 24 de abril de 2014 da Nature que exploram o caminho evolutivo do cromossoma Y em vários mamíferos. Juntos, estes estudos demonstram a estabilidade do cromossoma Y ao longo dos últimos 25 milhões de anos. Eles revelam ainda algumas funções críticas do cromossoma Y que sugerem que ele pode estar aqui para ficar.
Para começar, vamos primeiro mergulhar na origem evolutiva dos cromossomas sexuais, cerca de 200-300 milhões de anos atrás. Os cromossomas X e Y, ambos derivados de autossomas, eram inicialmente mais ou menos do mesmo tamanho. Em algum momento específico do caminho, o cromossoma Y perdeu gradualmente a capacidade de recombinar – ou trocar informação genética – com o cromossoma X e começou a evoluir de forma independente. Isso rapidamente levou a uma deterioração catastrófica do cromossoma Y, que agora contém apenas 3% dos genes que um dia compartilhou com o cromossoma X.

Trabalhos recentes dos grupos de pesquisa de David C. Page, M.D., no Whitehead Institute, Massachusetts Institute of Technology, e Henrik Kaessmann, Ph.D., no Instituto Suíço de Bioinformática e na Universidade de Lausanne, na Suíça, sugere que o declínio inicialmente rápido do cromossoma Y pode ter se estabilizado e nivelado.
Usando diferentes tecnologias genômicas, estas duas equipes de pesquisa analisaram a evolução do cromossoma Y independentemente em dois conjuntos separados de mamíferos que cobriam mais de 15 espécies diferentes, incluindo humanos, chimpanzés, macacos rhesus, touros, micos, ratos, ratos, cães e gambás. Surpreendentemente, eles encontraram um pequeno mas estável grupo de genes reguladores essenciais no cromossoma Y que suportaram durante um longo período evolutivo, mesmo enquanto os genes circundantes estavam em decadência. Significativamente, estes genes desempenham um papel criticamente importante na expressão de outros genes em todo o genoma e podem afectar os tecidos em todo o corpo humano. Uma das razões para a resistência contínua destes genes reguladores do cromossoma Y é que eles são “dosage-dependent”, o que significa que duas cópias são necessárias para a função normal.
Para a maioria dos genes do cromossoma X, apenas uma cópia é necessária. As fêmeas têm dois cromossomas X e, portanto, duas cópias de cada gene ligado ao X, então uma cópia é aleatoriamente inativada, ou desligada. Os machos têm apenas um cromossoma X e, portanto, apenas uma cópia é expressa.
No entanto, os genes reguladores são frequentemente dependentes da dosagem e haplo-insuficientes, ou seja, duas cópias do gene são necessárias e a presença de apenas uma cópia pode levar a anormalidades ou doenças. Nas mulheres, esses genes reguladores escapam da inativação X para que a cópia no segundo cromossomo X também seja expressa; nos homens, que têm apenas um cromossomo X, a preservação desse grupo de genes reguladores no cromossomo Y é crucial para fornecer a segunda cópia.
Overtudo, o que isso significa é que além de seu papel na determinação do sexo e fertilidade, o cromossomo Y também contém genes importantes que são críticos para a saúde e sobrevivência dos homens.
Estas descobertas têm implicações consideráveis para a nossa compreensão das diferenças em biologia, saúde e doença entre homens e mulheres. Como os genes nos cromossomos X e Y têm um histórico de seleção independente um do outro, podem existir diferenças funcionais sutis que são uma conseqüência direta das diferenças genéticas nos dois cromossomos. Embora essas diferenças ainda não tenham sido exploradas em grande detalhe, mais estudos sobre os genes dos cromossomos Y conservados podem nos ajudar a entender as diferenças na biologia básica e na suscetibilidade a doenças em homens e mulheres e orientar melhor o manejo da saúde.

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Posted: 30 de maio de 2014