SRY基因調控網絡的研究進展

趙金紅，趙金艷 ，黃勇富，林秀坤

（1.重慶市畜牧科學院，重慶 榮昌 402460；2.鄭州牧業高等專科學校，河南 鄭州 450008；3.北京畜牧獸醫研究所，北京 100094）

1990年SRY基因的發現是生命科學史上的一大突破，使性別決定機制的研究步入正軌，在WT1、SF1、SP1等基因產物的作用下，中胚層發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上游調控因子

1.1 WT1 WT1基因于1989年被克隆，位于染色體11p13。該區帶的缺失會引起WAGR綜合癥（Wilms瘤，無虹膜，尿生殖系畸形，智力發育遲緩）；其基因點突變會引起更為嚴重的DenysDrsh綜合癥（Wilms瘤，腎小球腎病，性腺發育異常），提示該基因在性腺、腎臟發育及腫瘤抑制中起作用。WT1基因的表達出現在發育第9d胚胎的中胚層，隨后出現在性腺嵴的支持細胞。WT1基因敲除小鼠的性腺在胚胎發育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對性腺分化是必需的。WT1基因有10個外顯子，通過不同的剪接及翻譯方式可得到16種同工蛋白。在涉及胚胎發育的基因調節中起重要作用，WT1的作用方式是作為轉錄活化劑。WT1基因能活化SF1的表達，間接調節性腺的形成；還能活化內源性的DAX1啟動子，WT1-DAX1途徑是哺乳動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、性腺等合成甾體激素的組織中均有表達，在腎上腺、性腺的分化中也起著重要的調節作用。其基因Ftz-F1位于9q33。SF1在胚胎期的表達有顯著的性別差異，在胚胎12d之前其表達水平在兩性間并無差異，當雄性小鼠的曲細精管開始分化時，即胚胎12.5～15d，SF1在賽托利細胞中的表達達到高峰，而雌鼠卵巢中的SF1則持續處于低水平，直到出生后才增加。這種時間和性別上的表達差異與MIS基因表達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管的發育，隨后調節睪丸MIS的產生。SF1蛋白屬于核受體家族，具有該家族的保守功能區，如DNA結合區的兩個鋅指結構，識別DNA的AGGTCA單元：羧基端配體結合區的AF-2反式激活區和脯氨酸區等。

MIS是SF1的下游靶基因，其啟動子－84到－103區域的M2/MISRE1位點含有CCAAGGTCA序列，為SF1結合區。該結合區的突變會導致賽托利細胞系報告基因的表達降低。WT1、SOX9、GATA4等還通過直接的蛋白間相互作用增強SF1對MIS的轉錄活性。小鼠DAX1表達的啟動子上也發現有SF1的反應元件，并發現Ftz-F1基因失活的小鼠其DAX1表達顯著降低，表明SF1控制DAX1基因的轉錄。

除性腺外，在下丘腦內側核及垂體促性腺細胞中也發現有SF1的表達，其靶基因為糖蛋白激素α亞單位。MFtz-F1基因敲除小鼠的垂體促性腺細胞的功能嚴重受損，下丘腦腹內側核出現顯著的形態異常，表明SF1在生殖系統發育的多個層次上發揮作用。

1.3 DAX1 DAX1是核激素受體超家族中的一員，DAX1基因數目的變化是人類性反轉的一個原因，這種性反轉被稱為計量敏感型性別反轉。其中XY個體之所以發育為雌性是由于X染色體短臂的Xp21出現加倍所造成的。關于DAX1和SRY如何競爭性地控制靶基因活性，已有一些實驗證據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對于早期生殖腺的發育是必需的，睪丸執行各種功能所必需的各種基因的表達也要有SF1的存在，如穆勒氏抑制基因的表達，甾醇類激素基因的表達等。DAX1通過與SF1結合，改變了SF1的性質，使它不能再激活靶基因。除了謝爾托立氏細胞外，DAX1和SF1總是同時表達，而且前者有調節后者活性的功能。所以，在卵巢發育中，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。在XY個體的生殖腺中，SRY也許通過改變DNA構象而阻止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，同時又保證SF1仍具有激活與轉錄激活靶基因的活性?？墒钱擠AX1高水平或者對SRY提前表達時，DAX1將優先與SF1結合，或優先與SRY結合，阻礙SF1靶基因的正常表達。因此，SOX9等基因將永遠不能達到閥值水平，保證謝爾托立氏細胞的分化，個體發育為雌性，出現性反轉現象。

2 SRY下游基因

2.1 SOX9 SRY作為轉錄因子可調節下游基因，從而啟動原始性腺發育成睪丸，SRY表達后即可見到SOX9、FGF9、DHH。SRY在小鼠體內表達后可見到SOX9的表達大量增加，并由細胞質向細胞核內遷移。進一步的研究發現，SOX9轉基因XX雌性鼠可產生睪丸并具有正常的Sertoli細胞及Leydig細胞，這提示SOX9可代替SRY基因的功能，或者SRY的作用僅是提高SOX9的表達量。通過SRY-MYC6遺傳工程鼠檢測SRY和SOX9的表達時序，MYC6作為一個標記。紅綠熒光單克隆抗體揭示了兩種蛋白不同的表達時序：在早期，SRY首先在生殖嵴中啟動表達，此后不久SOX9開始表達；當SOX9繼續表達時，SRY的表達關閉。這一研究結果揭示SOX9可能是SRY下游重要的性別決定基因。

2.2 DMRT1 近年來報道了20余例由于9號染色體短臂遠端缺失引起的兩性畸形，提示在這一區域存在性別決定基因。隨后在人類染色體9p24.3發現了DMRT1和DMRT2，以及編碼保守的轉錄調節區DM，以劑量依賴方式決定睪丸分化，而且在男性的表達高于女性。小鼠胚胎11.5d，DMRT1在兩性胚胎均有表達，至14.5d在雄性睪丸中的表達明顯高于雌性卵巢。結合人類DMRT1突變引起的性反轉，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系

上游基因的突變將影響SRY基因的表達水平，從而導致性腺發育不全、畸形或無性腺。SRY在胚胎發育過程中的表達受SF1及SP1的調控，SF1屬于核受體家族，C-末端含有與DNA分子結合的鋅指結構域；SP1是一種轉錄因子，可與DNA分子上的GC豐富區結合，對多種基因發生調控作用。在性別發育早期，SF1與SP1可與SRY基因上的啟動子相互作用，從而啟動SRY基因的表達，SF1基因敲除小鼠可出現性腺發育障礙。

哪些基因參與對SRY進行調控，目前所了解的甚少。美國學者最近的工作表明，SRY基因的正常表達受到胰島素受體基因家族的調控。

Tevosian等還發現，小鼠SRY的表達需要GATA4和輔助因子FOG2的協同作用。SRY作為雄性發育的總開關基因，其表達將啟動下游一系列誘導精巢分化的遺傳變化和細胞活動。采用RT-PCR技術比較兩種不同性別小鼠在胚胎性別發育過程中的表達譜，發現SRY基因的表達在11.5dpc中達到高峰，與XX雌性小鼠相比，XY雄性小鼠多種基因在發育12-14dpc中的表達量明顯升高；利用基因芯片技術測定小鼠胚胎發育過程中性別相關基因的表達規律，也得到了類似的結果。

綜上所述，哺乳動物的性別決定是一個層次調控過程，SRY基因并非決定性別的唯一基因，但它是睪丸決定因子，在性別決定中起關鍵作用。它一方面對其他基因表達進行調控，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，通過基因間相互協調作用，實現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制等諸多方面都需要進一步研究，相信隨著對這一基因的深入認識，必將促進家畜性別決定機制的研究進展。

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