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