Jest rzeczą powszechnie znaną, że za naszą płeć odpowiedzialny jest chromosom Y, lub jego brak. Na pozór jest to fakt oczywisty i, w gruncie rzeczy, niezbyt interesujący. Problem pojawia się dopiero wtedy, gdy uświadomimy sobie, że za cechy odpowiedzialne są geny lub ich grupy, a chromosom jest tylko pewnym wygodnym sposobem ich upakowania.
A więc, szczęśliwi posiadacze „igreka” i dumne właścicielki dwóch „iksów”, poszukajmy genu odpowiedzialnego za różnicowanie się płci.
Ponieważ rozdzielnopłciowość występuje już u stosunkowo prostych organizmów, na nich właśnie skupiła się uwaga badaczy. Proste organizmy modelowe miały dostarczyć danych do badań nad determinacją płci u ssaków, a wśród nich i człowieka. Mechanizmy molekularne prowadzące do różnicowania się płci zostały najlepiej poznane u nicienia Caenorhabditis elegans i u ulubionej przez genetyków Drosophila melanogaster.
U tej sympatycznej muszki , podobnie jak u człowieka, samice mają dwa chromosomy X, a samce kombinację XY. Co ciekawe, o płci zwierzęcia nie decyduje bezpośrednio obecność lub brak chromosomu Y czy X, a stosunek liczby chromosomów X do liczby haploidalnych kompletów autosomów. U normalnego samca stosunek X/A wynosi 1/2 – jeden chromosom X na dwa (u diploidalnej Drosophila) komplety autosomów.
U normalnej samicy ten stosunek wynosi odpowiednio 1.
Niezwykle ciekawy efekt osiągano krzyżując osobniki o różnej ploidalności. Udało się osiągnąć szerokie spektrum wartości stosunku X/A.
Pozwoliło to na odkrycie wartości progowej X/A=0,67, poniżej której różnicują się samce, zaś powyżej której – samice. Osobniki wykazujące współczynnik równy 0,67 (dwa chromosomy X i trzy komplety autosomów) były tzw. interseksami i posiadały zarówno komórki męskie, jak i żeńskie.
Do tej pory nie wiadomo jeszcze, w jaki sposób organizm, a dokładniej jego pojedyncze komórki, mierzy ilość chromosomów. Przypuszcza się, że na chromosomach X znajdują się geny kodujące białka o charakterze czynników transkrypcyjnych (sis-a i sis-b), które po przekroczeniu wartości progowej (związanym z ilością chromosomów X) powodują feminizację. Wciąż nie znany jest natomiast gen zlokalizowany na autosomach, a wpływający na różnicowanie płci.
Wspomniane już produkty genów sis-a i sis-b aktywują nadrzędny gen regulatorowy Sxl inicjując kaskadę genów biorących udział w różnicowaniu się płci u Drosophila.
Powyższy schemat ilustruje trzy kierunki regulującego działania genu Sxl: aktywacja kaskady genów odpowiedzialnych za determinację płci komórek somatycznych, odrębny szlak prowadzący do determinacji płci komórek rozrodczych i wreszcie aktywację mechanizmów kompensacyjnych.
Mechanizm kompensacyjny, nie związany bezpośrednio z procesem determinacji płci, pozwala na wyrównanie dysproporcji pomiędzy ilością genów na chromosomie X u samca (XY) i u samicy (XX). Na chromosomie X, poza czynnikami płci, znajduje się bowiem jeszcze ok. jednej piątej wszystkich genów Drosophila. U tej muszki, w celu wyrównania u samca poziomu ekspresji genów z chromosomu X do poziomu występującego u samicy, zachodzi dwukrotnie wydajniejszy proces transkrypcji.
Zjawisko kompensacji zachodzi również u innych organizmów, w tym i u człowieka. W jądrze interfazowym normalnych komórek kobiecych jeden z chromosomów X przekształca się w silnie skondensowane, nieaktywne ciałko Barra. Rezultat takiej kompensacji jest identyczny jak u Drosophila – ekspresja genów zlokalizowanych na chromosomie X jest taka sama u obu płci, pomimo różnej liczby tych chromosomów. Inaczej dzieje się jedynie w żeńskich komórkach płciowych – oocytach – zachodzi tam aktywacja nieczynnego dotąd drugiego chromosomu X.
U osobników euploidalnych , ze zwielokrotnionym chromosomem X, dochodzi do inaktywacji wszystkich, oprócz jednego, chromosomów X w komórkach.
Jak już wspomniano, chociaż kompensacja jest zjawiskiem kontrolowanym przez gen Sxl, to jest jednak jedynie pośrednio związana z genetyczną determinacją płci.
Gen ten bowiem ma inną funkcję – znacznie istotniejszą, jeśli chodzi o determinację płci – aktywuje u Drosophila melanogaster kaskadę podrzędnych genów, powodujących rozwój organizmu w kierunku płci żeńskiej.
U samców muszki owocowej, w okresie postembrionalnym, również zachodzi transkrypcja genu Sxl. Jednak ze względu na różnicę w obróbce mRNA u obu płci u samców powstaje krótszy, niefunkcjonalny produkt.
Determinacja płci somatycznej zależna jest od czterech genów regulatorowych podporządkowanych genowi Sxl: tra, tra-2, dsx i genu ix – niezbędnego, choć o wciąż nieznanej funkcji.
Mechanizm regulacji genów determinujących płeć somatyczną działa przede wszystkim na poziomie modyfikacji transkryptów. U samic funkcjonalne białko genu Sxl zawiera domenę wiążącą się z RNA, co wskazuje na jego rolę w obróbce mRNA. Rzeczywiście – umożliwia ono powstanie działającego produktu genu kolejnego z genów – tra. U samców, pozbawionych poprawnego produktu Sxl, w czasie obróbki transkryptu zostaje wycięty z genu tra obszerny fragment ORF, powodując powstanie nieczynnego produktu.
Białka genów tra i tra-2 również zawierają sekwencje kodujące domeny oddziaływujące z RNA. Są one zaangażowane w obróbkę transkryptu kolejnego genu – dsx, który daje zarówno funkcjonalny produkt męski (bez obróbki przez białko tra), jak i żeński. Decyduj[UDPP1]ą one o dalszym rozwoju komórek somatycznych odpowiednio w kierunku płci męskiej i żeńskiej. Cały szlak aktywowany przez gen Sxl ukazuje poniższy schemat:
Mechanizm różnicowania płci komórek rozrodczych (wytwarzania plemników lub oocytów) nie został jeszcze dokładnie poznany, chociaż zbadano już wiele genów zaangażowanych w proces gametogenezy. jednym z nich jest z pewnością omawiany już gen Slx, którego aktywność warunkuje powstawanie oocytów. Wiadomo również, że nie bez znaczenia jest wpływ komórek somatycznych o określonej płci – stwierdzono eksperymentalnie, że komórki płciowe XX przeniesione w otoczenie męskich komórek somatycznych, mogą wejść na drogę spermatogenezy.
