Informacije

Pseudoautosomni regioni X hromozoma pokazuju heterozgioznost

Pseudoautosomni regioni X hromozoma pokazuju heterozgioznost


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Uvijek sam za sebe imao pitanja o spolnoj diferencijaciji, uglavnom zbog neobične povijesti i puberteta. Neću ulaziti u detalje, ali nije potrebno reći da je bio jedinstven.

Moje pitanje je… Dobio sam rezultate od 23andme koji pokazuju heterozigotnost na početku i na kraju X

Dijagnosticiran sam kao XY neosjetljiv na androgene i pseudohermafrodit sa netaknutim mullerovim strukturama. Rođen sa sumnjivim stvarima iznutra, jedino konačno ništa nije muško (nema prostate, nema sjemena itd.)

Takođe su pokazali Y, ali očito mu je nedostajalo pola (iako sam pročitao da to nije neobično da polovica toga bude -)

Možete li imati hetereozigotnost na krajevima x, a nemate drugi x?

rs6644972 X 178624 AG rs28475515 X 182276 CT rs2846338 X 191998 TT rs28669107 X 195014 CC 301596 CC rs2738344 X 310897 AA


Normalan muškarac može pokazati heterozigotnost u "X" rezultatima 23andMe SNP testa uprkos tome što ima samo jedan X hromozom. To je zato što na krajevima Y kromosoma postoje vrlo kratke regije, nazvane pseudoautosomalne regije, koje se podudaraju s ekvivalentnim (homolognim) regijama na krajevima X kromosoma.

Budući da su pseudoautosomalna područja Y homologna odgovarajućim regijama X, rezultati SNP -a za ta područja ne mogu se razlikovati u SNP testovima, pa se rezultati pojavljuju zajedno s rezultatima X u datoteci kromosoma "X". Rezultati u ta dva područja datoteke mogu biti homozigotni ili heterozigotni na svakoj lokaciji. Većina lokacija u datoteci "X" je za lokacije izvan tih regija, tako da većina unosa u fajl ne može izvesti heterozigotne rezultate.


Ljudski polni hromozomi su neuredni menjači DNK

Raznolikost je začin života, posebno kada je u pitanju genetika. Naša vrsta treba DNK da se miješa kako bi stvorila genetsku raznolikost, koja je ključna za zdravlje i izdržljivost cijele populacije. Kako se ćelije dijele i rastu, sva 22 para hromozoma kod čovjeka mogu izvršiti genetske zamjene cijelom svojom dužinom, osim polnih hromozoma. Budući da se X i Y razlikuju po veličini i genima koje nose, ova dva genetska snopa ostaju podalje.

Srodni sadržaj

No, istraživanja su pokazala kako spolni kromosomi ponekad razmjenjuju genetske podatke na odabranim mjestima i čini se da je njihova zamjena traljavija nego što se prvotno mislilo.

Tim predvođen Melissom Wilson Sayres sa Državnog univerziteta u Arizoni nudi nove detalje o tome šta se dešava kada X i Y hromozomi zamijene DNK tokom diobe ćelije koja stvara t jaja i spermu. Intrigantno, njihov rad potvrđuje da kada se polni hromozomi razgovaraju, određeni gen koji je ključan za razvoj muškaraca ponekad se slučajno pomjeri. Rezultati bi mogli pomoći u objašnjenju zašto neki ljudi imaju ženski DNK i#8212 par X kromosoma, ali se fizički razvijaju kao muški.

Prije milijuna godina naši X i Y kromosomi bili su otprilike ekvivalentni i mogli su slobodno mijenjati genetski materijal. U većini slučajeva, evolucija favorizira ovu razmjenu DNK između hromozoma jer povećava raznolikost. Ali danas je X hromozom mnogo duži od Y hromozoma, a na vrhovima su ostala samo dva mala podudarna regiona. “ Često govorimo o tome koliko su X i Y različiti, ” kaže Wilson Sayres. “Ali postoje dvije regije u kojima su identične ” koje se nazivaju pseudoautosomalne regije. Ovdje se X i Y kromosomi mogu udružiti i zamijeniti DNK.

Prethodni rad genetičara Dejvida Pejdža sa MIT-a i Brusa Lana sa Univerziteta u Čikagu pokazao je da su, pre milion godina, segmenti X hromozoma bili isečeni, preokrenuti i ponovo umetnuti. Rezultat ove mutacije, koja se naziva inverzija, je da X i Y kromosomi više nisu mogli međusobno djelovati u obrnutom području. Analize iz laboratorije Wilson Sayres ’ također su ranije pokazale da su se inverzije na X kromosomu dešavale do devet puta u našoj evolucijskoj historiji.

Ove inverzije su „bile favorizovane prirodnom selekcijom jer su onemogućavale da se gen koji određuje muškarce rekombinuje na X, i omogućile da X i Y evoluiraju nezavisno“, kaže Qi Zhou, postdoktorski saradnik na Univerzitetu Kalifornije, Berkli, koji proučava evoluciju polnih hromozoma kod voćnih mušica i ptica.

Budući da proces inverzije prepolovljuje gene, znanstvenici mogu vidjeti pseudoautosomalne granice na kromosomima jednostavno gledajući DNK sekvencu i identificirajući komade krnjih gena. Tako se Wilson Sayres zapitao može li genetska zamjena koja se događa unutar pseudoautosomalnih regija ostaviti izrazit potpis raznolikosti s oštrim granicama. “Zato što se rekombinacija događa u pseudoautosomalnim regijama, tamo bi trebala postojati povećana raznolikost u odnosu na ostale dijelove X kromosoma,##8221 kaže Wilson Sayres.

Kako bi testirali ideju, ona i njeni studenti na fakultetu u državi Arizona analizirali su obrasce genetske raznolikosti u X kromosomima 26 nepovezanih žena. Na njihovo iznenađenje, tim nije uočio jasnu granicu. “Različitost se smanjuje gotovo linearnom brzinom preko pseudoautosomalne granice, što sugerira da granice rekombinacije nisu jako stroge,##kaže Wilson Sayres. Umjesto toga, čini se da kada pseudoautosomalne regije razmjenjuju djeliće DNK, obližnji komadi obrnute regije ponekad se ponesu za vožnju. Tim predstavlja svoje rezultate ove sedmice na sastanku Društva za molekularnu biologiju i evoluciju 2015. u Beču.  

Nalaz “je zaista važan, jer je jedan od gena na Y hromozomu koji je vrlo blizu te granice SRY, regija Y koja određuje spol,” kaže Wilson Sayres. SRY je gen koji je ključan za pokretanje razvoja testisa kod muškaraca. “Ako granica nije postavljena, možete povući gen SRY na X kromosom ", kaže ona. U tom slučaju, pojedinac sa XX genotipom, koji je tipično ženski, može se umjesto toga razviti kao muški. XX muški sindrom , koji se naziva i de la Chapelleov sindrom, javlja se u 1 od 20 000 ljudi koji se spolja pojavljuju kao muškarci. Pojedinci s ovim rijetkim stanjem obično su sterilni.

“ Mnogo vrsta sisara ima SRY, i to na vrlo različitim mjestima u Y kromosomu, jer su se inverzije dešavale mnogo puta nezavisno u različitim lozama, "#dodaje Wilson Sayres. “To nije samo sreća što se kod ljudi gen SRY slučajno nalazi blizu granice inverzije. ”

Studija Terje Raudsepp iz 2012. na Texas A & ampM University sa svojim kolegama već je sugerirala da greške u rekombinaciji X-Y mogu premjestiti SRY na X kromosom kod ljudi i šimpanzi. Novi rad pojačava taj rezultat i pokazuje vjerojatan mehanizam. Također, budući da su granice regije zamjene toliko nejasne, vjerovatno je da XX muški sindrom nije novija pojava "slučajnosti" kod modernih ljudi, već se javljao barem hiljadama godina. “XX mužjaci su se vjerojatno javljali s ovom frekvencijom tokom ljudske evolucije, "#kaže Wilson Sayres.

Nova analiza također pokazuje neočekivani vrhunac genetske raznolikosti u obrnutom dijelu X kromosoma koji je kod ljudi kopiran i dodan u Y kromosom. Jedan od gena unutar tog vrha naziva se protokaderin 11, gen za koji se smatra da je uključen u razvoj mozga. “Ljudi obično pretpostavljaju da je ovo područje specifično za X, ali zapravo pokazujemo da postoji zamjena između X i Y u tom području, ” kaže Wilson Sayres. Ovo je važno jer X-transponirana regija izgleda kao nova treća pseudoautosomalna regija. Ovo bi moglo dovesti do novog procesa da muški geni s Y preskaču na X, gdje ne pripadaju, što bi dovelo do dodatnih genetskih poremećaja spolnih hromozoma.”

“Rad grupe Dr. Wilson Sayres ’ svakako doprinosi dubini analize znatiželjnih osobina ljudskih polnih hromozoma ", kaže Raudsepp.


Položaj pseudoautosomalne granice u Silene latifolia

Prije 11 miliona godina, za proučavanje lokacije granice između NRJ i rekombinirajuće pseudoautosomalne regije (PAR). Prethodni rad posvećen NRY/PAR granici u S. latifolia bio je zasnovan na nekolicini gena sa lokacijama približno poznatim sa genetske mape. Ovdje izvještavamo o analizi 86 pseudoautosomalnih i spolno povezanih gena uz granicu S. latifolia NRY/PAR kako bismo preciznije utvrdili lokaciju granice. Koristimo gustu genetičku mapu i podatke o polimorfizmu iz divljih populacija kako bismo identificirali 20 djelomično spolno vezanih gena smještenih na &ldquofuzzy granici&rdquo, koji se rijetko rekombinuju u muškoj mejozi. Geni proksimalni do ove nejasne granice nemaju dokaze o rekombinaciji kod muškaraca, dok se geni distalno od ove djelomično polno povezane regije aktivno rekombiniraju kod muškaraca. Naši rezultati daju precizniju lokaciju za PAR granicu u S. latifolia, što će pomoći da se razjasne uzroci pomeranja granica PAR koji dovode do širenja NRY tokom vremena.


Opcije pristupa

Omogućite potpuni pristup časopisu 1 godinu

Sve cijene su NETO cijene.
PDV će biti dodat kasnije na blagajni.
Obračun poreza će biti završen prilikom odjave.

Nabavite vremenski ograničen ili potpuni pristup člancima na ReadCube -u.

Sve cijene su NETO cijene.


Diskusija

Evolucija Y hromozoma sa tri kičme

Koristeći kombinaciju dugog čitanja sekvenciranja i sekvenciranja hvatanja konformacije kromosoma (Hi-C) za skele, uspjeli smo sastaviti visoko precizan referentni sklop Y kromosoma za troglavu palicu, u skladu sa sekvenciranim BAC umetcima i poznatim citogenetskim markerima [32] . Naš novi referentni sklop otkrio je nekoliko obrazaca evolucije sekvenci koji nisu precizno riješeni korištenjem kratkog čitanja [18]. Prvo, sinonimna divergencija je podcijenjena u čitavom Y kromosomu oslanjajući se na polimorfizme s jednim nukleotidom utvrđene kratkim sekvenciranjem. Ovaj je učinak bio najveći u najstarijem području Y kromosoma (stratum jedan). Medijan dS je bio približno 8,7 puta veći u jednom stratumu kada su korištene dugo čitane sekvence. Sinonimna divergencija bila je otprilike 2,8 puta veća u mlađim slojevima u novom referentnom sklopu u poređenju sa dS procjene iz kratkog čitanja. Kratkočitano sekvenciranje takođe nije moglo razlikovati dva nezavisna sloja unutar ove regije, vjerovatno zbog pristrasnosti prema poravnavanju očitavanja u različitim regijama, što je dovelo do podcjenjivanja stvarnog broja SNP-ova. Naši rezultati govore o oprezu u korištenju tehnologija sekvenciranja kratkog čitanja za karakterizaciju polno specifičnih regija Y ili W hromozoma.

Uz prisutnost referenci na X i Y hromozom, uspjeli smo pokazati da je ova pristranost mapiranja ublažena, a kratke čitljive sekvence mogu se pravilno podijeliti između dva kromosoma kod muškaraca i žena. Kada smo analizirali nukleotidnu divergenciju između referentnog Y hromozoma i kratko očitanih sekvenciranih Y hromozoma iz različitih populacija, otkrili smo da je divergencija za red veličine niža od onoga što je uočeno na autosomima ili X hromozomu. Dakle, troglave ribe sa palicom također pokazuju smanjenu raznolikost Y kromosoma kako je primijećeno kod drugih vrsta [63,64,65,66,67,68,69]. Međutim, postoje neki dokazi za populacijsku divergenciju na Y hromozomu, jer je dubina čitanja bila nešto niža kada su očitavanja muškaraca različitih populacija preslikana na Y hromozomski sklop nego kada su korištena očitanja od muškarca iste populacije. Dodatni rad će biti potreban kako bi se razumjelo jesu li obrasci raznolikosti Y kromosoma u skladu s neutralnim očekivanjima ili se raznolikost nukleotida smanjuje snažnom selekcijom na povezanim mjestima [63,64,65].

Vremena divergencije za svaki od slojeva mogu se aproksimirati na osnovu stopa divergencije između troglave ribe i deveterine (Pungitius pungitius), koji je posljednji put imao zajedničkog pretka prije čak 26 miliona godina [28, 30, 31]. U kombinaciji sa srednjom procjenom sinonimne divergencije na nivou genoma između dvije vrste (0,184 [70]), utvrdili smo da je stratum jedan vjerovatno nastao prije manje od 21,9 miliona godina (tj. generacija), blizu trenutka kada su se dvije vrste razišle. Koristeći istu kalibraciju, sloj dva formiran je prije manje od 5,9 miliona godina, a sloj tri nastao prije manje od 4,7 miliona godina.

Evolucija centromere Y hromozoma

Zbog svoje vrlo repetitivne prirode, centromerni nizovi su bili izazovni za sekvencioniranje i sastavljanje koristeći tradicionalne pristupe. Međutim, dugo čitane tehnologije pokazale su nedavno obećanje u prelasku kroz ove nepristupačne regije [14, 71, 72]. Koristeći sekvenciranje dugog čitanja, također smo uspjeli da povratimo dva kontiga u našem sklopu koji je sadržavao nizove monomernog ponavljanja alfa satelita koji je imao sličnost sekvence sa monomernim ponavljanjem izoliranim iz ostatka genoma [34]. Centromere među vrstama su veoma varijabilne i na nivou pojedinačnog monomera i na način na koji su monomeri organizovani na višem nivou [37, 38, 73, 74, 75, 76]. Ova nevjerojatna varijabilnost može se pojaviti čak i unutar vrsta. Na primjer, kod ljudi, centromerijski HOR nisu identični između nehomolognih kromosoma [77, 78], a Y kromosomi miša i ljudi sadrže divergentne ili nove centromerijske ponavljanja u odnosu na autosome [79,80,81]. U skladu s tim obrascima, primijetili smo smanjenje sličnosti u sekvenci između monomernog ponavljanja Y kromosoma i ponavljanja konsenzusa identificiranog iz ostatka genoma tropskog kljuna [34]. Utvrdili smo da je Y kromosom također raspoređen u složeni HOR, međutim, ne možemo utvrditi je li struktura HOR -a kromosoma Y slična ili različita od ostalih hromozoma sa troglavim palicama. Centromerska sekvenca iz drugih kromosoma trenutno je ograničena na kratke trakove monomernih ponavljanja [34].

Citogenetski rad je pokazao da centromera Y hromozoma sa tri kičme može sadržavati divergentno satelitsko ponavljanje u odnosu na X hromozom i autozome [34, 82]. Ova hipoteza je zasnovana na slabom fluorescentnom in situ hibridizacionom signalu na Y hromozomu iz DNK sondi dizajniranih na osnovu konsenzusnog ponavljanja. Naš sklop Y hromozoma ukazuje da mehanizam koji pokreće ovaj obrazac može biti smanjeni identitet sekvence podijeljen između monomernog ponavljanja Y hromozoma i monomernog ponavljanja konsenzusa. Alternativno objašnjenje je da slab hibridizacijski signal nije posljedica razlika u monomernoj sekvenci ponavljanja, već je zapravo uzrokovan smanjenjem ukupne veličine centromera Y hromozoma. Iako smo se izolirali

87 kb sekvence centromera, nismo identificirali granicu koja se proteže cijelom centromerom, ostavljajući stvarnu veličinu centromere nepoznatom. Za testiranje ovog alternativnog modela potrebni su dodatni radovi na sekvenciranju.

Genetska arhitektura hromozoma trospratnog štapića Y brzo se razvija

Y hromozom s tri kičme je u srednjem stadiju degeneracije, sa zadržavanjem ukupno 44,1% gena prisutnih na X hromozomu, u poređenju sa visoko degenerisanim Y hromozomima sisara kod kojih je samo

1–5% predaka X-vezanih gena ostaje [10, 11]. Stopa gubitka gena na najstarijem sloju troglave palice Y, u kojoj je izgubljeno 82% gena, iznosi približno 3,7% na milion generacija. Ovo je slično stopi gubitka gena na milion generacija procijenjenoj za druge heteromorfne polne hromozome sa sličnim starim slojevima, kao npr. Rumex hastatulus (1.1–2%) [83], Silene latifolia (4–8%) [17, 84] i Drosophila miranda neo-Y (1,7–3,4%) [1, 84, 85]. Nešto viša stopa gubitka gena (8,4–11,5%) nalazi se na Rumex rothschildianus Y [83], ali nijedan od ovih sistema nije iskusio stope gubitka gena tako brze kao na slično starim slojevima 4 i 5 Y hromozoma primata (60% na milion generacija) [84, 86], vjerovatno zbog nižeg efektivna veličina populacije primata. Dosljedne procjene brzine gubitka gena u drugim biljnim i životinjskim sistemima ukazuju na to da haploidna selekcija u peludi vjerojatno neće imati važnu ulogu u stopama degeneracije u do sada ispitivanim biljnim sistemima (Rumex i Silene), iako postoje dokazi da se geni eksprimirani haploidima održavaju na biljnom Y kromosomu, baš kao što su geni osjetljivi na dozu zadržani na Y kromosomima životinja, uključujući i tropsku palicu [10, 13, 18, 19, 83, 84, 87] .

Osim ovog velikog gubitka gena, otkrili smo akviziciju novih gena u svim slojevima hromozoma tropspinog štapića. Iako nismo otkrili masovnu amplifikaciju genskih porodica kako je primijećeno na spolnim kromosomima sisavaca [7, 8, 11, 20,21,22], mnogi geni koji su se preselili iz autosoma ili su bili prisutni u zajedničkom pretku spolnih kromosoma imali su više kopija na Y hromozomu. Brojevi kopija koje smo uočili su istog reda kao i duplirani geni na polnim hromozomima više vrsta Drosophila [23, 49]. Duplikacije gena na spolnim kromosomima tropskog štapića mogu odražavati odabir o ranoj amplifikaciji gena važnih za mušku plodnost [43] ili za sprječavanje degradacije osiguravanjem uzorka za popravak putem konverzije gena [7, 11, 49, 54, 88,89, 90,91,92,93,94,95,96]. Alternativno, duplikacije koje opažamo na hromozomu "threespine stickleback" Y mogu jednostavno odražavati nedavne translokacije i duplikacije koje se tek trebaju degenerirati i pseudogenizirati.

Obrasci ekspresije gena dupliciranih i translociranih gena ukazuju na to da ovaj proces nije potpuno neutralan. Uočili smo snažnu ekspresiju prema testisima među genima koji su se duplicirali i translocirali u Y kromosom, slično uzorcima uočenim na drugim Y kromosomima [7, 8, 11, 20,21,22, 46, 47, 97]. Zanimljivo je da smo promatrali više načina na koje se geni skloni testisima mogu akumulirati na Y kromosomu. Kao prvo, mnogi geni ispoljavaju ekspresiju pristrasnu u testisima predaka. Geni koji su se preselili iz autosoma u Y kromosom imali su sličan stupanj ekspresije prema testisima kao autosomni paralog predaka. X-povezani gametolozi gena koji se umnožavaju na Y hromozomu također su od predaka imali ekspresiju pristranu testisima. To sugerira da se geni mogu odabrati da se zadrže na Y kromosomu zbog postojećih obrazaca ekspresije prema muškarcima. Naša zapažanja odražavaju translokacije na drevnom ljudskom Y hromozomu koji je pojačan DAZ geni su nastali iz autozomnog paraloga koji je eksprimiran u testisu [44]. Primjeri autozoma izvedenih translokacija na Y hromozom također postoje u Drosophila i može imati funkcije pristrasne prema testisima predaka [46]. S druge strane, također smo otkrili da su autosom-izvedeni translocirani geni evoluirali jačom ekspresijom prema testisima u kontekstu specifičnom za tkivo u odnosu na ekspresiju predaka. Varijacija u ekspresiji pristrasnosti testisa uočena među poređenjima tkiva ukazuje na to da je sticanje funkcija testisa za mnoge gene nepotpuno. Ovo čini hromozom Y sa hroničnim hromozomom u treespinu korisnim sistemom za razumijevanje regulatornih promjena neophodnih za gene da razviju nove funkcije u testisima.

Geni koji se translociraju u Y kromosom nastaju ili putem mehanizama posredovanih RNA ili translokacijama zasnovanim na DNK (pregledano u [52]). Od translokacija koje smo uočili, otkrili smo samo translokacije zasnovane na DNK. Rad na drugim vrstama je pokazao da se duplikacije zasnovane na DNK javljaju češće od mehanizama posredovanih RNK ​​[49, 52, 98, 99]. Naši rezultati podržavaju ovu pristranost na mlađim spolnim kromosomima. Moguće je da je učestalost dupliciranja zasnovanih na DNK čak i veća na mladim spolnim kromosomima u odnosu na drevne spolne kromosome. Duplikacije zasnovane na DNK potaknute su pogrešnim popravkom prekida dvostrukog lanca. Na starim polnim hromozomima glodara, inicijacija prekida dvostrukog lanca je potisnuta na polnim hromozomima mužjaka [100, 101]. Ovo bi ograničilo mogućnost da se dogode translokacije zasnovane na DNK zbog aberantnog popravka dvolančanog prekida tokom mejoze. Međutim, na mlađim spolnim kromosomima, dvostruke učestalosti prekida još uvijek se mogu pojaviti na značajnoj frekvenciji. Spajanje divergirajućeg Y kromosoma s akumuliranom ponavljajućom DNK stvorilo bi dodatne mogućnosti za popravak dvostrukih lanaca kroz nealelne procese, povećavajući broj duplikacija i translokacija [102].

Amhy je kandidat za gen za određivanje spola

Identifikovali smo Amhy gen kao kandidat za određivanje muškog pola kod trokičmenog štapića. Amh je kooptiran kao gen za određivanje muškog spola u više vrsta riba [57,58,59]. Glavni gen za određivanje pola je jedan od primarnih gena koji iniciraju evoluciju proto-Y hromozoma (pregledano u [1]). U skladu sa ovim, Amhy nalazi se u najstarijem području štapnog Y hromozoma (prvi sloj), uz pseudoautosomalnu regiju, a sinonimna divergencija sa svojim paralogom je u dometu drugih gena u najstarijem sloju. Amhy se izražava u razvoju larvi štapića, što je u skladu s ulogom u ranom određivanju spola. Konačno, aminokiseline koje su visoko očuvane kod kralježnjaka u funkcionalnim domenima proteina također su konzervirane na paralogu Y kromosoma u ribama palicama, što sugerira Amhy je funkcionalan. Na osnovu poznate uloge AMH signalizacije u određivanju spola kod drugih riba, te lokacije, ekspresije i slijeda paraloga Y hromozoma kod riba štapića, predlažemo da Amhy je gen za određivanje spola u tri ruke. Dodatni funkcionalni genetički radovi su u tijeku kako bi se testirala ova hipoteza.


Rezultati za pseudoautosomalne regije

Genetske karakteristike PAR-a su sažete u Tabeli 2. Oba regiona, iako vrlo male veličine, pokazuju veću gustinu gena od X hromozoma i prosjek od sedam gena po Mb na autosomima. Aktivnost muške rekombinacije u PAR1 je mnogo veća nego u autosomima. Aktivnost ženske rekombinacije je unutar autosomnog raspona za PAR1, a vjerovatno i za PAR2. U 493 ženske mejoze, nije uočena rekombinantnost u PAR2 (na osnovu 48 porodica iz Konga et al studija 30, podaci nisu prikazani). Približni 95% interval pouzdanosti 42 proteže se od 0,0000 do 0,0093 za stopu rekombinacije žena koja odgovara procijenjenoj aktivnosti rekombinacije od 0-2,8 cM/Mb. Slijed PAR2 je potpuno poznat, međutim u PAR1 do sada nije bilo moguće popuniti šest praznina procijenjene kombinovane veličine 370 kb. 11, 43, 44

Fizičke lokacije lokusa unutar PAR1 iz različitih dostupnih SNP čipova i projekata genetskog mapiranja prikazane su na slici 2. U nekim studijama skupovi markera su rijetki i ne nude dobro pokrivanje telomerne regije. Na slici 2 mogu se primijetiti neke veće regije koje nisu pokrivene SNP -ovima, a te regije odgovaraju prazninama u redoslijedu. Procijenjene duljine genetske karte kod muškaraca variraju u različitim studijama između 12 i 55 cM u PAR1 i između 0,3 i 1,6 cM u PAR2 (Tablica 1). Vrlo mala vrijednost PAR1 u Rutgersovoj mapi je zato što je većina telomernih markera još uvijek otprilike 900 kb od telomera. Odnos ukupne dužine karte muškaraca i žena u PAR1 je približno 10, a varira u pojedinačnim studijama između 2,8 i 14,6. DeCODE karta nije uključena jer PAR -ovi nisu obuhvaćeni. Karta Marshfield sadrži nekoliko markera u PAR1 i jedan u PAR2, ali u vrijeme procjene karte redoslijed oznaka nije bio dobro utvrđen, pa je mapa izostavljena.

Fizička lokacija (gradnja 35.1) za genetske markere u PAR1 iz različitih projekata mapiranja. Affymetrix i Illumina predstavljaju Genome-Wide Human SNP Array 5.0 odnosno Humhap550. Polimorfizmi s jednim nukleotidom (SNP) prikazani su kao trokuti s vrhom prema gore i kratkim tandemskim ponavljanjima (STR) kao trokuti s vrhom prema dolje, kvadratići označavaju markere unutar gena CSF2RA i MIC2.

Slika 3 detaljnije ilustruje tri odabrane genetske karte muškaraca u PAR1: Duffy mapu 45 (tipizacija sperme), mapu HapMap 34 (nepovezane osobe) i mapu koju je kreirao Henke et al 6 (CEPH porodice s tri generacije). Prosječna procjena po spolu iz HapMap-a pretvorena je u mušku kartu koristeći omjer karte muško/žensko 10: 1. Sve karte su dobro usklađene za prvih 750 kb, dok je za posljednjih 750 kb procjena HapMap -a znatno niža. Ovo bi moglo ukazivati ​​na sistematsku pristrasnost procjene karte, promjenjiv omjer karte muško/žensko, greške u podacima ili slučajne razlike.

Tri različite genetske karte za muškarce. Duffy mapa, 45 mapa HapMap, 46 i mapa koju je kreirao Henke et al 6 HapMap-ove procijenjene udaljenosti na karti prosječne po polu, muške udaljenosti su dobivene primjenom omjera karte muško/žensko 10: 1.

Smetnje

U prvim genetskim studijama nisu uočeni očigledni događaji dvostrukog ukrštanja u muškim mejozama i postavljeno je pitanje da li se višestruki događaji ukrštanja uopće mogu dogoditi unutar ljudskog PAR1. 7, 9 U većim studijama, međutim, pronađeni su muški dvostruki rekombinanti: 1 od 330 mejoze od Rappolda et al, 38 3 među 555 Schmittovih pojedinačnih spermija et al, 32 i 21 među 1912 pojedinačnih spermatozoida kompanije Lien et al. 33 Očekivani broj pod pretpostavkom da nema smetnji bio je 12, 15 i 177, respektivno. Prema Kosambijevoj pretpostavci o smetnjama, u Lien -ovim podacima moglo bi se očekivati ​​gotovo 96 dvostrukih rekombinanata, znatno više od uočenog broja. Zaključujemo da odsustvo smetnji (I=0) može se odbiti. Kosambijeva pretpostavka ne uklapa se dobro u PAR1, a s druge strane nema potpunih smetnji (I=1) pošto su uočene dvostruke rekombinante. Procijenjene smetnje, I= 0,96 (izračunato iz Lienovih podataka) vrlo je blizu 1 što ukazuje da bi identitet (stopa rekombinacije od 1% odgovara 1 cM) mogao biti najprikladnija funkcija mapiranja za PAR1.

Koristeći jedan polimorfni marker u PAR2 i spolu, pokazalo se da su događaji ukrštanja u PAR2 mogući i da se javljaju u oko 2% muških mejoza, 2 nisu uočene rekombinante za PAR2 kod žena. U PAR2, stopa rekombinacije muškaraca je veća nego u žena i veća je od autosomnog prosjeka, ali niža nego u PAR1 (Tabela 1). To su potvrdile i druge grupe. 30, 39

Neravnoteža veze

U PAR1, LD i odgovarajuće blok strukture nisu detaljno analizirani. Cox et al 47 je istraživao LD u PAR1 i ostatak X hromozoma sa samo sedam SNP u PAR1 i pronašao značajnu razliku u raspadu LD. maja et al 48 je analiziralo interval od 43 kb oko SHOX gen. Koristeći 61 SNP, otkrili su brz pad LD, markeri koji pokazuju samo vrlo niske LD u paru, a najveći blok visokog LD, D′>0.8, dug je samo oko 3 kb.

U PAR2, LD je proučavan sa markerima stabala koji pokazuju visoku alelnu povezanost među sobom, ali ne i sa spolno specifičnim lokusima na X i Y. 35 S obzirom na stopu rekombinacije muškaraca od oko 2%, ovaj rezultat je iznenađujući jer se LD eksponencijalno smanjuje sa brojem generacija.


Rezultati i rasprava

Identificirali smo dvije porodice (porodice A i B) sa velikim terminalnim delecijama PAR1 (slika 1A). Ove porodice su pronađene molekularnim analizama SHOX, osteogeni gen koji se nalazi u PAR1 na poziciji ∼600 kb od kraja Xp/Yp (Rao et al. 1997. UCSC Genome Browser, http://genome.ucsc.edu/ [GRCh37/hg19]). Probanti ovih porodica (II-1 porodice A i III-4 porodice B) prikazani su mezomeličnim niskim rastom i skeletnom deformacijom što ukazuje na SHOX haploinsuficijencija (Belin et al. 1998). Pojačanje sonde zavisno od multipleksa pokazalo je smanjen broj kopija svih SHOX egzone i njihove bočne regije kod obje osobe. Isti gubici broja kopija identifikovani su i kod njihovih rođaka (slika 1A). Komparativna genomska hibridizacija zasnovana na mikromrežama (CGH) otkrila je terminalne delecije PAR1 od ~1,24 Mb (maksimalni interval, chrXY:1–1,256,608 minimalni interval, chrXY:1–1,235,344) u porodici A i od ∼2hrmaxim. –2,309,402 minimalni interval, chrXY:1–2,297,925) u porodici B (sl. 1B). Fluorescentna in situ hibridizacija otkrila je da je delecija u porodici A locirana na X hromozomu probanda i na Y hromozomu njenog oca (AI-1) (dopunska slika 1, Dopunski materijal na mreži), dok je brisanje u porodici B boravio na X kromosomu probanda, njegovoj starijoj sestri (B-II-3), majci (B-II-2) i djedu po majci (BI-1) (slika 1A). Svi pojedinci pozitivni na brisanje pokazali su skeletne osobine indikativne za SHOX haploinsuficijencija (Belin et al. 1998), ali nema drugih kongenitalnih anomalija. Navodno je još jedna jedinka iz porodice B (III-2) također bila niskog rasta, iako uzorci genomske DNK i detaljni klinički podaci ove osobe nisu bili dostupni.

Molekularni nalazi porodica A i B. (A) Pedigre porodica A i B. Crne kutije i kružići označavaju osobe sa mezomeličnim niskim rastom i/ili deformitetima skeleta, dok bijela kutija i krugovi prikazuju neoštećene članove porodice. Prugasti krug označava osobu niskog rasta, čiji uzorak genomske DNK i detaljne kliničke informacije nisu bili dostupni. Crvene zvezde na X i Y hromozomima ukazuju na to SHOX-sadrže delecije u pseudoautozomalnoj regiji 1 (PAR1). (B) Reprezentativni rezultati komparativne genomske hibridizacije zasnovane na mikromrežu za probande porodica A i B. PAR1 je označen crvenom strelicom. Crne, zelene i crvene tačke označavaju signale koji ukazuju na normalan, smanjen (<−0,8) i povećan (>+0,4) broj kopija, respektivno. Zelene strelice označavaju izbrisana područja u porodicama A i B. Genomski položaji odnose se na bazu podataka o ljudskim genomima (GRCh37/hg19). Položaj SHOX je označeno crnom kutijom. (C) Šematski prikaz PAR1. Obrisane regije u porodicama A i B, zajedno s onima u tri prethodno prijavljena slučaja s normalnom plodnošću (Ogata et al. 2002 Kant et al. 2011) i dva slučaja sa spermatogenim neuspjehom (Gabriel-Robez et al. 1990 Mohandas et al. . 1992), prikazani su kao crne strelice. Izlomljene linije prikazuju regije nepoznate doziranju. Položaj SHOX je označeno crnom kutijom. Ploča na dnu prikazuje stope rekombinacije normalnih mužjaka (u cM) koje su izračunali Hinch et al. (2014).

Molekularni nalazi porodica A i B. (A) Rodovnici porodica A i B. Crne kutije i krugovi označavaju pojedince sa mezomeličnim niskim rastom i/ili skeletnim deformitetima, dok bijela kutija i krugovi prikazuju netaknute članove porodice. Prugasti krug označava osobu niskog rasta, čiji uzorak genomske DNK i detaljni klinički podaci nisu bili dostupni. Crvene zvezde na X i Y hromozomima ukazuju na to SHOX-sadrži delecije u pseudoautosomalnoj regiji 1 (PAR1). (B) Reprezentativni rezultati uporedne genomske hibridizacije zasnovane na mikroredovima za probande porodica A i B. PAR1 je označen crvenom strelicom. Black, green, and red dots denote signals indicative of the normal, decreased (<−0.8) and increased (>+0.4) copy numbers, respectively. Green arrows indicate the deleted regions in families A and B. Genomic positions refer to the human genome database (GRCh37/hg19). Položaj SHOX is indicated by the black box. (C) Schematic representation of PAR1. The deleted regions in families A and B, together with those in the three previously reported cases with normal fertility ( Ogata et al. 2002 Kant et al. 2011) and two cases with spermatogenic failure ( Gabriel-Robez et al. 1990 Mohandas et al. 1992), are shown as black arrows. The broken lines depict dosage-unknown regions. Položaj SHOX is indicated by the black box. The panel at the bottom shows the recombination rates of normal males (in cM) calculated by Hinch et al. (2014).

The most striking finding from these families was that two adult men, that is, the proband’s father in family A (A-I-1 hereafter referred to as case 1) and the proband’s grandfather in family B (B-I-1 case 2), were fertile and transmitted their PAR1 deletions to daughters ( fig. 1A). Cases 1 and 2 retained only ∼1.44-Mb and ∼400-kb segments of PAR1, respectively ( fig. 1B). In case 1, homologous recombination between the X and Y chromosomes must have occurred within the ∼1.44-Mb segment in the most centromeric part of PAR1, because during meiosis, the SHOX-containing deletion was translocated from the Y chromosome to the X chromosome ( fig. 1A and supplementary fig. 1 , Supplementary Material online). The normal female phenotype of the daughter of case 1 (A-II-1) provides evidence that the X–Y crossover in case 1 occurred telomeric to SRY, the sex-determining gene located in the Y-specific region only ∼5 kb from the PAR1 boundary (the UCSC Genome Browser). It is known that male meiotic homologous recombination occurs predominantly in the telomeric part of PAR1, with the hottest hotspot being at the SHOX locus ( May et al. 2002 Flaquer et al. 2009 Hinch et al. 2014). Moreover, in several species, telomeric regions are predicted to play an important role in the meiotic chromosomal pairing ( McKee 2004). However, the results of case 1 indicate that loss of the telomeric half of PAR1 does not necessarily lead to spermatogenic failure. Consistent with this, previous studies have identified three fertile men with PAR1 partial deletions, in whom meiotic homologous recombination occurred between SHOX and the centromeric end of PAR1 ( fig. 1C) ( Ogata et al. 2002 Kant et al. 2011). In case 2, furthermore, the site of meiotic recombination was restricted to a ∼400-kb region at the most centromeric part of PAR1. The SHOX-containing deletion in this individual resided on the X chromosome throughout meiosis, indicating that the recombination occurred between the Y chromosome and the nontransmitted sister chromatid of the X chromosome. We cannot completely exclude the possibility that the sex chromosomal recombination in case 2 occurred outside PAR1. For example, PAR2 on Xq/Yq also has the potential to mediate male meiotic recombination ( Ciccodicola et al. 2000 Raudsepp and Chowdhary 2015). However, this probability is low, because 1) complete loss of X chromosomal PAR1 was observed in two men with spermatogenetic arrest ( Gabriel-Robez et al. 1990 Mohandas et al. 1992), 2) the estimated genetic size of PAR1 in normal males is ∼50 cM ( Flaquer et al. 2009 Evers et al. 2011 Otto et al. 2011), suggesting that virtually all spermatocytes leading to live births undergo homologous recombination in this region, and 3) in midpachytene spermatocytes, chiasmata were observed exclusively in PAR1 ( Sarbajna et al. 2012). Of note, the ∼400-kb PAR1 segment retained in case 2 accounts for only 14.8% of normal PAR1 and corresponds to 0.26% and 0.68% of the length of the X and Y chromosomes, respectively (the UCSC Genome Browser). The estimated genetic size of this segment in normal males is <5 cM ( fig. 1C Hinch et al. 2014), indicating that during normal spermatogenesis, this short segment is rarely involved in sex chromosomal recombination. Nevertheless, in case 2, this segment is likely to have hosted homologous recombination in most spermatocytes, because animal studies have shown that X–Y pairing in 50% of germ cells, but not in 30% of cells, permits sperm production ( Faisal and Kauppi 2016).

The aforementioned results indicate that the minimal size requirement of human PAR1 to maintain spermatogenesis is fairly small. In this regard, it is noteworthy that the size of PARs is highly variable among mammalian species ( Graves et al. 1998 Raudsepp and Chowdhary 2015). PARs are believed to be under the constant evolutionary pressure to shrink, yet such PAR attrition can be counteracted by the insertion of DNA fragments through chromosomal translocation ( Graves et al. 1998 Mensah et al. 2014). Indeed, recent studies have shown that a small percentage of healthy men carry a ∼110-kb insertion polymorphism in PAR1 that expands the size of the recombination platform to some extent ( Mensah et al. 2014 Poriswanish et al. 2018). Thus, human PAR1 is still evolving. The present study provides evidence that human PAR1 is highly tolerant to size reduction. These data are consistent with the prior observation that the size of murine PARs is only 700 kb or less ( Perry et al. 2001 Raudsepp and Chowdhary 2015). The high recombinogenic activity of mammalian PARs is likely to reflect their long chromosome axes, which leads to the frequent occurrence of double-strand DNA breaks ( Kauppi et al. 2011 Acquaviva et al. 2020).

In summary, the results indicate that a ∼400-kb segment at the centromeric end of PAR1 is sufficient to produce homologous recombination during human spermatogenesis. This study highlights the extreme recombinogenic activity of PARs in the maintenance of male fertility.


The Communicating junctions, roles and dysfunctions

3.2.1.2 Shox2

Shox2 encodes a member of a small subfamily of paired, related homeodomain transcription factors that has been identified by virtue of its sequence similarity to the short-stature homeobox gene SHOX, causing various short-stature syndromes.

Blaschke et al. [88] generated Shox2 knockout mice. Homozygous mutant embryos were embryonic lethal at 11.5 to 13.5 dpc and exhibited severe hypoplasia of the sinus venosus myocardium. They showed aberrant expression of Cx40, Cx43, and Nkx2.5 within the SAN region. Similarly, Espinoza-Lewis et al. [89] reported that Shox2 is restrictedly expressed in the sinus venosus region including the SAN and the sinus valves during embryonic mouse heart development. Shox2 null mutation resulted in embryonic lethality due to cardiovascular defects, including bradycardia and severely hypoplastic SAN and sinus valves. Cx40 together with Nkx2.5 and natriuretic precursor peptide A (Nppa) was ectopically activated in the mutant SAN, where Tbx3 expression was lost. As described below, Tbx3 represses Cx40 expression by directly binding to the promoter of Cx40 gene. Thus, it has been suggested that Shox2 operates upstream of Nkx2.5, Tbx3, Cx40, and Cx43 to regulate the SAN genetic program.


DISKUSIJA

The most important aspect of the characterization of the Xp22.33Yp11.2 translocation in our unique XX male patient with severe SLE is in the identification of genes that are important in the predisposition to the development of SLE in the general population. Since this translocation is unique, it is unlikely that the same mechanism would be operational in a significant proportion of subjects. However, if one of the causes of SLE in this patient is the overexpression of the triplicated genes, one could hypothesize that certain nucleotide variations located in the regulatory regions of one or several of the triplicated genes could influence the level of expression of those genes and modulate susceptibility to the more common form of SLE. Sequencing and genotyping analyses of several single-nucleotide polymorphisms in a large cohort of SLE patients would be required to test this hypothesis. It would also be of great interest to study the expression of CD99 (and of the other triplicated genes) in a large cohort of lupus patients.

We can further speculate about other potential causes of SLE in this young male patient. First, the fact that the prevalence of SLE is higher in women suggests that some X chromosome genes could be implicated in the disease etiology. Consequently, a male who possesses 2 X chromosomes is genetically very similar to females and would therefore have a higher predisposition to the development of SLE as compared with normal XY men. However, the precocity and the severity of SLE in this patient set him apart from the classic postpubertal female presentation. There is also the possibility that the predisposition to SLE is related to the loss of some protective Y chromosome genes, since >90% of the patient's Y chromosome is missing. It is also possible that his XY chromosome abnormalities are irrelevant to the etiology of his SLE and are only coincidental, such that the patient is in fact affected by 2 extremely rare conditions. Estrogens or sex hormones should also be considered as a potential cause of the SLE. However, the fact that the patient developed the disease at the age of 6 years is evidence against the sex hormone hypothesis of SLE induction, although his hypogonadism may have contributed to its maintenance.

In view of the data presented herein, we conclude that the XY translocation we describe is a highly probable contributing factor to SLE in this patient with a family history of autoimmune disease. Analysis of a large cohort of male and female SLE patients will be necessary to determine if the identified candidate genes may predispose, and be relevant, to the development of SLE in the general population.