SRY基因调控网络的研究进展

赵金红，赵金艳 ，黄勇富，林秀坤

（1.重庆市畜牧科学院，重庆 荣昌 402460；2.郑州牧业高等专科学校，河南 郑州 450008；3.北京畜牧兽医研究所，北京 100094）

1990年SRY基因的发现是生命科学史上的一大突破，使性别决定机制的研究步入正轨，在WT1、SF1、SP1等基因产物的作用下，中胚层发育成为具有双向潜能的生殖嵴。雄性胚胎在SRY的作用下启动SOX9、DMRT1、DMRT2等下游基因，促使原始生殖腺分化为睾丸；而雌性胚胎则在双倍DAX1作用下形成卵巢。

1 SRY上游调控因子

1.1 WT1 WT1基因于1989年被克隆，位于染色体11p13。该区带的缺失会引起WAGR综合症（Wilms瘤，无虹膜，尿生殖系畸形，智力发育迟缓）；其基因点突变会引起更为严重的DenysDrsh综合症（Wilms瘤，肾小球肾病，性腺发育异常），提示该基因在性腺、肾脏发育及肿瘤抑制中起作用。WT1基因的表达出现在发育第9d胚胎的中胚层，随后出现在性腺嵴的支持细胞。WT1基因敲除小鼠的性腺在胚胎发育11d之前似乎是正常的，11d后上皮显著变薄，12d开始凋亡，表明WT1对性腺分化是必需的。WT1基因有10个外显子，通过不同的剪接及翻译方式可得到16种同工蛋白。在涉及胚胎发育的基因调节中起重要作用，WT1的作用方式是作为转录活化剂。WT1基因能活化SF1的表达，间接调节性腺的形成；还能活化内源性的DAX1启动子，WT1-DAX1途径是哺乳动物性别决定过程中的早期事件。

1.2 SF1 SF1是核激素受体超家族成员之一，在肾上腺皮质、性腺等合成甾体激素的组织中均有表达，在肾上腺、性腺的分化中也起着重要的调节作用。其基因Ftz-F1位于9q33。SF1在胚胎期的表达有显著的性别差异，在胚胎12d之前其表达水平在两性间并无差异，当雄性小鼠的曲细精管开始分化时，即胚胎12.5～15d，SF1在赛托利细胞中的表达达到高峰，而雌鼠卵巢中的SF1则持续处于低水平，直到出生后才增加。这种时间和性别上的表达差异与MIS基因表达嵴苗勒管的退化一致。Ftz-F1基因敲除雌雄小鼠都缺乏性腺、肾上腺，却有输卵管、子宫、阴道等苗勒管衍化器官，这表明SF1在胚胎早期维持生殖导管的发育，随后调节睾丸MIS的产生。SF1蛋白属于核受体家族，具有该家族的保守功能区，如DNA结合区的两个锌指结构，识别DNA的AGGTCA单元：羧基端配体结合区的AF-2反式激活区和脯氨酸区等。

MIS是SF1的下游靶基因，其启动子－84到－103区域的M2/MISRE1位点含有CCAAGGTCA序列，为SF1结合区。该结合区的突变会导致赛托利细胞系报告基因的表达降低。WT1、SOX9、GATA4等还通过直接的蛋白间相互作用增强SF1对MIS的转录活性。小鼠DAX1表达的启动子上也发现有SF1的反应元件，并发现Ftz-F1基因失活的小鼠其DAX1表达显著降低，表明SF1控制DAX1基因的转录。

除性腺外，在下丘脑内侧核及垂体促性腺细胞中也发现有SF1的表达，其靶基因为糖蛋白激素α亚单位。MFtz-F1基因敲除小鼠的垂体促性腺细胞的功能严重受损，下丘脑腹内侧核出现显著的形态异常，表明SF1在生殖系统发育的多个层次上发挥作用。

1.3 DAX1 DAX1是核激素受体超家族中的一员，DAX1基因数目的变化是人类性反转的一个原因，这种性反转被称为计量敏感型性别反转。其中XY个体之所以发育为雌性是由于X染色体短臂的Xp21出现加倍所造成的。关于DAX1和SRY如何竞争性地控制靶基因活性，已有一些实验证据支持如下的性别决定模型：DAX1可以和核激素受体超家族中的SF1形成杂二聚体。SF1对于早期生殖腺的发育是必需的，睾丸执行各种功能所必需的各种基因的表达也要有SF1的存在，如穆勒氏抑制基因的表达，甾醇类激素基因的表达等。DAX1通过与SF1结合，改变了SF1的性质，使它不能再激活靶基因。除了谢尔托立氏细胞外，DAX1和SF1总是同时表达，而且前者有调节后者活性的功能。所以，在卵巢发育中，DAX1和SF1的二聚体抑制了第二性睾丸决定基因，如SOX9等的表达。在XY个体的生殖腺中，SRY也许通过改变DNA构象而阻止SF1和DAX1杂二聚体的形成，或者阻止杂二聚体与靶基因的装配，同时又保证SF1仍具有激活与转录激活靶基因的活性。可是当DAX1高水平或者对SRY提前表达时，DAX1将优先与SF1结合，或优先与SRY结合，阻碍SF1靶基因的正常表达。因此，SOX9等基因将永远不能达到阀值水平，保证谢尔托立氏细胞的分化，个体发育为雌性，出现性反转现象。

2 SRY下游基因

2.1 SOX9 SRY作为转录因子可调节下游基因，从而启动原始性腺发育成睾丸，SRY表达后即可见到SOX9、FGF9、DHH。SRY在小鼠体内表达后可见到SOX9的表达大量增加，并由细胞质向细胞核内迁移。进一步的研究发现，SOX9转基因XX雌性鼠可产生睾丸并具有正常的Sertoli细胞及Leydig细胞，这提示SOX9可代替SRY基因的功能，或者SRY的作用仅是提高SOX9的表达量。通过SRY-MYC6遗传工程鼠检测SRY和SOX9的表达时序，MYC6作为一个标记。红绿荧光单克隆抗体揭示了两种蛋白不同的表达时序：在早期，SRY首先在生殖嵴中启动表达，此后不久SOX9开始表达；当SOX9继续表达时，SRY的表达关闭。这一研究结果揭示SOX9可能是SRY下游重要的性别决定基因。

2.2 DMRT1 近年来报道了20余例由于9号染色体短臂远端缺失引起的两性畸形，提示在这一区域存在性别决定基因。随后在人类染色体9p24.3发现了DMRT1和DMRT2，以及编码保守的转录调节区DM，以剂量依赖方式决定睾丸分化，而且在男性的表达高于女性。小鼠胚胎11.5d，DMRT1在两性胚胎均有表达，至14.5d在雄性睾丸中的表达明显高于雌性卵巢。结合人类DMRT1突变引起的性反转，表明DMRT1是睾丸分化所必需的，可能位于SRY的下游。

3 各因子之间的相互作用及关系

上游基因的突变将影响SRY基因的表达水平，从而导致性腺发育不全、畸形或无性腺。SRY在胚胎发育过程中的表达受SF1及SP1的调控，SF1属于核受体家族，C-末端含有与DNA分子结合的锌指结构域；SP1是一种转录因子，可与DNA分子上的GC丰富区结合，对多种基因发生调控作用。在性别发育早期，SF1与SP1可与SRY基因上的启动子相互作用，从而启动SRY基因的表达，SF1基因敲除小鼠可出现性腺发育障碍。

哪些基因参与对SRY进行调控，目前所了解的甚少。美国学者最近的工作表明，SRY基因的正常表达受到胰岛素受体基因家族的调控。

Tevosian等还发现，小鼠SRY的表达需要GATA4和辅助因子FOG2的协同作用。SRY作为雄性发育的总开关基因，其表达将启动下游一系列诱导精巢分化的遗传变化和细胞活动。采用RT-PCR技术比较两种不同性别小鼠在胚胎性别发育过程中的表达谱，发现SRY基因的表达在11.5dpc中达到高峰，与XX雌性小鼠相比，XY雄性小鼠多种基因在发育12-14dpc中的表达量明显升高；利用基因芯片技术测定小鼠胚胎发育过程中性别相关基因的表达规律，也得到了类似的结果。

综上所述，哺乳动物的性别决定是一个层次调控过程，SRY基因并非决定性别的唯一基因，但它是睾丸决定因子，在性别决定中起关键作用。它一方面对其他基因表达进行调控，另一方面又受控于其他位于X染色体或常染色体上的基因，通过基因间相互协调作用，实现其在性别分化中的控制作用。目前，SRY的上游控制基因、下游靶基因及其具体的作用机制等诸多方面都需要进一步研究，相信随着对这一基因的深入认识，必将促进家畜性别决定机制的研究进展。

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