Lexikon der Biologie: Y-Chromosom
Y-Chromosoms, das Geschlechtschromosom, das beim XY-Typ der genotypischen Geschlechtsbestimmung als Partner des X-Chromosoms das männliche Geschlecht bestimmt. Man nimmt heute an, daß sich die menschlichen Geschlechtschromosomen vor rund 300 Millionen Jahren aus einem autosomalen Chromosomenpaar (Autosomen, Chromosomen) entwickelt haben (molekulare Evolution). Im Vergleich zum X-Chromosom veränderte sich das Y-Chromosom in dieser Zeit gravierend: es schrumpfte auf ein Drittel seiner ursprünglichen Größe und verlor viele seiner Gene. Heute trägt es noch 78 Gene, hauptsächlich männliche Fertilitätsgene. Erklärt wird diese Entwicklung durch Fehler während der Rekombination zwischen den Geschlechtschromosomen. So wurden mehrmals in diesem Zeitraum größere DNA-Abschnitte des X-Chromosoms verkehrt herum in das Y-Chromosom eingebaut. Dies führte zu immer größeren Sequenzunterschieden und damit zu immer weniger DNA-Austausch mit dem ursprünglichen Partnerchromosom. Heute stimmen nur noch 5% der Sequenzen der Geschlechtschromosomen überein und rekombinieren miteinander (pseudoautosomale Region). Degeneration scheint aber nur ein Aspekt der Evolution des Y-Chromosoms zu sein. Ein anderer Aspekt könnte die Spezialisierung auf männliche Fertilitätsgene sein, wovon einige anscheinend von Autosomen erworben wurden. Als größte Besonderheit des Y-Chromosoms gilt aber seine Fähigkeit zur Selbstreparatur durch Genkonversion ( vgl. Infobox 1 ). – Eingeteilt wird das Y-Chromosom in die pseudoautosomale Region und die MSY (male-specific region of Y chromosome). Die MSY wurde aufgrund der fehlenden Rekombination mit dem X-Chromosom lange als NRY (non-recombining region of Y chromosome) bezeichnet. Sie besteht aus einem Mosaik heterochromatischer und euchromatischer Sequenzen (Chromatin), wobei 3 verschiedene euchromatische Sequenzklassen nach ihrer Herkunft und ihrer Struktur unterschieden werden: die X-transponierten Sequenzen stimmen zu 99% mit der homologen Sequenz auf dem X-Chromosom überein und sind vor 3–4 Millionen Jahren vom X- auf das Y-Chromosom übergegangen. Sie machen den kleinsten Teil der MSY aus und tragen nur 2 der 78 Gene. Die X-degenerierten und sog. amplikonischen Sequenzen stammen ursprünglich von den Autosomen, aus denen das X- und das Y-Chromosom evolvierten, unterscheiden sich aber in ihrer Struktur und ihrem Genexpressionsmuster (Genexpression): Die X-degenerierten Sequenzen weisen große Abschnitte ohne genetische Funktion auf und tragen hauptsächlich die wenigen Haushaltsgene des Y-Chromosoms sowie das Gen SRY (SRY-Gen; SOX9). Strukturell am auffälligsten sind die amplikonischen Sequenzen: Sie weisen untereinander über sehr lange Bereiche bis zu 99,9% Sequenzübereinstimmung auf (Sequenzhomologie), weswegen sie auch als Amplikons bezeichnet werden. Weiter tragen sie alle Fertilitätsgene (bis auf SRY), die in Genfamilien angeordnet sind und entsprechend in mehreren Kopien vorliegen (dies führt dazu, daß nur 27 distinkte Proteine synthetisiert werden), und fallen vor allem durch 8 sehr lange Palindrome auf, die mehrere Millionen Basenpaare umfassen. Die besondere Struktur der MSY, insbesondere die der amplikonischen Sequenzen, also jener Abschnitte, welche die Fertilitätsgene aufweisen, kann durch Genkonversion erklärt werden. Die Entstehung dieses lange Zeit unbekannten Mechanismus des Wirbeltier-Genoms wird folgendermaßen erklärt: Da eine fehlerfreie Spermatogenese unter einem enormen Selektionsdruck liegt und das Y-Chromosom im Laufe seiner Entwicklung die Fähigkeit zur reziproken Rekombination mit dem X-Chromosom verlor, mußte ein anderer Mechanismus die Sicherstellung der Spermatogenese gewährleisten. – Seit längerer Zeit bekannte Gene auf dem menschlichen Y-Chromosom sind der Testis determinierende Faktor TDF (SRY;vgl. Infobox 2 ), das H-Y-Antigen sowie der GMCSF-Rezeptor (Rezeptor für den GMCSF) und MIC-2, für die identische homologe Gene auf dem X-Chromosom vorhanden sind. Für die Gene ZFY und RPS4Y, die für ein Protein von unbekannter Funktion mit Zink-Finger-Motiv (Zink-Finger-Proteine) bzw. ein ribosomales Protein (S4) codieren, existieren nichtidentische homologe Gene auf dem X-Chromosom (ZFX bzw. RPS4X, vgl. Abb. bei X-Inaktivierung). – Bisher ist noch wenig bekannt über die Struktur der Y-Chromosomen anderer Organismen. Bei der Maus (Hausmaus) und bei Drosophila melanogaster trägt das Y-Chromosom Gene, die zur Herstellung funktionsfähiger Spermien nötig sind. Bei Drosophila ist das Y-Chromosom ohne Bedeutung für die Geschlechtsbestimmung, d.h. X0 = XY = männlich. Chromosomen (Abb.), Chromosomenkarte ( Chromosomenkarte I
Chromosomenkarte II
Chromosomenkarte III
Chromosomenkarte IV
), holandrische Merkmale, XY-Frauen.
J.Ir.
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