Biệt hóa giới tính bình thường

• Nhiễm sắc thể giới tính

Bộ nhiễm sắc thể người gồm 22 đôi nhiễm sắc thể autosome và 2 nhiễm sắc thể giới tính, bao gồm 2X hay IX và 1Y. Sau phân bào giảm nhiễm, tế bào trứng chỉ còn có một loại mang nhiễm sắc thể X, trong khi tinh trùng có 2 loại mang nhiễm sắc thể giới tính khác nhau và số lượng bằng nhau. Kết quả là phôi thai có thể là 46,XX hay là 46,XY tuỳ theo loại tinh trùng được phối hợp với tế bào trứng (hình 9.1).

Các phương pháp lai tạo huỳnh quang “in situ” cho phép theo dõi và đánh giá các khuyết tật ở các nhiễm sắc thể giới tính. Chính các rối loạn biệt hoá giới tính cho thấy các nhiễm sắc thể giới tính và các autosome mang gen biệt hoá giới tính có ảnh hưởng đến tuyến sinh dục nguyên thuỷ để biến đổi thành tinh hoàn hay buồng trứng.

Buồng trứng được hình thành khi có hai nhiễm sắc thể X nguyên vẹn và hoạt động bình thường, đồng thời không có nhiễm sắc thể Y (và các gen chi phối tạo thành tinh hoàn). Ngược lại tinh hoàn được hình thành khi có mặt của nhiễm sắc thể Y hoặc khi có gen SRY (sex determining region Y, SRY) nằm trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể Y.

• Nhiễm sắc thể X

ở người, kích thước giữa nhiễm sắc thể X và Y rất khác nhau. Vì vậy, để có sự cân bằng về gen, chỉ có một nhiễm sắc thể X là có hoạt tính, còn các nhiễm sắc thể X khác (2 hoặc nhiều hơn 2) đều mất hoạt tính một phần. Hiện tượng này xẩy ra trên mỗi tế bào trong giai đoạn cuối khi hình thành túi phôi, trong đó nhiễm sắc thể X thừa hưởng của cha hay của mẹ đều giảm hoạt tính di truyền (heterochromatization). Kết quả là có sự hình thành thể chromatin X, được gọi là thể Barr, ở giai đoạn phân bào trên những người có 2 hay nhiều nhiễm sắc thể X. Gen chi phối bất hoạt X nằm ở nhánh dài của nhiễm sắc thể X (Xq 13.2) và được gọi là XIST (X inactive – specific transcripts). Gen XIST mã hoá một RNA có tác dụng bất hoạt hoá các gen trên nhiễm sắc thể X (hình 9.4).

Phần xa của nhánh ngắn của nhiễm sắc thể X không bị mất hoạt tính và có một đoạn ngắn, gồm 2.5 megabase, tương đương với một đoạn ở phần xa của nhánh ngắn của nhiễm sắc thể Y. Đoạn này được gọi là vùng autosom giả (pseudoautosomal region). Chính ở hai vùng này của nhiễm sắc thể X và Y có sự sắp xếp song song lúc phân bào giảm nhiễm và sự giao nhau để trao đổi DNA. Ở vùng autosom giả này, người ta đã phát hiện ít nhất là 7 gen, trong đó có gen MIC 2 mã hoá cho một kháng nguyên màng; gen GM-CSF, mã hoá thụ thể tác nhân kích thích nhóm bạch cầu hạt – đại thực bào ; gen mã hoá thụ thể interleukin 3 và 1 gen mã hoá dáng vóc thấp PHOG/SHOX.

Thông thường lấy dịch ở niêm mạc miệng của nữ giới 46,XX, có thể phát hiện thể Barr trong 20-30% trường hợp ở giữa giai đoạn phân bào, trong khi không thể tìm thấy thể Barr ở nam giới bình thường 46,XY. Đối với các bệnh nhân có nhiều hơn 2 nhiễm sắc thể X, số lượng tối đa thể Barr bằng tổng số nhiễm sắc thể X trừ một. Vì vậy, khi quan sát thể Barr và sử dụng phương pháp huỳnh quang để phát hiện nhiễm sắc thể Y, người ta có thể biết được một cách gián tiếp phần bổ sung của nhiễm sắc thể giới tính của bệnh nhân.

• Nhiễm sắc thể Y

Nhiễm sắc thể Y có kích thước nhỏ gồm 60 triệu đôi base, trung tâm lệch về phía đỉnh và có một nhánh ngắn (yp) và một nhánh dài (yq). Nhiễm sắc thể Y được chia làm 2 vùng : vùng chất nhiễm sắc chủ yếu và vùng chất dị nhiễm sắc.

Vùng chất nhiễm sắc chủ yếu (euchromatic) bao gồm nhánh ngắn, vùng trung tâm và phần gần của nhánh dài. Khoảng 25% các đôi base ở vùng này tương đương với các đôi base của nhiễm sắc thể X, để hình thành từng đôi giữa X và Y lúc phân bào. Bản đồ của phần lớn các gen ở vùng này đã được phát hiện và sắp xếp. Ở đầu xa của nhánh ngắn là vùng autosom giả gồm 2,7 triệu đôi base và chứa các gen MIC 2, GM-CSF, PHOG-SHOX và gen mã hoá interleukin 3. Ngay sát vùng giả nhiễm sắc thể là gen quyết định giới tính (sex – determining gene, SRY) cùng các gen khác, đặc biệt gen mã hoá protein ribosôm (ribosomal protein gene, RPSHY) và gen ngón tay kẽm (zinc finger. ZFY).

Vùng chất dị nhiễm sắc (heterochromatic) chiếm phần còn lại của nhánh dài của nhiễm sắc thể Y, có ít hoạt tính về di truyền. Đầu xa của nhánh dài Y cũng có một vùng autosom giả nhiễm sắc thể, chứa gen mã hoá interleukin 9.

Trong các gen của nhiễm sắc thể Y, gen SRY chiếm một vị trí đặc biệt quan trọng trong biệt hoá giới tính.

• Gen quyết định giới tính vùng Y (sex determining region Y,SRY)

Trong những năm gần đây, người ta nghiên cứu để xác định gen nào trong nhiễm sắc thể Y là yếu tố quyết định tinh hoàn (testis determining factor). Các kháng nguyên H-Y hay yếu tố ngón tay kẽm (zinc finger Y,ZFY) đều không phải là yếu tố quyết định tinh hoàn. Hiện nay gen quyết định giới tính vùng Y (SRY) đã được xác định. Gen SRY nằm ở cách ranh giới vùng autosom giả, 5Kb. SRY mã hoá cho 1.1-Kb m RNA và được thể hiện ở tinh hoàn trưởng thành. Có nhiều bằng chứng cho thấy vai trò quyết định giới tính của SRY. Trên các bệnh nhân nam có 46,XX, người ta phát hiện 1 gen gần vùng autosome giả của nhiễm sắc thể Y bị chuyển dịch sang nhiễm sắc thể X. Gen SRY đã được cấy dòng. Trên thực nghiệm, gen SRY của chuột, tương đương với SRY của người, xuất hiện vào giữa ngày 10.5 và 12.5, trước khi tinh hoàn được biệt hoá ở chuột. Trên 15-20% bệnh nhân nữ có 46,XY, người ta phát hiện có đột biến hay khuyết tật tại SRY. Tuy nhiên thực nghiệm có tính thuyết phục nhất là khi cấy gen SRY trên thai chuột 46,XX thì kết quả là chuột 46,XX nhưng có tinh hoàn và có biệt hoá giới tính đực.

Gen SRY mã hóa cho mọt “protein gắn DNA” (DNA- binding protein) gồm một vùng 80 acid amin giống các protein thuộc nhóm “di động cao” (high mobility group protein, HMG), giúp cho việc sao chép của các gen tiếp theo để tác động lên các tế bào đích.

• Vai trò một sô gen khác gáy biệt hoá tinh hoàn

Ngoài SRY, còn có một số gen liên quan đến quá trình hình thành tinh hoàn, mà hiện nay chưa được rõ. Người ta đã khám phá gen WT-1 (Wilms tumor repressor gene) nằm Ở lip 13, gây ung thư thận ở trẻ em, đổng thời dị tật ở thận và tinh hoàn.

Gen SF-1 (steroidogenic factor – 1) mã hoá cho một thụ thể mổ côi của nhân liên quan đến tổng hợp hormon steroid ở nam và nữ, đồng thời điều hoà hormon chống Muller (AMH).

Trên bệnh nhàn biệt hoá nữ có loạn sản tuyến sinh dục, 46,XY và gen SRY nguyên vẹn, người ta phát hiện có gen nhân đôi ở nhiễm sắc thể X. Cụ thể ở vùng Xp21, trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể X, có một gen, có tên gọi là DAX-1, nằm lọt ở giữa hai locus DSS (dosage sensitive sex reversal) có vai trò quyết định giới tính và locus AHCH (adrenal hypoplasia congenita), gây teo tuyến thượng thận. Gen DAX-1 mã hoá một protein thuộc gia đình các thụ thể nhân mồ côi ở phần cuối c, trong khi phần cuối N tạo nên vùng gắn DNA nhờ hình thành các ngón tay kẽm. DAX-lcó thể được coi như một tác nhân sao chép có khả năng ức chế bằng các liên hệ với các protein khác, đặc biệt SF-1 (steroidogenic factor-1). AHCH (DAX-1) được coi như một gen kháng tinh hoàn kèm theo gây teo thượng thận.

Ở bệnh nhân 46,XY, loạn sản tuyến sinh dục và loạn sản xương (camptomelic dysplasia) do đột biến trên một allel của gen sox 9, liên quan tới gen SRY và nằm trên nhiễm sắc thể 17 (17q 24.3 – q 25.1). Loạn sản tuyến sinh dục cũng liên quan đến khuyết tật 9p – và lOq. Vì vậy, những gen kể trên ở autosome cũng có vai trò trong “dòng thác” biệt hoá tuyến sinh dục.

• Biệt hoá tinh hoàn và buồng trứng

Tuyến sinh dục ở phôi thai chưa biệt hoá trước 42 ngày đầu của thai kỳ vào lúc phôi thai dài 12mm. Ngay sau đó có khoảng 300- 1300 tế bào mầm nguyên thuỷ được gieo vào tuyến sinh dục chưa biệt hoá từ nguồn gốc ngoài tuyến sinh dục trong trung bì lưng của túi noãn hoàng. Đây là những tế bào tiền thân của noãn bào và tinh bào. Nếu thiếu các tế bào này buồng trứng sẽ không biệt hoá được, trong khi tinh hoàn vẫn có thể biệt hoá. Dưới ảnh hưởng của SRY và các gen mã hóa sự biệt hoá giới tính nam, tuyến sinh dục nguyên thuỷ biệt hoá thành tinh hoàn vào ngày 43-50 của thai kỳ. Vào khoảng 60 ngày, các tế bào Leydig xuất hiện và các cơ quan sinh dục ngoài nam giới được biệt hoá vào ngày 65-77 của thai kỳ. Sự biệt hoá tuyến sinh dục nguyên thuỷ thành buồng trứng diễn biến chậm hơn. Phải đợi đến ngày 77-84 của thai kỳ, khá lâu sau khi đã có sự biệt hoá tinh hoàn ở phôi nhi nam, thì một số lượng lớn tế bào mầm bắt đầu phân bào để biến đổi các noãn bào thành trứng non, đánh dấu sự biệt hoá của buồng trứng. Các nang nguyên thuỷ xuất hiện sau 90 ngày và được bao bọc bởi một lớp tế bào hạt dẹt và một màng đáy. Sau 6 tháng các trứng trưởng thành có nhiều lớp tế bào hạt bao quanh. Khác với tinh hoàn các buồng trứng phôi không bài tiết hormon.

• Biệt hoá các ống sinh dục

Vào tuần thứ 7 của phôi thai đã hình thành những bộ phận tiên khởi cho các ống sinh dục nam và nữ. Các ống Muller, nếu được tồn tại, sẽ tạo thành vòi trứng, thân và cổ tử cung và phần ba trên của âm đạo. Các ống Wolf có khả năng biệt hoá thành mào tinh hoàn, ống dẫn tinh, túi tinh và ống phóng tinh ở phôi thai nam. Khi tinh hoàn hoạt động, các ống Muller thoái hoá dưới tác dụng của hormon kháng Muller, do các tế bào Sertoli sản xuất. Hormon kháng Muller là một glycoprotein có tác dụng tại chỗ, làm teo ống Muller cùng bên. Testosteron được tinh hoàn sản xuất kích thích sự biệt hoá các ống Wolf. SF-1 là tác nhân kiểm soát sản xuất steroid (steroidogenic factor-1) tại các tế bào Leydig thông qua các gen mã hoá P450 scc và P450 C17.

Gen chi phối AMH mã hoá một protein gồm 560 acid amin với phần cuối carboxyl, tương ứng với tác nhân tăng trưởng chuyển hoá TGF bêta và chuỗi B của inhibin và activin. Gen nằm ở nhánh ngắn của nhiễm sắc thể 19. AMH được tổng hợp bởi các tế bào Sertoli trong bào thai và sau khi sinh cho đến 8-10 tuổi. AMH có thể được dùng như một chất đánh dấu sự có mặt của các tế bào Sertoli. SF-1 là một thụ thể nhân mồ côi, có vai trò điều hoà sự biểu hiện của gen AMH. Gen của thụ thể của AMH của người đã được cấy dòng và nằm ở nhiễm sắc thể 12, ql3. Thụ thể này giống các thụ thể khác týp II của gia đình TGF bêta (hình 9.7).

• Biệt hóa cơ quan sinh dục ngoài

Cho đến tuần thứ 8, cơ quan sinh dục ngoài của thai nhi cả hai giới đều giống nhau và có thể biệt hoá theo giống nam hay giống nữ. Biệt hoá giới tính nữ xuất hiện khi có sự hiện diện của một buồng trứng hay một dãi tuyến sinh dục hay khi không có tuyến sinh dục nào cả. Biệt hoá giới tính nam phụ thuộc vào testosteron và đặc biệt vào dihydrotestosteron, một chất chuyển hoá của testosteron. Ở thai nhi nam, testosteron được tổng hợp tại các tế bào Leydig, có thể một cách tự chủ lúc đầu và về sau dưới tác dụng của hormon rau thai hướng sinh dục (human chorionic gonadotropin, HCG), và sau cùng dưới sự kích thích của LH của tuyến yên của thai nhi. Sự nam tính hoá các cơ quan sinh dục ngoài và xoang niệu – sinh dục của thai nhi phụ thuộc vào tác dụng của dihydrotestosteron. Dihydrotestosteron và testosteronđược gắn vào một thụ thể protein của nhân tế bào đích. Phức hợp hormon steriod- thụ thể gắn với vùng DNA đặc hiệu, để sản xuất một protein mới thông qua sao chép của RNA. Gen mã hoá protein gắn androgen trong tế bào đã được phát hiện nằm ở gần trung tâm của nhánh dài nhiễm sắc thể X. Vì vậy, một gen gắn với nhiễm sắc thể X kiểm soát sự đáp ứng của tất cả các tế bào trong cơ thể đối với androgen bằng một protein đặc hiệu của thụ thể androgen.

Cũng như đối với các ống sinh dục, xu hướng tự nhiên của cơ quan sinh dục ngoài và xoang tiết niệu là phát triển theo dạng nữ. Vì vậy, cần phải có một sự kích thích của androgen sớm trong cơ thể thai nhi để có một sự biệt hoá theo nam tính. Vai trò của dihydrotestosteron và thụ thể đại diện của nó ở nhân rất cần thiết. Quá trình nam tính hoá cơ quan sinh dục ngoài bao gồm phát triển ụ sinh dục, hàn gắn các nếp niệu đạo, hạ thấp gồ mồi – bìu / để hình thành dương vật và bìu. Các androgen cũng ngăn cản sự hạ thấp của vách bàng quang – âm đạo và sự biệt hóa thành âm đạo. Sau đây là các nguyên nhân gây biệt hoá nam tính không hoàn toàn :

• Khuyết tật của thai nhi trong tổng hợp hay bài tiết testosteron hay thiếu sự chuyển hoá testosteron thành dihydro- testosteron.
• Khuyết tật của thụ thể
• Khuyết tật của hormon kháng Muller về tổng hợp hay tác dụng tại chỗ.

Các phôi thai nữ sẽ có biểu hiện nam tính ở cơ quan sinh dục ngoài, nếu chịu ảnh hưởng của một lượng lớn androgen nội sinh hay ngoại sinh, đặc biệt trước tuần thứ 12 của thai kỳ.

• Biệt hoá giới tính vê phương diện tâm lý

Nhiều nhà tâm lý học quan niệm rằng khái niệm về giới tính là do sự giáo dục của gia đình và xã hội. Nhưng Diamond, Sigmundson, Reiner (1997) lại nhận thấy rằng nhiễm sắc thể Y có tác dụng rất lớn về phương diện tâm lý. Tuy nhiên có những người có nhiễm sắc thể Y, nhưng có khuyết tật tại men 5 alpha- reductase hay có nhiễm sắc thể khảm 45, X/46,XY, thường có cơ quan sinh dục ngoài không phù hợp. Những người đó thường có xu hướng chuyển giới tính thành nam giới. Tác dụng của nhiễm sắc thể Y và các biến đổi về hình thể và cơ quan sinh dục lúc dậy thì chắc chắn có ảnh hưởng đến tâm sinh lý. Nhưng giáo dục và ảnh hưởng gia đình và xã hội có ấn tượng mạnh đến khái niệm giới tính về phương diện tâm lý.