Σεξουαλική διαφοροποίηση στους ανθρώπους

Η σεξουαλική διαφοροποίηση (διαφοροποίηση φύλου) στους ανθρώπους (Sexual differentiation in humans) είναι η διαδικασία της ανάπτυξης των διαφορών φύλου στους ανθρώπους. Καθορίζεται ως η ανάπτυξη των φαινοτυπικών δομών ως συνέπεια της δράσης των ορμονών που παράγονται ακολουθώντας τον γοναδικό καθορισμό. Η διαφοροποίηση φύλου περιλαμβάνει την ανάπτυξη διαφορετικών γεννητικών οργάνων και τους εσωτερικούς γενετικούς πόρους, τους μαστούς, τη σωματική τριχοφυΐα και παίζει ρόλο στην ταυτοποίηση του φύλου.

Η ανάπτυξη των διαφορών φύλου ξεκινά με το σύστημα φυλοκαθορισμού ΧΥ που εμφανίζεται στους ανθρώπους και σύνθετους μηχανισμούς που ευθύνονται για την ανάπτυξη των φαινοτυπικών διαφορών μεταξύ ανδρών και γυναικών από ένα αδιαφοροποίητο ζυγωτό. Οι γυναίκες έχουν δύο χρωμοσώματα Χ και οι άντρες έχουν ένα χρωμόσωμα Υ και ένα χρωμόσωμα X. Σε ένα πρώιμο στάδιο στην εμβρυϊκή ανάπτυξη και τα δύο φύλα έχουν ισοδύναμες εσωτερικές δομές. Αυτές είναι οι μεσονεφρικοί πόροι (mesonephric ducts) και οι  παραμεσονεφρικοί πόροι (paramesonephric ducts). Η παρουσία του γονιδίου SRY στο χρωμόσωμα Y προκαλεί την ανάπτυξη των όρχεων στους άντρες και η επακόλουθη απελευθέρωση ορμονών προκαλεί την υποχώρηση των παραμεσονεφρικών πόρων. Στις γυναίκες, υποχωρούν οι μεσονεφρικοί πόροι.

Απόκλιση της ανάπτυξης φύλου, γνωστή ως μεσοφυλικά άτομα, μπορεί να είναι αποτέλεσμα γενετικών και ορμονικών παραγόντων.

Φυλοκαθορισμός
Τα περισσότερα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, έχουν ένα σύστημα φυλοκαθορισμού ΧΥ: το χρωμόσωμα Υ φέρει παράγοντες που ευθύνονται για το έναυσμα της αντρικής ανάπτυξης. Το "προεπιλεγμένο φύλο," απουσία του χρωμοσώματος Y, είναι θηλυκοειδές. Αυτό συμβαίνει λόγω της απουσίας της περιοχής φυλοκαθορισμού του χρωμοσώματος Y, γνωστής ως γονίδιο SRY. Συνεπώς, τα αρσενικά θηλαστικά έχουν τυπικά ένα χρωμόσωμα X και ένα χρωμόσωμα Y (XY), ενώ τα θηλυκά θηλαστικά έχουν τυπικά δύο χρωμοσώματα Χ (XX). Στους ανθρώπους το βιολογικό φύλο καθορίζεται από πέντε παράγοντες που εμφανίζονται στη γέννηση: την παρουσία ή απουσία ενός χρωμοσώματος Y, τον τύπο των γονάδων (gonads), τις ορμόνες φύλου (sex hormones), τα εσωτερικά γεννητικά όργανα (όπως η μήτρα στις γυναίκες) και τα εξωτερικά γεννητικά όργανα.

Το χρωμοσωμικό φύλο καθορίζεται κατά τη γονιμοποίηση (fertilization)· ένα χρωμόσωμα από το σπερματικό κύτταρο, είτε το X είτε το Y, συγχωνεύεται με το χρωμόσωμα X στο ωάριο. Το γοναδικό φύλο (Gonadal sex) αναφέρεται στις γονάδες, δηλαδή στους όρχεις ή τις ωοθήκες, ανάλογα με την έκφραση των γονιδίων. Το φαινοτυπικό φύλοαναφέρεται στις δομές των εξωτερικών και των εσωτερικών γεννητικών οργάνων. 

Ένα ανθρώπινο έμβρυο δεν αναπτύσσει τα εξωτερικά φυλετικά του όργανα μέχρι την έβδομη εβδομάδα μετά τη γονιμοποίηση. Το έμβρυο φαίνεται να είναι φυλετικά αδιάφορο, χωρίς να μοιάζει ούτε σε αγόρι ούτε σε κορίτσι. Στις επόμενες πέντε εβδομάδες, το έμβρυο αρχίζει να παράγει ορμόνες που προκαλούν την ανάπτυξη είτε αρσενικών είτε θηλυκών φυλετικών οργάνων. Αυτή η διαδικασία λέγεται διαφοροποίηση φύλου. Ο πρόδρομος των εσωτερικών θηλυκών φυλετικών οργάνων ονομάζεται ως μυλλεριανό σύστημα (Müllerian system).

Αναπαραγωγικό σύστημα

Την έβδομη εβδομάδα, ένα έμβρυο έχει γεννητικό φύμα (genital tubercle), ουρογεννητική αύλακα (urogenital groove) και κόλπο (sinus), καθώς και οσχεοχειλικές πτυχές (labioscrotal folds). Στις γυναίκες, χωρίς περίσσεια ανδρογόνων, αυτά γίνονται η κλειτορίδα, η ουρήθρα, ο κόλπος (ανατομία) και τα χείλη του αιδοίου.

Η διαφοροποίηση μεταξύ των φύλλων ως προς τα φυλετικά όργανα συμβαίνει κατά τη διάρκεια της εμβρυολογικής, της εμβρυικής, και της μεταγενέστερης ζωής. Αυτό περιλαμβάνει την εσωτερική και εξωτερική γεννητική διαφοροποίηση. Και στα αγόρια και στα κορίτσια, τα φυλετικά όργανα αποτελούνται από τρεις δομές: τις γονάδες, τα εσωτερικά και τα εξωτερικά γεννητικά όργανα.  Στα αγόρια, οι γονάδες είναι οι όρχεις και στα κορίτσια οι ωοθήκες. Αυτά είναι τα όργανα που παράγουν γαμέτες (ωάρια και σπέρμα), τα αναπαραγωγικά κύτταρα που ενδεχομένως θα συναντηθούν για να σχηματίσουν το γονιμοποιημένο ωάριο (ζυγωτό).

Τα εσωτερικά γεννητικά όργανα είναι όλοι οι βοηθητικοί αδένες και οι πόροι που συνδέουν τις γονάδες με το εξωτερικό περιβάλλον. Τα εξωτερικά γεννητικά όργανα αποτελούνται από όλες τις εξωτερικές αναπαραγωγικές δομές. Το φύλο του εμβρύου δεν μπορεί να προσδιοριστεί αρχικά επειδή οι αναπαραγωγικές δομές δεν διαφοροποιούνται μέχρι την έβδομη εβδομάδα. Πριν από αυτήν, το έμβρυο θεωρείται ως διδύναμο, επειδή δεν μπορεί να ταυτοποιηθεί ως αγόρι ή κορίτσι.

Εσωτερική γεννητική διαφοροποίηση
Τα εσωτερικά γεννητικά όργανα αποτελούνται από δύο βοηθητικούς πόρους: τους μεσονεφρικούς πόρους (mesonephric ducts) (αγόρια) και παραμεσονεφρικούς πόρους (paramesonephric ducts) (κορίτσια). Το μεσονεφρικό σύστημα είναι ο πρόδρομος στα αρσενικά γεννητικά όργανα και το παραμεσονεφρικό για το θηλυκό αναπαραγωγικό σύστημα. Καθώς προχωρά η ανάπτυξη, ένα από τα ζεύγη των πόρων αναπτύσσεται, ενώ το άλλο υποχωρεί. Αυτό εξαρτάται από την παρουσία ή την απουσία της φυλοκαθοριστικής περιοχής του χρωμοσώματος Y, γνωστής και ως γονίδιο SRY. Παρουσία ενός λειτουργικού γονιδίου SRY, οι διδύναμες γονάδες αναπτύσσονται σε όρχεις. Οι γονάδες είναι ιστολογικά διακριτές μεταξύ της 6–8 εβδομάδας της κύησης.

Η επακόλουθη ανάπτυξη του ενός συνόλου και η εκφύλιση του άλλου εξαρτάται από την παρουσία ή την απουσία των δύο ορχικών ορμονών: τεστοστερόνη και αντιμυλλέριο ορμόνη (anti-müllerian hormone (AMH). Η διαταραχή της τυπικής ανάπτυξης μπορεί να καταλήξει στην ανάπτυξη και των δύο, ή κανενός συστήματος πόρων, που μπορεί να παραγάγει μορφολογικά μεσοφυλικά άτομα.

Αγόρια: Το γονίδιο SRY όταν μεταγραφεί και επεξεργαστεί παράγει την πρωτεΐνη SRY που ενώνεται στο DNA και κατευθύνει την ανάπτυξη της γονάδας σε όρχεις. Η ανάπτυξη του αγοριού μπορεί να συμβεί μόνο όταν ο εμβρυικός όρχις εκκρίνει τις βασικές ορμόνες σε μια κρίσιμη περίοδο της πρώιμης εγκυμοσύνης. Οι εμβρυικοί όρχεις εκκρίνουν βασικές ορμόνες. Οι όρχεις αρχίζουν να εκκρίνουν τρεις ορμόνες που επηρεάζουν τα ανδρικά εσωτερικά και εξωτερικά γεννητικά όργανα: εκκρίνουν αντιμυλλέριο ορμόνη (AMH), τεστοστερόνη και διϋδροτεστοστερόνη (dihydrotestosterone) (DHT). Η αντιμυλλέριος ορμόνη προκαλεί την υποχώρηση των παραμεσονεφρικών πόρων. Η τεστοστερόνη μετατρέπει τους μεσονεφρικούς πόρους σε ανδρικές βοηθητικές δομές, συμπεριλαμβανομένων της επιδιδυμίδας (epididymis), του σπερματικού πόρου (vas deferens) και της σπερματοδόχου κύστης. Η τεστοστερόνη θα ελέγχει επίσης την κάθοδο των όρχεων από την κοιλιά στο όσχεο. Πολλά άλλα γονίδια που βρίσκονται σε άλλα αυτοσώματα, συμπεριλαμβανομένων των WT-1, SOX9, SF-1 παίζουν επίσης ρόλο στη γοναδική ανάπτυξη.

Κορίτσια: Χωρίς τεστοστερόνη και AMH, οι μεσονεφρικοί πόροι εκφυλίζονται και εξαφανίζονται. Οι παραμεσονεφρικοί πόροι αναπτύσσονται σε μήτρα, σάλπιγγες και άνω κόλπο. Παραμένουν ακόμα πλατιές ελλείψεις πληροφοριών για τους γενετικούς ελέγχους της γυναικείας ανάπτυξης και πολλά παραμένουν άγνωστα για τη γυναικεία εμβρυονική ανάπτυξη.

Εξωτερική γεννητική διαφοροποίηση

Τα αγόρια διαφοροποιούνται εξωτερικά μεταξύ 8ης και 12ης εβδομάδας, καθώς τα ανδρογόνα μεγαλώνουν τον φαλλό και προκαλούν τη συγχώνευση της ουρογεννητικής αύλακας και του κόλπου στη μέση, παράγοντας ένα σαφή πέος με φαλλική ουρήθρα και ένα αραιωμένο, ρυτιδωμένο όσχεο. 
Η διυδροτεστοστερόνη θα διαφοροποιήσει τα υπόλοιπα αρσενικά χαρακτηριστικά των εξωτερικών γεννητικών οργάνων.

Μια οποιαδήποτε ποσότητα οποιουδήποτε ανδρογόνου μπορεί να προκαλέσει εξωτερική αρρενοποίηση. Το πιο ισχυρό είναι η διυδροτεστοστερόνη (DHT), που δημιουργείται από την τεστοστερόνη στο δέρμα και στον γεννητικό ιστό από τη δράση της 5α-αναγωγάσης. Ένα αρσενικό έμβρυο μπορεί να αρρενοποιηθεί ατελώς εάν αυτό το ένζυμο είναι ανεπαρκές. Σε μερικές ασθένειες και καταστάσεις, άλλα ανδρογόνα μπορεί να υπάρχουν σε αρκετά υψηλές συγκεντρώσεις για να προκαλέσουν μερικώς ή (σπάνια) πλήρη αρρενοποίηση των εξωτερικών γεννητικών οργάνων ενός γενετικά κοριτσιστικού εμβρύου. Οι όρχεις ξεκινούν να εκκρίνουν τρεις ορμόνες που επηρεάζουν τα αρσενικά εσωτερικά και εξωτερικά γεννητικά όργανα. Εκκρίνουν αντιμυλλέριο ορμόνη, τεστοστερόνη και διυδροτεστοστερόνη. Η αντιμυλλέριος ορμόνη (AMH) προκαλεί την υποχώρηση των παραμεσονεφρικών πόρων. Η τεστοστερόνη, που εκκρίνεται μετατρέπει τους μεσονεφρικούς πόρους σε αρσενικές βοηθητικές δομές, όπως επιδιδυμίδα, σπερματικό πόρο και σπερματοδόχο κύστη. Η τεστοστερόνη θα ελέγξει επίσης την κάθοδο των όρχεων από την κοιλιά στο όσχεο. Η διυδροτεστοστερόνη (DHT) Θα διαφοροποιήσει τα υπόλοιπα αρσενικά χαρακτηριστικά των εξωτερικών γεννητικών οργάνων.

Παραπέρα διαφοροποίηση φύλου των εξωτερικών γεννητικών οργάνων συμβαίνει στην εφηβεία (puberty), όταν τα επίπεδα των ανδρογόνων διαφοροποιούνται. Τα αρσενικά επίπεδα της τεστοστερόνης επάγουν άμεσα ανάπτυξη του πέους και έμμεσα (μέσω της DHT) του προστάτη.

Ο Άλφρεντ Τζοστ (Alfred Jost) παρατήρησε ότι ενώ η τεστοστερόνη απαιτείται για την ανάπτυξη του μεσονεφρικού πόρου, η υποχώρηση του παραμεσονεφρικού πόρου οφειλόταν σε άλλη ουσία. Αυτή αργότερα βρέθηκε να είναι η παραμεσονεφρική ανασταλτική ουσία (paramesonephric inhibiting substance (MIS)), μια διμερής γλυκοπρωτεΐνη 140 kD που παράγεται από τα κύτταρα Σερτόλι (sertoli cells). Η MIS μπλοκάρει την ανάπτυξη των παραμεσονεφρικών πόρων, προωθώντας την υποχώρηση τους.

Δευτερεύοντα φυλετικά χαρακτηριστικά

Στήθος
Ορατή διαφοροποίηση συμβαίνει στην εφηβεία, όταν η οιστραδιόλη και άλλες ορμόνες προκαλούν την ανάπτυξη του μαστού στις τυπικές γυναίκες.

Διαφοροποίηση ψυχολογίας και συμπεριφοράς

Οι ενήλικες άνθρωποι και τα παιδιά εμφανίζουν πολλές φυλετικές διαφορές ως προς την ψυχολογία και τη συμπεριφορά. Κάποιες διαφορές (π.χ. η  ενδυμασία) μαθαίνονται και είναι προφανώς πολιτιστικές. Άλλες διαφορές είναι ευαπόδεικτες μέσω των πολιτισμών και έχουν και βιολογικές και διδαγμένες παραμέτρους. Παραδείγματος χάρη, κάποιες μελέτες ισχυρίζονται ότι τα κορίτσια είναι, κατά μέσο όρο, πιο ικανές στην ομιλία από ότι τα αγόρια, αλλά τα αγόρια είναι, κατά μέσο όρο, καλύτερα στον χωρικό υπολογισμό. Κάποιοι έχουν παρατηρήσει ότι αυτό μπορεί να οφείλεται σε δύο διαφορετικά μοτίβα στη γονική επικοινωνία με τα παιδιά, σημειώνοντας ότι οι γονείς είναι πιο πιθανό να μιλούν με τα κορίτσια και να συμμετέχουν σε σωματικά παιχνίδια με τα αγόρια. Επειδή οι άνθρωποι δεν μπορούν να εξερευνήσουν τις ορμονικές επιρροές στην ανθρώπινη συμπεριφορά πειραματικά, οι σχετικές συνεισφορές των βιολογικών παραγόντων και της εκμάθησης στις διαφορές των φύλων ως προς την ανθρώπινη συμπεριφορά και ψυχολογία είναι αντικρουόμενες (και έντονα αμφισβητούμενες).

Οι τρέχουσες θεωρίες στους μηχανισμούς της φυλετικής διαφοροποίησης των εγκεφάλων στους ανθρώπους βασίζονται κυρίως σε τρεις πηγές αποδείξεων: στη ζωική έρευνα που περιλαμβάνει την επεξεργασία των ορμονών στην πρώιμη ζωή, στην παρατήρηση αποτελεσμάτων μικρών αριθμών ατόμων με μεσοφυλικές συνθήκες ή με περιπτώσεις πρώιμου επαναπροσδιορισμού φύλου και σε στατιστικές κατανομές γνωρισμάτων σε πληθυσμούς (π.χ., ρυθμούς ομοφυλοφιλίας σε δίδυμα). Αρκετές από αυτές τις περιπτώσεις προτείνουν κάποια γενετικά ή ορμονικά αποτελέσματα στη φυλετική διαφοροποίηση της συμπεριφοράς και στα νοητικά γνωρίσματα. Αυτό έχει αμφισβητηθεί ως φτωχή ερμηνεία της επιστημονικής μεθοδολογίας.

Μεσοφυλικές καταστάσεις

Οι παρακάτω είναι μερικές από τις ποικιλομορφίες που σχετίζονται με διαδικασία άτυπου καθορισμού και διαφοροποίησης:
Ένας ζυγώτης με μόνο ένα χρωμόσωμα Χ (XO) καταλήγει στο σύνδρομο Τέρνερ και θα αναπτυχθεί με θηλυκά χαρακτηριστικά.
Συγγενής υπερπλασία των επινεφριδίων (Congenital adrenal hyperplasia) - Ανικανότητα των επινεφριδίων να παραγάγουν επαρκή κορτιζόλη, που οδηγεί σε αυξημένη παραγωγή τεστοστερόνης με αποτέλεσμα σημαντική αρρενοποίηση των γυναικών. Αν και η κατάσταση συμβαίνει και σε XY άνδρες, δεν ταξινομείται ως μεσοφυλική για αυτούς, επειδή υποφέρουν από τις επιπτώσεις της χαμηλής κορτιζόλης και εξασθένισης των αλάτων και όχι από αρρενοποίηση.
Σύνδρομο επιμένοντος παραμεσονεφρικού (μυλλεριανού) πόρου (Persistent müllerian duct syndrome) - Ένας σπάνιος τύπος ψευδοερμαφροδιτισμού (pseudohermaphroditism) που συμβαίνει σε άνδρες με 46 XY χρωμοσώματα, προκλήθηκε είτε από μετάλλαξη στο γονίδιο της μυλλεριανής αναχαιτίζουσας ουσίας (Müllerian inhibiting substance (MIS)), στο 19p13, ή στον υποδοχέα του τύπου  II, 12q13. Καταλήγει σε διατήρηση των μυλλεριανών πόρων (επιμονή υπολειμματικών ωαγωγών και μήτρας σε αλλιώς κανονικά αρρενοποιημένους άνδρες), μονόπλευρους ή αμφίπλευρους μη κατεβασμένους όρχεις και προκαλεί μερικές φορές στειρότητα.
XY διαφορές της φυλετικής ανάπτυξης - Άτυπη παραγωγή ανδρογόνων ή ανεπαρκής απόκριση ανδρογόνων, που μπορεί να προκαλέσει ατελή αρρενοποίηση σε άνδρες XY. Ποικίλλει από ήπια αποτυχία αρρενοποίησης με μη κατεβασμένους όρχεις μέχρι πλήρη αντιστροφή φύλου και γυναικείο φαινότυπο (σύνδρομο μη ευαισθησίας σε ανδρογόνα (Androgen insensitivity syndrome))
ΧΥ γοναδική δυσγενεσία ή σύνδρομο Swyer (Swyer syndrome). Μια μορφή πλήρους γοναδικής δυσγενεσίας, που οφείλεται συνήθως σε μεταλλάξεις στο πρώτο βήμα του φυλοκαθορισμού των γονιδίων SRY.
 Η ανεπάρκεια 5-α-αναγωγάσης (5-alpha-reductase deficiency) καταλήγει σε άτυπη ανάπτυξη που χαρακτηρίζεται από γυναικείο φαινότυπο ή υποαρρενοποιημένο ανδρικό φαινότυπο με ανάπτυξη της επιδιδυμίδας, του σπερματικού πόρου, της σπερματοδόχου κύστης και του εκσπερματικού πόρου (ejaculatory duct), αλλά επίσης ενός ψευδοκόλπου (pseudovagina). Αυτό συμβαίνει επειδή η τεστοστερόνη μετατρέπεται στη πιο δραστική διυδροτεστοστερόνη (DHT) από την 5-α-αναγωγάση. Η DHT είναι απαραίτητη στην εφαρμογή ανδρογονικών αποτελεσμάτων πιο μακριά από τη θέση της παραγωγής τεστοστερόνης, όπου οι συγκεντρώσεις της τεστοστερόνης είναι πολύ χαμηλές για να έχουν οποιαδήποτε αποτελεσματικότητα.

Χρονολόγιο

Παραπέρα μελέτη
Josso, Nathalie. (May 10, 2008). Sex Determination. Differences of Sex Determination. June 26, 2012.

Rodolfo Rey. (November 10, 2009). Externalgenitalia. Endotext. June 26, 2012.

 Minireview: Sex Differentiation.

Παραπομπές

Πηγές

Ανθρώπινη αναπαραγωγή
Φυσιολογία ανθρώπου
Βιολογία του φύλου