Χρωμόσωμα Υ

Το χρωμόσωμα Υ είναι ένα από τα δύο φυλετικά χρωμοσώματα (αλλοσώματα (allosomes)) στα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων και πολλών άλλων ζώων. Το άλλο είναι το X χρωμόσωμα. Το Υ είναι το χρωμόσωμα που καθορίζει το φύλο σε πολλά είδη, επειδή είναι η παρουσία ή η απουσία του Υ που καθορίζει το αρσενικό ή θηλυκό φύλο του απογόνου (offspring) που παράγεται στη σεξουαλική αναπαραγωγή. Στα θηλαστικά, το χρωμόσωμα Υ περιέχει το γονίδιο SRY, που προκαλεί την ανάπτυξη των όρχεων. Το DNA στο ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ αποτελείται από περίπου 59 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων. Το χρωμόσωμα Υ περνάει μόνο από τον πατέρα στον γιο. Με μια διαφορά 30% μεταξύ ανθρώπων και χιμπατζήδων, το χρωμόσωμα Υ είναι ένα από τα πιο γρήγορα αναπτυσσόμενα τμήματα του ανθρώπινου γονιδιώματος (human genome). Έως τώρα, έχουν ταυτοποιηθεί πάνω από 200 γονίδια που συνδέονται με το Υ. Όλα τα γονίδια που συνδέονται με το Υ εκφράζονται ημίζυγα (hemizygous - εμφανίζονται σε μόνο ένα χρωμόσωμα) (εκτός από τα διπλά γονίδια) με εξαίρεση τις περιπτώσεις ανευπλοειδίας όπως στο σύνδρομο Γιάκομπς ή στο σύνδρομο ΧΧΥΥ.

 Επισκόπηση 

Ανακάλυψη
Το χρωμόσωμα Υ ταυτοποιήθηκε ως φυλοκαθοριστικό χρωμόσωμα από τη Νέτι Στίβενς στο Bryn Mawr College (Κολέγιο του Μπριν Μαρ) το 1905 κατά τη διάρκεια μιας μελέτης του σκώληκα του αλεύρου Tenebrio molitor. Ο Έντμουντ Μπίτσερ Ουίλσον (Edmund Beecher Wilson) ανακάλυψε ανεξάρτητα τους ίδιους μηχανισμούς τον ίδιο χρόνο. Η Stevens πρότεινε ότι τα χρωμοσώματα ήταν πάντα σε ζεύγη και ότι το χρωμόσωμα Υ ήταν το ζευγάρι του χρωμοσώματος Χ που ανακαλύφθηκε το 1890 από τον Χέρμαν Χένγκιν (Hermann Henking). Κατάλαβε ότι η προηγούμενη ιδέα του Κλάρενς Έργουιν Μακλουνγκ (Clarence Erwin McClung), ότι το χρωμόσωμα Χ καθορίζει το φύλο, ήταν εσφαλμένη και ότι το sex determination, στην πραγματικότητα, οφείλεται στην παρουσία ή την απουσία του χρωμοσώματος Υ. Η Stevens ονόμασε το χρωμόσωμα "Υ" απλώς για να ακολουθήσει το "Χ" του Henking αλφαβητικά.David Bainbridge, The X in Sex: How the X Chromosome Controls Our Lives, pages 3-5, 13, Harvard University Press, 2003 .James Schwartz, In Pursuit of the Gene: From Darwin to DNA, pages 170-172, Harvard University Press, 2009 

Η ιδέα ότι το χρωμόσωμα Υ ονομάστηκε λόγω της ομοιότητας του στην εμφάνιση με το γράμμα "Υ" είναι εσφαλμένη. Όλα τα χρωμοσώματα εμφανίζονται κανονικά ως άμορφη μάζα στο μικροσκόπιο και σε καλά καθορισμένο σχήμα κατά τη διάρκεια της μίτωσης. Αυτό το σχήμα είναι αμυδρά σχήματος Χ για όλα τα χρωμοσώματα. Είναι ολότελα τυχαίο ότι το χρωμόσωμα Υ, κατά τη μίτωση, έχει δύο πολύ κοντούς κλάδους που μπορούν να φαίνονται αναμειγμένοι στο μικροσκόπιο και εμφανίζονται ως παράγωγο ενός σχήματος Υ.Bainbridge, pages 65-66

Παραλλαγές
Τα περισσότερα θηρία (therian) από τα  θηλαστικά έχουν ένα μόνο ζεύγος φυλετικών χρωμοσωμάτων σε κάθε κύτταρο. Τα αρσενικά έχουν ένα χρωμόσωμα Υ και ένα X χρωμόσωμα, ενώ τα θηλυκά έχουν δύο χρωμοσώματα Χ. Στα θηλαστικά, το χρωμόσωμα Υ έχει ένα γονίδιο, το SRY, που προκαλεί την εμβρυονική ανάπτυξη ως αρσενικού. Το χρωμόσωμα Υ των ανθρώπων και άλλων θηλαστικών περιέχει επίσης άλλα απαραίτητα γονίδια για κανονική παραγωγή σπέρματος.

Υπάρχουν, όμως, εξαιρέσεις. Μεταξύ των ανθρώπων, μερικοί άντρες έχουν δύο χρωμοσώματα Χ και ένα Υ ("ΧΧΥ", δείτε το σύνδρομο Κλαϊνεφέλτερ), ή ένα X και δύο Y (δείτε σύνδρομο Γιάκομπς) και κάποιες γυναίκες έχουν τρία Χ (σύνδρομο του τριπλού Χ) ή μόνο ένα Χ αντί για δύο Χ ("X0", δείτε σύνδρομο Τέρνερ). Υπάρχουν άλλες εξαιρέσεις στις οποίες το γονίδιο SRY έχει βλάβη (οδηγώντας στο σύνδρομο Swyer (θηλυκό XY), ή έχει αντιγραφεί στο Χ (οδηγώντας σε αρσενικό ΧΧ).

 Προέλευση και εξέλιξη 

Πριν το χρωμόσωμα Υ
Πολλά εξώθερμα (ectothermic) σπονδυλωτά δεν έχουν φυλετικά χρωμοσώματα. Εάν έχουν διαφορετικά φύλα, το φύλο καθορίζεται περιβαλλοντικά παρά γενετικά. Για κάποια από αυτά, ιδιαίτερα τα ερπετά, το φύλο εξαρτάται από τη θερμοκρασία επώασης· άλλα είναι ερμαφρόδιτα (που σημαίνει ότι το ίδιο άτομο έχει και αρσενικούς και θηλυκούς γαμέτες).

Καταγωγή
Τα χρωμοσώματα Χ και Υ θεωρείται ότι έχουν εξελιχτεί από ένα ζεύγος ταυτόσημων χρωμοσωμάτων,που ονομάζονται αυτόσωμα, όταν ένα προγονικό ζώο είχε αναπτύξει μια αλληλόμορφη παραλλαγή, μια αποκαλούμενη "θέση φύλου (sex locus)" – η απλή κατοχή αυτού του αλληλόμορφου έκανε τον οργανισμό αρσενικό. Το χρωμόσωμα με αυτό το αλληλόμορφο έγινε το χρωμόσωμα Υ, ενώ το άλλο μέλος του ζεύγους έγινε το χρωμόσωμα Χ. Σταδιακά, τα γονίδια που ήταν ευνοϊκά για τα αρσενικά και επιζήμια ή χωρίς επίπτωση στα θηλυκά είτε αναπτύχθηκαν στο χρωμόσωμα Υ, είτε αποκτήθηκαν μέσω της διαδικασίας της χρωμοσωμικής μετατόπισης (chromosomal translocation).

Μέχρι πρόσφατα, πιστευόταν ότι τα χρωμοσώματα Χ και Υ απέκλιναν γύρω στα 300 εκατομμύρια χρόνια πριν. Όμως, μια έρευνα που δημοσιεύτηκε το 2010, και ιδιαίτερα μια άλλη έρευνα που δημοσιεύτηκε το 2008 που τεκμηρίωνε την αλληλουχία του γονιδιώματος του πλατύποδα,  έχει προτείνει ότι το σύστημα φυλοκαθορισμού ΧΥ δεν θα πρέπει να είναι παρόν πάνω από 166 εκατομμύρια χρόνια πριν, στον διαχωρισμό των μονοτρημάτων από τα άλλα θηλαστικά. Αυτή η επανεκτίμηση της ηλικίας του συστήματος ΧΥ των θηρίων βασίζεται στην εύρεση ότι οι αλληλουχίες που υπάρχουν στα Χ χρωμοσώματα των μαρσιποφόρων και των θηλαστικών των ευθηρίων υπάρχουν στα αυτοσώματα του πλατύποδα και των πουλιών. Η παλιότερη εκτίμηση βασίστηκε στις λανθασμένες αναφορές ότι τα χρωμοσώματα Χ του πλατύποδα είχαν αυτές τις αλληλουχίες.

Παρεμπόδιση ανασυνδυασμού
Ο ανασυνδυασμός μεταξύ των χρωμοσωμάτων Χ και Υ αποδείχθηκε επιζήμιος—κατέληξε σε αρσενικά χωρίς τα απαραίτητα γονίδια που βρισκόντουσαν πριν στο χρωμόσωμα Υ και σε θηλυκά με περιττά ή ακόμα και επιβλαβή γονίδια που πριν βρισκόντουσαν μόνο στο χρωμόσωμα Υ. Ως αποτέλεσμα, γονίδια ωφέλιμα σε αρσενικά συσσωρεύτηκαν κοντά σε φυλοκαθοριστικά γονίδια και ο ανασυνδυασμός αυτής της περιοχής απενεργοποιήθηκε για να διατηρηθεί αυτή η ειδική περιοχή αρσενικού. Σταδιακά, το χρωμόσωμα Υ άλλαξε κατά τέτοιο τρόπο ώστε να παρεμποδίζει τις περιοχές γύρω από τα γονίδια φυλοκαθορισμού από ανασυνδυασμό οποιουδήποτε γονιδίου με το χρωμόσωμα Χ. Ως αποτέλεσμα αυτής της διεργασίας, το 95% του ανθρώπινου χρωμοσώματος Υ δεν μπορεί να ανασυνδυαστεί. Μόνο τα άκρα των χρωμοσωμάτων Χ και Υ ανασυνδυάζονται. Τα άκρα του χρωμοσώματος Υ που μπορούν να ανασυνδυαστούν με το χρωμόσωμα Χ αναφέρονται ως ψευδοαυτοσωμική περιοχή (pseudoautosomal region).  Το υπόλοιπο του χρωμοσώματος Υ περνάει στην επόμενη γενιά ανέπαφο, επιτρέποντας την παρακολούθηση της ανθρώπινης εξέλιξης.

Εκφύλιση
Κατά μία εκτίμηση, το ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ έχει χάσει 1.393 από τα αρχικά του 1.438 γονίδια στη διάρκεια της ύπαρξης του και η γραμμική επέκταση αυτού δίνει απώλεια 1.393 γονιδίων σε 300 εκατομμύρια χρόνια που δίνει ρυθμό γεννητικής απώλειας 4,6 γονιδίων ανά ένα εκατομμύριο έτη. Συνεχιζόμενη απώλεια γονιδίων με ρυθμό 4,6 γονίδια ανά ένα εκατομμύριο έτη θα κατέληγε σε χρωμόσωμα Υ χωρίς λειτουργικά γονίδια – δηλαδή το χρωμόσωμα Υ θα έχανε πλήρως τη λειτουργία του – μέσα στα επόμενα 10 εκατομμύρια χρόνια, ή το μισό αυτού του χρόνου με εκτιμώμενη ηλικία 160 εκατομμυρίων ετών. Συγκριτική γονιδιωματική ανάλυση αποκαλύπτει ότι πολλά θηλαστικά είδη παρουσιάζουν παρόμοια απώλεια λειτουργίας στα ετερόζυγα τους φυλετικά χρωμοσώματα. Η εκφύλιση μπορεί να είναι απλά η μοίρα όλων των μη ανασυνδυαζόμενων φυλετικών χρωμοσωμάτων, λόγω των τριών κοινών εξελικτικών δυνάμεων: υψηλός ρυθμός μεταλλάξεων, ανεπαρκής επιλογή και γενετική παρέκκλιση.

Όμως, συγκρίσεις των Υ χρωμοσωμάτων του ανθρώπου και του χιμπαντζή (που πρωτοδημοσιεύτηκαν το 2005) δείχνουν ότι το ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ δεν έχει χάσει γονίδια από την χωρισμό των ανθρώπων και των χιμπαντζήδων πριν από περίπου 6–7 εκατομμύρια έτη, και σε μια επιστημονική αναφορά του 2012 δηλώνεται ότι έχει χαθεί μόνο ένα γονίδιο από τον διαχωρισμό των ανθρώπων από τον μακάκο μουλάττο πριν από 25 εκατομμύρια έτη. Αυτά τα γεγονότα δίνουν σαφή ένδειξη ότι το γραμμικό πρότυπο προεκβολής είναι ατελές και προτείνουν ότι το τρέχον ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ δεν συρρικνώνεται πια, ή συρρικνώνεται με πολύ πιο αργό ρυθμό από 4,6 γονίδια ανά εκατομμύριο έτη από ότι προβλέπει το γραμμικό πρότυπο προεκβολής.

Υψηλός ρυθμός μεταλλάξεων
Το ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ είναι ιδιαίτερα εκτεθειμένο σε υψηλούς ρυθμούς μεταλλάξεων λόγω του περιβάλλοντος στο οποίο βρίσκεται. Το χρωμόσωμα Υ περνάει αποκλειστικά μέσω του σπέρματος, που υφίσταται πολλαπλές κυτταρικές διαιρέσεις κατά τη γαμετογένεση. Κάθε κυτταρική διαίρεση δίνει παραπέρα ευκαιρίες συσσώρευσης μεταλλάξεων των ζευγών των βάσεων. Επιπλέον, το σπέρμα αποθηκεύεται στο πολύ οξειδωτικό περιβάλλον των όρχεων, που ενθαρρύνει παραπέρα μεταλλάξεις. Αυτές οι δυο συνθήκες συνδυασμένες βάζουν το χρωμόσωμα Υ σε μεγαλύτερο κίνδυνο μετάλλαξης από το υπόλοιπο γονιδίωμα.

Η παρατήρηση ότι το χρωμόσωμα Υ υφίσταται μικρό μειωτικό ανασυνδυασμό και έχει επιταχυνόμενο ρυθμό μεταλλάξεων καθώς και εκφυλιστική αλλαγή συγκριτικά με το υπόλοιπο γονιδίωμα προτείνει μια επαναστατική εξήγηση για την προσαρμοστική λειτουργία της μείωσης στις γενετικές πληροφορίες του ανθρωπίνου σώματος. Ο Brandeis πρότεινε ότι η βασική λειτουργία της μείωσης (ιδιαίτερα του μειωτικού ανασυνδυασμού) είναι η διατήρηση της ακεραιότητας του γονιδιώματος, μια πρόταση που συμφωνεί με την ιδέα ότι η μείωση είναι μια προσαρμογή για την επιδιόρθωση βλαβών του DNA.

Ανεπαρκής επιλογή
Χωρίς την ικανότητα ανασυνδυασμού κατά τη μείωση, το χρωμόσωμα Υ δεν μπορεί να εκθέσει τα ατομικά αλληλόμορφα γονίδια στη φυσική επιλογή. Επιβλαβή αλληλόμορφα επιτρέπεται να "κάνουν οτοστόπ" με ωφέλιμα γειτονικά, διαδίδοντας έτσι τα κακοπροσαρμοσμένα αλληλόμορφα στην επόμενη γενιά. Αντίθετα, ευνοϊκά αλληλόμορφα μπορεί να μην επιλεγούν εάν είναι περικυκλωμένα από επιβλαβή αλληλόμορφα (επιλογή παρασκηνίου (background selection)). Λόγω αυτής της ανικανότητάς του να τακτοποιήσει το γονιδιακό του περιεχόμενο, το χρωμόσωμα Υ είναι ιδιαίτερα επιρρεπές στη συσσώρευση "άχρηστου" DNA. Μαζικές συσσωρεύσεις των ρετρομεταθετών στοιχείων διασκορπίζονται μέσω του Υ. Η τυχαία εισαγωγή τμημάτων DNA διαταράσσει συχνά τις κωδικοποιημένες γονιδιακές αλληλουχίες και τις καθιστά μη λειτουργικές. Όμως, το χρωμόσωμα Υ δεν έχει κανένα τρόπο να απομακρύνει αυτά τα αυτά τα "μεταθετά γονίδια (jumping genes)". Χωρίς την ικανότητα απομόνωσης αλληλομόρφων, η επιλογή δεν μπορεί να δράσει αποτελεσματικά πάνω τους.

Μια καθαρή, ποσοτική ένδειξη αυτής της ανεπάρκειας είναι ο ρυθμός εντροπίας (entropy rate) του χρωμοσώματος Υ. Ενώ όλα τα άλλα χρωμοσώματα στο ανθρώπινο γονιδίωμα έχουν ρυθμούς εντροπίας 1,5–1,9 δυαδικά ψηφία ανά νουκλεοτίδιο (συγκριτικά με το θεωρητικό μέγιστο του ακριβώς 2 για καθόλου πλεόνασμα), ο ρυθμός εντροπίας του χρωμοσώματος Υ είναι μόνο 0,84. Fig. 6, using the Lempel-Ziv estimators of entropy rate. Αυτό σημαίνει ότι το χρωμόσωμα Υ έχει πολύ πιο χαμηλό περιεχόμενο πληροφοριών ως προς το συνολικό μήκος· είναι πιο υπεράριθμο.

Γενετική παρέκκλιση
Ακόμα κι αν ένα καλά προσαρμοσμένο χρωμόσωμα Υ πετυχαίνει τη διατήρηση της γενετικής ενεργότητας του αποφεύγοντας συσσώρευση μεταλλάξεων, δεν υπάρχει καμιά εγγύηση ότι θα κληροδοτηθεί στην επόμενη γενιά. Το μέγεθος του πληθυσμού του χρωμοσώματος Υ περιορίζεται εγγενώς στο 1/4 του πληθυσμού των αυτοσωμάτων: οι διπλοειδείς οργανισμοί περιέχουν δύο αντίγραφα των αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων,ενώ μόνο ο μισός πληθυσμός περιέχει 1 χρωμόσωμα Υ. Συνεπώς, η γενετική παρέκκλιση είναι μια ιδιαίτερα ισχυρή δύναμη που δρα στο χρωμόσωμα Υ. Μέσω εντελώς τυχαίου συνδυασμού, ένας ενήλικας άνδρας μπορεί να μην μεταβιβάσει ποτέ το χρωμόσωμα του Υ, εάν έχει μόνο κόρες. Συνεπώς, αν και ένας άνδρας έχει καλά προσαρμοσμένο χρωμόσωμα Υ ελεύθερο από υπερβολικές μεταλλάξεις, μπορεί να μην μεταβιβαστεί ποτέ στο επόμενο γονιδιακό απόθεμα. Η επαναλαμβανόμενη τυχαία απώλεια των καλά προσαρμοσμένων χρωμοσωμάτων Υ, σε συνδυασμό με την τάση του χρωμοσώματος Υ να αναπτύξει πιο επιβλαβείς μεταλλάξεις, συνεισφέρει στη πλατιά εκφύλιση στα είδη του χρωμοσώματος Υ.

 Γονιδιακή μετατροπή 
Όπως έχει ήδη αναφερθεί, το χρωμόσωμα Υ δεν μπορεί να ανασυνδυαστεί κατά τη διάρκεια της μείωσης όπως τα άλλα ανθρώπινα χρωμοσώματα· όμως, το 2003, ερευνητές από το MIT ανακάλυψαν μια διεργασία που μπορεί να επιβραδύνει τη διεργασία αποικοδόμησης.
Βρήκαν ότι το ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ μπορεί να "ανασυνδυαστεί" με τον εαυτό του, χρησιμοποιώντας παλίνδρομες αλληλουχίες ζευγών βάσεων.  Ένας τέτοιος "ανασυνδυασμός" ονομάζεται γονιδιακή μετατροπή (gene conversion).

Στην περίπτωση των χρωμοσωμάτων Υ, τα παλίνδρομα είναι μη κωδικοποιητικά DNA· αυτές οι σειρές βάσεων περιέχουν σημαντικά λειτουργικά γονίδια για την αρσενική γονιμότητα. Τα περισσότερα από τα ζεύγη αλληλουχιών είναι ταυτόσημα σε ποσοστό μεγαλύτερο από 99,97%. Η εκτεταμένη χρήση της γονιδιακής μετατροπής μπορεί να παίζει έναν ρόλο στην ικανότητα του χρωμοσώματος Υ να διορθώνει γενετικά σφάλματα και να κρατά την ακεραιότητα των σχετικά λίγων γονιδίων που μεταφέρει. Με άλλα λόγια, επειδή το χρωμόσωμα Υ είναι απλό, έχει διπλότυπα των γονιδίων του στο ίδιο, αντί να έχει ένα δεύτερο ομόλογο χρωμόσωμα. Όταν συμβαίνουν σφάλματα, μπορεί να χρησιμοποιήσει άλλα τμήματα του εαυτού του ως πρότυπο για να τα διορθώσει.

Τα ευρήματα επιβεβαιώθηκαν συγκρίνοντας παρόμοιες περιοχές του χρωμοσώματος Υ στους ανθρώπους με τα χρωμοσώματα Υ των χιμπαντζήδων, μπονόμπο και γορίλων. Η σύγκριση έδειξε ότι το ίδιο φαινόμενο της γονιδιακής μετατροπής εμφανίστηκε να δουλεύει περισσότερο από 5 εκατομμύρια χρόνια, όταν οι άνθρωποι και τα μη ανθρώπινα πρωτεύοντα διαχωρίστηκαν μεταξύ τους.

 Μελλοντική εξέλιξη 

Στα τελικά στάδια της εκφύλισης του χρωμοσώματος Υ, άλλα χρωμοσώματα όλο και περισσότερο αναλαμβάνουν γονίδια και λειτουργίες που πριν συνδεόντουσαν με το χρωμόσωμα Υ. Τελικά, το χρωμόσωμα Υ εξαφανίζεται πλήρως και εμφανίζεται ένα νέο σύστημα φυλοκαθορισμού. Αρκετά είδη τρωκτικών στις αδελφές οικογένειες μυίδες (Muridae) και κρικετίδες (Cricetidae) έχουν φτάσει σε αυτά τα στάδια, με τους εξής τρόπους:
Τα υπερκαυκάσια (Transcaucasian mole vole), Ellobius lutescens, Zaisan mole vole, Ellobius tancrei και οι ακανθώδεις ιαπωνικοί αρουραίοι των αγρών Tokudaia osimensis και Tokudaia tokunoshimensis, έχουν χάσει το χρωμόσωμα Υ και το SRY πλήρως.Τα Tokudaia spp. έχουν μεταφέρει κάποια άλλα προγονικά γονίδια που υπήρχαν στο χρωμόσωμα Υ στο χρωμόσωμα Χ. Και τα δυο φύλα των Tokudaia spp. και Ellobius lutescens έχουν γονότυπο XO (σύνδρομο Τέρνερ), ενώ όλα τα Ellobius tancrei διαθέτουν γονότυπο XX.  Τα νέα φυλοκαθοριστικά συστήματα για αυτά τα τρωκτικά παραμένουν ασαφή.
Τα Myopus schisticolor, Arctic lemming, Dicrostonyx torquatus και πολλά είδη στο γένος Akodon έχουν εξελιχθεί σε γόνιμα θηλυκά που έχουν γονότυπο γενικά κωδικοποιητικό των αρσενικά XY, επιπλέον του προγονικού θηλυκού XX, μέσω μιας ποικιλίας τροποποιήσεων στα χρωμοσώματα Χ και Υ.
Στο Microtus oregoni, τα θηλυκά,με μόνο ένα χρωμόσωμα Χ το καθένα, παράγουν μόνο γαμέτες Χ και τα αρσενικά, ΧΥ, παράγουν γαμέτες Υ, ή γαμέτες που στερούνται χρωμοσώματα φύλου, μέσω μη διαχωρισμού (nondisjunction).
Πέρα από τα τρωκτικά, τα μαύρα μουντιάκ (black muntjac), Muntiacus crinifrons, εξέλιξαν νέα χρωμοσώματα Χ και Υ μέσω συγχωνεύσεων των προγονικών χρωμοσωμάτων φύλου και των αυτοσωμάτων.

Αναλογία φύλου 1:1
Η αρχή του Φίσερ (Fisher's principle) περιγράφει γιατί σχεδόν όλα τα είδη που χρησιμοποιούν σεξουαλική αναπαραγωγή έχουν αναλογία φύλων 1:1. Ο W. D. Hamilton έδωσε την παρακάτω βασική εξήγηση στη μελέτη του 1967 στο "Extraordinary sex ratios", με δεδομένη υπόθεση ότι τα αρσενικά και τα θηλυκά κοστίζουν ίσες ποσότητες για παραγωγή

 Ας υποθέσουμε ότι οι γεννήσεις αρσενικών είναι λιγότερο συχνές από ότι των θηλυκών.
 Ένα νεογέννητο αρσενικό έχει καλύτερες προοπτικές ζευγαρώματος από ένα νεογέννητο θηλυκό και συνεπώς μπορεί να αναμένεται ότι θα έχει περισσότερους απογόνους.
 Συνεπώς, οι γονείς προδιατίθενται γενετικά να παραγάγουν περισσότερα αρσενικά από τον μέσο όρο.
 Συνεπώς, οι τάσεις παραγωγής αρσενικών επεκτείνονται και οι γεννήσεις των αρσενικών γίνονται πιο συνηθισμένες.
 Καθώς η αναλογία φύλου 1:1 πλησιάζει, το πλεονέκτημα που συνδέεται με την παραγωγή αρσενικών μικραίνει.
 Η ίδια αιτιολογία ισχύει κι αν τα θηλυκά υποκαθίστανται από τα αρσενικά. Συνεπώς, η αναλογία 1:1 είναι ο λόγος ισορροπίας.

Χρωμόσωμα Υ μη θηρίων
Πολλές ομάδες οργανισμών εκτός από τα θηλαστικά θηρία έχουν χρωμοσώματα Υ, αλλά αυτά τα χρωμοσώματα δεν μοιράζονται κοινούς προγόνους με τα χρωμοσώματα Υ των θηρίων. Τέτοιες ομάδες περιλαμβάνουν τα μονοτρήματα, τη δροσόφιλα, κάποια άλλα έντομα, κάποια ψάρια, κάποια ερπετά και κάποια φυτά. Στη φρουτόμυγα (Drosophila melanogaster), το χρωμόσωμα Υ δεν προκαλεί ανάπτυξη αρσενικού, αλλά το φύλο καθορίζεται από τον αριθμό των χρωμοσωμάτων Χ. Το χρωμόσωμα Υ του D. melanogaster δεν περιέχει απαραίτητα γονίδια για την αρσενική γονιμότητα. Έτσι το XXY D. melanogaster είναι θηλυκά και τα D. melanogaster με ένα μοναδικό X (X0) είναι αρσενικά, αλλά στείρα. Υπάρχουν κάποια είδη της Δροσόφιλα  στα οποία τα αρσενικά X0 είναι και βιώσιμα και γόνιμα.

Χρωμοσώματα ZW
Άλλοι οργανισμοί έχουν έχουν κατοπτρική εικόνα φυλετικών χρωμοσωμάτων: όπου υπάρχει ομογενές φύλο είναι το αρσενικό, οπότε έχει δύο χρωμοσώματα ΖΖ και το θηλυκό είναι το ετερογενές φύλο με ένα χρωμόσωμα Ζ και ένα χρωμόσωμα W. Παραδείγματος χάρη, θηλυκά πτηνά, φίδια και πεταλούδες έχουν φυλετικά χρωμοσώματα ΖW, ενώ τα αρσενικά έχουν ΖΖ χρωμοσώματα.

Μη ανεστραμμένο χρωμόσωμα Υ
Υπάρχουν μερικά είδη, όπως το ρυζόψαρο (Japanese rice fish), όπου το σύστημα ΧΥ αναπτύσσεται ακόμα και η διασταύρωση μεταξύ του Χ και του Υ είναι ακόμα δυνατή. Επειδή η αρσενική ειδική περιοχή είναι πολύ μικρή και δεν περιέχει βασικά γονίδια, είναι δυνατή η τεχνητή επαγωγή αρσενικών ΧΧ και θηλυκών ΥΥ χωρίς κακό αποτέλεσμα.

Πολλαπλά ζεύγη ΧΥ
Τα μονοτρήματα έχουν τέσσερα ή πέντε (ο πλατύποδας) ζεύγη φυλετικών χρωμοσωμάτων ΧΥ, που καθένα τους αποτελείται από φυλετικά χρωμοσώματα με ομόλογες περιοχές. Τα χρωμοσώματα των γειτονικών ζευγών είναι μερικώς ομόλογα, έτσι ώστε η αλυσίδα να σχηματίζεται κατά τη μίτωση. Το πρώτο χρωμόσωμα Χ στην αλυσίδα είναι επίσης μερικώς ομόλογο με το τελευταίο χρωμόσωμα Υ, που δείχνει ότι έχουν συμβεί ιστορικά βαθιές αναδιατάξεις, που κάποιες τους προσέθεσαν νέα τμήματα από αυτοσώματα.

Τα φυλετικά χρωμοσώματα του πλατύποδα έχουν ισχυρή αλληλουχική ομοιότητα με το χρωμόσωμα Ζ των πτηνών (που δείχνει στενή ομολογία), και το γονίδιο SRY είναι τόσο κεντρικό στον φυλοκαθορισμό στα περισσότερα άλλα θηλαστικά που δεν εμπλέκεται στον φυλοκαθορισμό του πλατύποδα.

Ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ
Στους ανθρώπους το χρωμόσωμα Υ επεκτείνεται σε περίπου 58 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων (τις δομικές μονάδες του DNA) και αντιπροσωπεύει περίπου το 1% του συνολικού DNA σε ένα ανδρικό κύτταρο. Το ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ περιέχει πάνω από 200 γονίδια, από τα οποία τουλάχιστον 72 κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Τα χαρακτηριστικά που κληρονομούνται μέσω του χρωμοσώματος Υ ονομάζονται συνδεμένα με το Υ, ή ολανδρικά χαρακτηριστικά.

Σε μερικά κύτταρα, ιδιαίτερα σε ηλικιωμένους άνδρες και σε καπνιστές, λείπει ένα χρωμόσωμα Υ. Έχει βρεθεί ότι σε άνδρες με πιο υψηλό ποσοστό αιμοποιητικών βλαστοκυττάρων στο αίμα τους λείπει το χρωμόσωμα Υ (και ίσως λείπει και σε υψηλότερο ποσοστό σε άλλα κύτταρα). Αυτοί οι άνδρες έχουν μεγαλύτερο κίνδυνο από συγκεκριμένους καρκίνους και έχουν συντομότερο προσδοκώμενο επιβίωσης. Άνδρες με "απώλεια του Υ" (που έχει καθοριστεί όταν δεν υπάρχει Υ σε τουλάχιστον 18% των αιμοποιητικών κυττάρων τους) έχει βρεθεί ότι πεθαίνουν 5,5 έτη πιο νωρίς από τον μέσο όρο των άλλων ανδρών. Αυτό έχει ερμηνευτεί ως ένδειξη ότι το χρωμόσωμα Υ παίζει έναν ρόλο πέρα από τον φυλοκαθορισμό και την αναπαραγωγή (αν και η απώλεια του Υ μπορεί να είναι το αποτέλεσμα παρά η αιτία). Οι καπνιστές έχουν μεταξύ 1,5 και 2 φορές αυξημένο κίνδυνο μη αναπνευστικών καρκίνων από ότι οι καπνίστριες.

Μη συνδυαζόμενη περιοχή του Υ (NRY)
Το ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ δεν μπορεί, κανονικά, να ανασυνδυαστεί με το χρωμόσωμα Χ , εκτός από μικρά κομμάτια των ψευδοαυτοσωμικών περιοχών (pseudoautosomal regions) στα τελομερή (που περιλαμβάνει περίπου το 5% του χρωμοσωμικού μήκους). Αυτές οι περιοχές είναι απομεινάρια της παλιάς ομολογίας μεταξύ των χρωμοσωμάτων Χ και Υ. Η περιοχή του χρωμοσώματος Υ, που δεν ανασυνδυάζεται, ονομάζεται "NRY", ή μη ανασυνδυαζόμενη (non-recombining) περιοχή του χρωμοσώματος Υ.Science Daily, Apr. 3, 2008. Οι πολυμορφισμοί απλού νουκλεοτιδίου (single-nucleotide polymorphisms ή SNPs) σε αυτήν την περιοχή χρησιμοποιούνται για να ανιχνεύσουν άμεσες πατρικές προγονικές γραμμές.

Γονίδια
 Αριθμός γονιδίων 
Τα παρακάτω είναι μερικές από τις εκτιμήσεις του πλήθους των γονιδίων του ανθρώπινου χρωμοσώματος Υ. Επειδή οι ερευνητές χρησιμοποιούν διαφορετικές προσεγγίσεις στον γονιδιωματικό σχολιασμό (genome annotation) οι προβλέψεις τους για τον αριθμό των γονιδίων σε κάθε χρωμόσωμα διαφέρει. Μεταξύ των διάφορων εργασιών, το (Consensus CDS Project ή CCDS) παίρνει μια πολύ συντηρητική στρατηγική. Έτσι η εκτίμηση του αριθμού των γονιδίων από το CCDS παρουσιάζει χαμηλότερη τιμή στον συνολικό αριθμό των γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεΐνες. 

 Εκτίμηση από Γονίδια κωδικοποιητικά πρωτεΐνης Γονίδια μη κωδικοποιητικά RNA Ψευδογονίδια Πηγή Ημερομηνία έκδοσης CCDS  63  —  —  2016-09-08  HGNC 45  55  381  2017-05-12  Ensembl  63  109  392  2017-03-29  UniProt  47  —  —  2018-02-28  NCBI  73  122  400  2017-05-19 

 Κατάλογος γονιδίων 
Γενικά, το ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ είναι πολύ φτωχό γονίδιο—είναι μια από τις μεγαλύτερες ερήμους γονιδίων (gene deserts) στο ανθρώπινο γονιδίωμα. Παραβλέποντας τα ψευδοαυτοσωμικά γονίδια, τα γονίδια που κωδικοποιήθηκαν στο ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ περιλαμβάνουν:

 το NRY, με αντίστοιχο γονίδιο στο X χρωμόσωμα
AMELY/AMELX (αδαμαντινογενίνη (amelogenin))
RPS4Y1/RPS4Y2/RPS4X (ριβοσωμική πρωτεΐνη S4)
DDX3Y (ελικάση)
Περιοχή με μετάθεση Χ (X-transposed region ή XTR), once dubbed "PAR3" but later refuted
 PCDH11Y (PCDH11X)
 TGIF2LY (TGIF2LX)
 NRY, άλλα
AZF1 (αζωοσπερμία παράγοντας 1)
BPY2 (βασική πρωτεΐνη στο χρωμόσωμα Υ)
DAZ1 (διαγραμμένο στην αζωοσπερμία)
DAZ2
DFNY1 κωδικοποιητική πρωτεΐνη κώφωσης, συνδεμένη με το Υ 1
PRKY (πρωτεϊνική κινάση, συνδεμένη με το Υ)
RBMY1A1
SRY (περιοχή καθορισμού φύλου)
TSPY (όρχεις-ειδική πρωτεΐνη)
USP9Y
UTY (ευρέως διαδεδομένο μεταγραφόμενο γονίδιο TPR στο χρωμόσωμα Υ)
ZFY (πρωτεΐνη δακτύλου ψευδαργύρου)

Ασθένειες που συνδέονται με το χρωμόσωμα Υ
Οι ασθένειες που συνδέονται με το χρωμόσωμα Υ περιλαμβάνουν τυπικά την ανευπλοειδία, έναν άτυπο αριθμό χρωμοσωμάτων.

 Μικροαπώλεια του χρωμοσώματος Υ 
Μικροαπώλεια χρωμοσώματος Υ (Y chromosome microdeletion ή YCM) είναι μια ομάδα γενετικών διαταραχών που προκαλούνται από γονίδια που λείπουν στο χρωμόσωμα Υ. Πολλοί επηρεαζόμενοι άνδρες δεν εμφανίζουν συμπτώματα και διάγουν κανονική ζωή. Όμως, το YCM είναι γνωστό επίσης ότι εμφανίζεται σε σημαντικό αριθμό ανδρών με μειωμένη γονιμότητα ή μειωμένη ποσότητα σπέρματος.

 Ελαττωματικό χρωμόσωμα Υ 
Αυτό καταλήγει σε άτομα που εμφανίζουν γυναικείο φαινότυπο (δηλαδή, γεννιούνται με γυναικοειδή γεννητικά όργανα παρά το ότι κατέχουν έναν καρυότυπο XY. Η έλλειψη του δεύτερου Χ καταλήγει σε στειρότητα. Με άλλα λόγια, εάν το δει κάποιος αντίθετα, το άτομο πηγαίνει μέσω αποθηλυκοποίησης (defeminization), αλλά αποτυγχάνει να ολοκληρώσει την αρρενοποίηση.

Η αιτία μπορεί να ιδωθεί ως ένα ατελές χρωμόσωμα Υ: ο συνηθισμένος καρυότυπος σε αυτές τις περιπτώσεις είναι 45X, συν ένα τμήμα του Υ. Αυτό συνήθως καταλήγει σε ελαττωματική ορχική ανάπτυξη, έτσι που το βρέφος μπορεί ή δεν μπορεί να έχει πλήρως σχηματισμένα ανδρικά γεννητικά όργανα εσωτερικά ή εξωτερικά. Ολόκληρη η περιοχή ασάφειας της δομής μπορεί να εμφανιστεί, ιδιαίτερα εάν παρουσιάζεται μωσαϊκισμός (mosaicism). Όταν το τμήμα του Υ είναι ελάχιστο και μη λειτουργικό, το παιδί είναι συνήθως κορίτσι με τα χαρακτηριστικά του συνδρόμου Τέρνερ ή με μικτή γοναδική δυσγενεσία (mixed gonadal dysgenesis).

 XXY 

Το σύνδρομο Κλάινφέλτερ (Klinefelter) (47, XXY) δεν είναι ανευπλοειδία του χρωμοσώματος Υ, αλλά μια κατάσταση ύπαρξης επιπρόσθετου χρωμοσώματος Χ, που συνήθως καταλήγει σε ελαττωματική μεταγεννητική ορχική λειτουργία. Ο μηχανισμός δεν είναι πλήρως κατανοητός. Δεν φαίνεται να οφείλεται σε άμεση παρέμβαση από το πρόσθετο Χ με έκφραση των Υ γονιδίων.

 XYY 

Το σύνδρομο XYY προκαλείται από την παρουσία ενός επιπρόσθετου αντιγράφου του χρωμοσώματος Υ σε κάθε ανδρικό κύτταρο. Οι άνδρες XYY έχουν ένα χρωμόσωμα Χ και δύο χρωμοσώματα Υ και συνολικά 47 χρωμοσώματα ανά κύτταρο. Οι ερευνητές έχουν βρει ότι ένα πρόσθετο αντίγραφο του χρωμοσώματος Υ σχετίζεται με αυξημένο ανάστημα και αυξημένη συχνότητα μαθησιακών προβλημάτων σε κάποιους άνδρες και παιδιά, αλλά οι επιπτώσεις ποικίλλουν, συχνά είναι ελάχιστες και η μεγάλη πλειοψηφία δεν γνωρίζουν τους καρυοτύπους τους.

Το 1965 και το 1966 η Patricia Γιάκομπς και οι συνεργάτες της δημοσίευσαν μια μελέτη των χρωμοσωμάτων 315 ανδρών ασθενών στο μοναδικό ειδικής ασφάλειας νοσοκομείο της Σκωτίας για αναπτυξιακές δυσκολίες και βρήκανε έναν μεγαλύτερο από τον αναμενόμενο αριθμό ασθενών που είχαν ένα επιπρόσθετο χρωμόσωμα Υ. Οι συγγραφείς αυτής της μελέτης διερωτήθηκαν "εάν ένα πρόσθετο χρωμόσωμα Υ προδιαθέτει τους φορείς του σε ασυνήθιστα επιθετική συμπεριφορά" και αυτή η υπόθεση "έδωσε το πλαίσια στα επόμενα δεκαπέντε χρόνια έρευνας για το ανθρώπινο χρωμόσωμα Υ".

Μέσω μελετών στην επόμενη δεκαετία, αυτή η υπόθεση αποδείχθηκε ότι ήταν εσφαλμένη: το αυξημένο ποσοστό εγκληματικότητας των ανδρών XYY οφείλεται στη χαμηλότερη μέση ευφυΐα και όχι στην αυξημένη επιθετικότητα,  και το αυξημένο ύψος ήταν το μόνο χαρακτηριστικό που μπορούσε να συσχετιστεί αξιόπιστα με τους άνδρες XYY. Η ιδέα του "εγκληματικού καρυοτύπου" είναι συνεπώς ανακριβής.

Σπάνιες ασθένειες
Οι παρακάτω ασθένειες που συνδέονται με το χρωμόσωμα Υ είναι σπάνιες, αλλά αξιοσημείωτες λόγω της διευκρινιστικής τους φύσης για το χρωμόσωμα Υ.

Περισσότερα από δύο χρωμοσώματα Υ
Μεγαλύτεροι βαθμοί πολυσωμίας του χρωμοσώματος Υ (που έχουν περισσότερα από ένα επιπρόσθετο αντίγραφο του χρωμοσώματος Υ σε κάθε κύτταρο, π.χ. ΧΥΥΥ) είναι σπάνιες. Το επιπρόσθετο γενετικό υλικό σε αυτές τις περιπτώσεις μπορεί να οδηγήσει σε σκελετικές ανωμαλίες, μειωμένη ευφυΐα και καθυστερημένη ανάπτυξη, αλλά η σοβαρότητα αυτών των χαρακτηριστικών ποικίλλει.

Σύνδρομο ανδρών ΧΧ
Το ανδρικό σύνδρομο ΧΧ (XX male syndrome) συμβαίνει όταν έχει υπάρξει ανασυνδυασμός στον σχηματισμό των ανδρικών γαμετών, προκαλώντας τη μετακίνηση του τμήματος του SRY του χρωμοσώματος Υ στο χρωμόσωμα Χ. Όταν ένα τέτοιο χρωμόσωμα Χ συνεισφέρει στο παιδί, η ανάπτυξη θα οδηγήσει σε άνδρα, λόγω του γονιδίου SRY.

 Γενετική γενεαλογία 

Στην ανθρώπινη γενετική γενεαλογία (genetic genealogy) (την εφαρμογή γενετικής στην παραδοσιακή γενεαλογία), η χρήση των πληροφοριών που περιέχονται στο χρωμόσωμα Υ είναι ιδιαίτερου ενδιαφέροντος, επειδή αντίθετα με άλλα χρωμοσώματα, το χρωμόσωμα Υ περνάει αποκλειστικά από τον πατέρα στον γιο, στην πατρογονική γραμμή. Το μιτοχονδριακό DNA, που κληρονομείται από την μητέρα και στους γιους και στις κόρες, χρησιμοποιείται κατά ανάλογο τρόπο για εντοπισμό της μητρογονικής γραμμής.

Εγκεφαλική λειτουργία
Έρευνες γίνονται τώρα εάν η ανδρική μορφή νευρικής ανάπτυξης είναι άμεση συνέπεια της έκφρασης των γονιδίων των σχετικών με το χρωμόσωμα Υ ή έμμεσο αποτέλεσμα της παραγωγής ανδρογονικών ορμονών των σχετικών με το χρωμόσωμα Υ.

Μικροχιμαιρισμός
Η παρουσία ανδρικών χρωμοσωμάτων σε εμβρυικά κύτταρα στην κυκλοφορία του αίματος των γυναικών ανακαλύφθηκε το 1974.

Το 1996, βρέθηκε ότι τα ανδρικά εμβυικά προγονικά κύτταρα μπορεί να επιμένουν επιλόχεια στη μητρική ροή αίματος για 27 έτη.

Μια μελέτη του 2004 στο Fred Hutchinson Cancer Research Center, Σιάτλ, εξέτασε την προέλευση των ανδρικών χρωμοσωμάτων που βρέθηκαν στο περιφερικό αίμα γυναικών που δεν είχαν άνδρες απογόνους. Από τις συνολικά διερευνώμενες 120 γυναίκες (που δεν είχαν ποτέ γιους) βρέθηκε ότι το 21% από αυτές είχαν ανδρικό DNA. Οι γυναίκες αυτές κατηγοριοποιήθηκαν σε τέσσερις ομάδες με βάση το ιστορικό τους:
 Ομάδα Α (8%) είχε μόνο θηλυκούς απογόνους.
 Ομάδα Β (22%) είχε ιστορικό μιας ή περισσότερων αποβολών.
 Ομάδα Γ (57%) είχαν τερματίσει τις κυήσεις τους ιατρικά.
 Ομάδα Δ (10%) δεν είχαν μείνει ποτέ έγκυες πριν.

Η μελέτη σημείωσε ότι το 10% των γυναικών που δεν είχαν μείνει έγκυες πριν, εγείρει το ερώτημα από πού μπορεί να είχαν προέλθει στο αίμα τους τα χρωμοσώματα Υ. Η μελέτη πρότεινε ότι πιθανές αιτίες για την εμφάνιση μικροχιμαιρισμού ανδρικού χρωμοσώματος μπορούσε να είναι μία από τις ακόλουθες:
 αποβολές,
 εγκυμοσύνες,
 απώλεια διδύμου αγοριού,
 πιθανόν από σεξουαλική συνεύρεση.

Μια μελέτη του 2012 στο ίδιο ίδρυμα ανίχνευσε κύτταρα με το χρωμόσωμα Υ σε πολλές περιοχές του εγκεφάλου των γυναικών που πέθαναν.

Παραπομπές

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

 Genetic Genealogy: About the use of mtDNA and Y chromosome analysis in ancestry testing 
 Ensembl genome browser
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/maps.cgi?taxid=9606&chr=Y
 Human Genome Project Information—Human Chromosome Y Launchpad
 On Topic: Y Chromosome—From the Whitehead Institute for Biomedical Research
 Nature—focus on the Y chromosome
 National Human Genome Research Institute (NHGRI)—Use of Novel Mechanism Preserves Y chromosome Genes
 Ysearch.org – Public Y-DNA database 
 Y chromosome Consortium (YCC)
 NPR's Human Male: Still A Work In Progress

Κατηγορία:Ανδρολογία
Κατηγορία:Χρωμοσώματα
Κατηγορία:Βιολογία του φύλου