Hromosom Y (čovjek) je jedan odspolnih hromosoma kodsisara, uključujući ičovjeka i mnoge drugeživotinje. Drugi jeX hromosom. Y jespolno-determinirajući sistem mnopgihvrsta, jer prisustvo ili odsustvo Y određuje muški ili ženski spol. U sisara, Y hromosom sadržigenSRY, što izaziva razvojtestisa.DNK u ljudskom Yhromosomu se sastoji od oko 59 milionabaznih parova (bp).[4] Y hromosom prelazi samo od oca na sina, pa se analiza Y-romosomskeDNK može iskoristiti ugenealoškim istraživanjima. Sa 30% razlike između ljudi i čimpanzi, Y hromosom je jedan od najbržeevoluirajućih dijelova ljudskoggenoma.[5] Do danas je identificirano preko 200 Y-vezanihgena.[6] Svi Y-vezani geni su izraženi, osim dupliciranih gena (kodhemizigota; u kojima je samo jedan hromosom sa takvim genom), osim u slučajevimaaneuploidije kao što suKlinefelterov sindrom (47, XXY) iliXXYY sindrom.
Y hromosom, kao seks-određujući hromosom, otkrila jeNettie Stevens uBryn Mawr College,1905., tokom studija oinsektubrašnaru (Tenebrio molitor). Iste godine je, nezavisno od nje,Edmund Beecher Wilson otkrio iste mehanizme. Stevensova je pretpostavljla da je ovaj hromosom uvijek u paru, a i da je Y hromosomparnjak X hromosoma otkrio jeHermann Henking,1890. Shvaćeno je da je prethodna idejaClarencea Erwina McClunga, da X hromosom određuje spol, ispravna i da jeSeks-određujući sistem ustvari, uvijek u vezi sa prisustvom ili odsustvom Y hromosoma. Stevens je proglasio simbol hromosomaY, a zbog pojednostavljenja praćenjaja, iz Henkingove postavke je preuzeoX i ove spolne hromosome predao po abecedi.[7][8]
Rasprostranjeno mišljenje da je Y hromosom je dobio ime po sličnosti slovu "Y" je pogrešna. Svi hromosomi obično se pojavljuju kao amorfna masa pod mikroskopom, a dobro se raspoznaju samo tokom ćelijske diobe (mitoza imejoza). Oblik slova X je nejasan za sve hromosome. Potpuno je slučajo da Y hromosom, tokom mitoze, ima dva vrlo kratka terminalna ogranka što mu daje oblik Y-a.[9]
Većina sisara imaju samo jedan par spolnih hromosoma u svakoj ćeliji. Mužjaci imaju po jedan Y i X hromosom (XY), dok ženke imaju dva X-a (XX). U sisara, Y hromosom sadržigenSRY, što izaziva embrionalni razvoj muškarca. Y hromosom ljudi i drugih sisara sadrži i druge gene potrebne za normalnu proizvodnju sperme. Međutim, u tom pogledu, postoje i iznimke. Naprimjer, kodkljunara,XY sistem determinacije spola zasniva se na pet parova hromosoma.[10] Spolni heomosomi u monotipskom roduPlatypus zapravo imaju mnogo jačuhomologiju (sličnost) sa ptičjimZ hromosomima,[11] a gen SRY, koji je toliko važan za određivanje spola kod većine drugih sisara, očigledno nije uključen u određivanje spola kodkljunara.[12] Među ljudima, neki muškarci imaju dva X i Y (XXY, vidiKlinefelterov sindrom) ili jedan X i dva Y (vidiXYY sindrom) ineke žene imaju tri X ili jedan X umjesto dvostrukog X (X0, vidiTurnerov sindrom). Postoje i drugi izuzeci u kojima jeSRY oštećen (što dovodi doXY žena) ili kopiran na X (što dovodi do sindromaXX muškarci). Za srodne pojave, pogledajtesindrom neosjetljivosti na androgen iinterseksi.
Mnogiektotermni (poikilotermni)kičmenjaci nemaju spolnehromosome. Ako oni imaju različite spolove, oni su određeni višeekološki negogenetički. Za neke od njih, posebnogmiravce spol zavisi od temperature inkubacije; drugi suhermafroditi (što znači da ista jedinka producira i muške i ženske spolnećelije).
X i Y hromosomi suevoluirali iz para identičnih hromosoma.[13][14] zvanihautosomi, kada su se kod sisarskih predaka razvile alelne varijacije, takozvanogseks lokusa- jednostavno posjedovanje ovogalela odredilo je da takavorganizam bude mužjak. Hromosom s ovim alela postao je Y, dok je drugi član para postao X hromosom. Vremenom, geni koji su bili korisni za mužjake i štetni ili nisu imali naikakvog efekta kod ženki, razvili su Y hromosom, ili su ga stekli u procesu hromosomskihtranslokacija.[15]
Sve do nedavno, za X i Y hromosome se mislilo da su se razišli prije oko 300 milijuna godina. Međutim, istraživanje objavljeno u2010.,[16] and particularly research published in 2008 documenting the sequencing of the platypus genome, sugeriralo je da se XY seks-determinirajući sistem nije bio prisutan pre više od 166 miliona godina, naevolucijskoj raskrsnicimonotremata i drugih sisara. Ova re-estimacija starostiterijskogXY sistema temelji se na zaključku da sekvence koje se nalaze na X hromosomu torbara iplacentnih sisara su prisutni na autosommakljunara iptica. Starije procjene su počivale na pogrešnim nalazima da kljunarovi Xhromosomi sadrže takve sekvence.[17]
Rekombinacije između X i Y hromosoma su se pokazala kao štetne, jer su kod mužjaka rezultirale nedostatkom potrebnih gena, a kod ženki pojavom nepotrebnih ili čak štetnih gena. Kao rezultat toga, korisni geni mužjaka u blizini gena za determinacijuspola određuju i rekombinacije u ovoj regiji, koje su potisnute u cilju očuvanja ove muški specifične regije.
Vremenom, Y hromosom se promijenio na takav način da inhibira područja oko gena za određivanje spola, iz međusobnog kombinovanja sa X hromosomom. Kao rezultat tog procesa, 95% ljudskog Y hromosom je u stanju da rekombinuje, pri čemu rekombiniraju samo vrhovi Y i X hromosoma. Segmenti Y hromosoma koji mogu rekombinirati sa X hromosomom nazivaju sepseudoautosomne regije. Ostatak Y hromosoma se netaknut prenosi na sljedeću generaciju. Zato se respektira pravilo da je Y hromosom vrhunski alat za istraživanje nedavne ljudske evolucije (po muškoj liniji).
Po jednoj procjeni, ljudski Y hromosom je izgubio 1.393 od svojih 1.438 gena tokom svog postojanja, alinearna ekstrapolacija ovog gubitka 1.393 gena trajala je više od 300 miliona godina, što daje stopugenetičkog gubitka od 4,6 gena po milionu godina.[18] Nastavi li se takav gubitak gena, taj proces bi mogao rezultirati nastankom Y hromosoma bez funkcionalnih gena, što znači da bi Y hromosom potpuno izgubio svoju današnju funkciju - u narednih 10 miliona godina, ili pola tog vremena sa aktuelnim procjenom od 160 miliona godina od postanka.[19][20] Uporedna genomska analiza otkriva da mnoge vrste sisara doživljavaju sličan gubitak funkcije u svomheterozigotnom spolnom hromosomu. Degeneracija može jednostavno biti sudbina svih nekombiniranih spolnih hromosoma, zbog tri zajedničke evolucijske sile: visokastopa mutiranja, neefikasnaselekcija igenetički drift.[19]Međutim, poređenja ljudskog i šimpanzinog Y hromosoma (prvi put objavljeno u2005.) pokazuju da ljudski hromosom Y nije izgubio bilo kakve gene od divergencije ljudi i čimpanzi prije između 6-7 miliona godina,[21], a u izvještaju iz2012. se navodi da je kod ljudi izgubljen samo jedan, otkako su se razišli s rezus makakijem, prije 25 miliona godina.[22] Ove činjenice pružaju direktan dokaz da je linearni model ekstrapolacije manjkav i ukazuju na to da se trenutni ljudski Y hromosom više ne smanjuje ili se smanjuje mnogo sporije od 4,6 gena po miliona godina (procijenjeno po linearnom modelu ekstrapolacije).
Zbog svog okruženja, ljudski Y hromosom ima posebno visoku stopu mutiranja. Y hromosom se prenosi isključivo putemspermatozoida, koji prolaze kroz višestrukećelijske diobe u procesugametogeneze. Svakaćelijska dioba pruža više mogućnosti da se akumuliraju mutacije baznih parova. Pored toga, sperma se čuva u vrlo oksidativnom okruženjutestisa, što podstiče daljnje mutacije. Kombinacija ova dva uvjeta stavlja Y hromosom u veći rizik od mutacija od ostatka genoma[19] Povećani rizik od mutacija za Y hromosom je izvijestio Graves kao faktor 4.8.[19] Međutim, referentni originalni iznos relativne stope mutacija u muškim i ženskim germinativnim linijama vodi ka situaciji kao kod ljudi.[23]
Bez mogućnosti da se rekombinuje tokommejoze, Y hromosom ne podliježe prirodnoj selekciji pojedinihalela. Štetni aleli se "provlače" s korisnim susjedima, što omogućava propagiranje maladaptivnih alela u sljedeću generaciju. Nasuprot tome, prednost alela može biti neutralizirana ako su okruženi štetnim alelima. Zbog ove nemogućnosti da se sortiraju u paketu sa sadržajem okolnih gena, Y hromosom je posebno sklonn akumulaciji nekodirajućihDNK sekvenci. Masivne akumulacije retrotransposibilnih elemenata su rasute širom Y.[19] Slučajna ubacivanja DNK segmenata često remete kodirajuće sekvence gena i čini ih nefunkcionalnim. Međutim, Y hromosom nema načinaizbacivanja ovih "skakajućih gena". Bez mogućnost da se izoluju ti aleli, izbor ne može efikasno djelovanje na njih.
Kvantitativni pokazatelj ove neefikasnosti jestopa entropije Y hromosoma. Dok su svi ostali hromosomi u ljudskoggenoma imaju stope entropije 1,5-1,9 bita po nukleotidu (u odnosu na teorijki maksimum od tačno 2 bez viška aktivnih), entropijska stopa Y hromosoma je tek 0,84.[24] To znači da Y hromosom sadrži mnogo manje informacija u odnosu na svoju ukupnu dužinu; to sugerira pretpostavku da je više suvišan.
Čak i ako nije dobro prilagođen, Y hromosom uspijeva da održi genetičke aktivnosti izbjegavajući akumulacije mutacija, ali nije apsolutno sigurno da će se naći narednim generacijama. Veličina populacije Y hromosoma je po sebi ograničena na 1/4 one kod autosoma: diploidni organizmi sadrže dvije kopije autosomnih hromosoma, dok samo polovina stanovništva sadrži jedan Y hromosom.Genetički drift je, dakle, izuzetno jaka sila koja djeluje na Y hromosom. Pukom slučajnim asortimanom, odrasla muška osoba možda nikada neće proslijediti Y hromosom ako ima samo žensko potomstvo. Stoga, iako je muškarac može imati dobro prilagođen Y hromosom (bez pretjeranih mutacija), možda nikada neće učestvovati u formiranju genskog fonda naredne generacije.[19] Ponavljanje slučajnog gubitka dobro prilagođenog Y hromosoma, zajedno sa njegovom tendencijom da evoluira ka više štetnih mutacija, doprinosi degeneracije vrste i cijelog Y hromosoma.[25]
Y hromosom nije u stanju da rekombinuje tokommejoze kao i drugi ljudski hromosomi. Međutim,2003., istraživači izMIT-a (Massachusetts Institute of Technology) otkrili su proces koji može usporiti proces njegove degradacije. Otkrili su da je ljudski Y hromosom je u stanju da "rekombinuje" sa samim sobom, pomoću sekvencepalindrombaznog para. Takva "rekombinacija" se zovegenska konverzija.U slučaju Y hromosoma, napalindromima nije nekodirajućaDNK; ovi nizovi baza sadrže funkcionalne gene važne za mušku plodnost. Većina parova sekvence su identični više i od 99,97%. Česta pojava konverzije gena može imati značajnu ulogu u sposobnosti Y hromosoma za popravljanje genetičke greške i održavanju integriteta njegovih malobrojnih gena. Drugim riječima, budući da je Y hromosom jednokrat, duplikate svojih gena ima na sebi, umjesto na drugom, homolognom, hromosomu. Kada dođe do grešaka, može koristiti i druge sopstvene dijelove kao predložak da ih ispravi.
Komparacijom sličnih regija Y hromosoma kod ljudi,običnog čimpanze (Pan troglodytes),bonoba (patuljasti čimpanza,Pan paniscus) igorila (Gorilla gorilla), nalazi su potvrdili da isti fenomen konverzije gena traje više od 5 miliona godina, kada su se ljudi i ne-hominidniprimati međusobno udaljili.
U terminalnim fazama degeneracije Y hromosoma, drugi hromosomi sve više preuzimaju gene i funkcije koji su bili ranije povezani s njom. Konačno, Y hromosom nestaje u potpunosti, a javlja se novi sistem određivanjespola. Nekoliko sestrinskih vrsta je u skupiniglodara. Neke vrsteglodara u sestrinskim porodicamaMuridae iCricetidae dostigle su ove faze,[26][27] u sljedećim pravcima:
Transkavkaska krtičastavoluharica (Ellobius lutescens), Zaisan krtičasta voluharica (Ellobius tancrei) te (ujapanskoj zemljipacova – Ryukyu)Tokudaia osimensis iTokudaia muenninki, u potpunosti su izgubili su Y hromosom iSRY.[28][29]Tokudaia str. Ima relocirane neke druge ancestralne gene, prisutne na Y hromosomu na X hromosom. Oba spola kodTokudaia iEllobius lutescens imaju XO genotip, dok sviEllobius tancrei imajugenotip XX genotip. Novi seks-determinirajući sistem ovih glodara je nejasan.
Kod šumskogleminga (Myopus schisticolor),arktičkogleminga, (Dicrostonyx torkvat), i više vrsta u rodupoljskogmiša (Akodon) razvile su plodne ženke čijigenotip uglavnom kodiran za mužjake (XY). Pored predačkih XX ženki, ta transformacija se odvijala kroz razne modifikacije na X i Y hromosomu.[30][31]
UvoluhariceMicrotus oregoni, ženke, uz samo jedan X hromosom kod svake jedinke, proizvode se samo Xgameti, a mužjaci, XY, proizvode Y gamete ili gamete bez ijednogspolnog hromosoma, uzrokovane odsustvomrazdvajanja hromosoma (nondisjunkcija).[32]
Izvan glodara, u kosmatog crnogmuntjak ( Muntiacus crinifrons, razvio se novi X i Y hromosomski sistem putem fuzije predačkih spolnih hromosoma iautosoma.[33]
Ljudski Y hromosom je obično u mogućnosti da rekombinuje s X hromosom, osim kratkih sekvenci (pseudoautosomne regije natelomerama (koji čine oko 5% od dužine hromosoma). Ove regije su relikti drevnihhomologija između X i Y hromosoma. Većina Y hromosoma, koja ne rekombinuje naziva se "NRY" (ne-međusobno rekombinirajći Y).[35] To jeSNP na ovim prostorima, koji se koriste za traženje direktne očinske linije predaka.
Slijede neke od procjena broja gena ljudskog hromozoma Y. Budući da istraživači koriste različite pristupe anotacijagenoma, njihova predviđanjabroja gena na svakom hromosomu variraju (za tehničke detalje pogledajtepredviđanje gena). Među raznim projektima, zajednički projekat konsenzusnog kodiranja (CCDS) zauzima izuzetno konzervativnu strategiju. Dakle, predviđanje broja CCDS-ovih gena predstavlja donju granicu ukupnog broja gena koji kodiraju ljudske proteine.[36]
Ljudski Y hromosom obično se ne rekombinira sa X hromosomom, osim malih komadićapseudoautosomne regije natelomerama (koji čine oko 5% dužine hromosoma). Ove regije su relikti drevnehomologije između X i Y hromosoma. Glavnina Y hromosoma, koji se ne rekombinira, naziva se "NRY" ili nerekombinirajuća regija Y hromosoma.[44] Za praćenje direktnih očinskih linija, u ovom regionu koriste sejednonukleotidni poimorfizmi.
Općenito, ljudski Y hromosom izuzetno je siromašan genima – jedan je od najvećih genske pustinje u ljudskom genomu. Zanemarujućipseudoautosomne gene, geni kodirani na ljudskom Y hromosomu uključuju:
Ideigram G-pruga ljudskog hromosoma Y u rezoluciji 850 bphs. Dužina trake na ovom dijagramu je proporcionalna dužinipara baza. Ovaj tip ideograma se općenito koristi u pretraživačima genoma (npr.Ensembl,UCSC Genome Browser).
Obrasci G-preuganja ljudskog hromosoma Y u tri različite rezolucije (400,[47] 550[48] and 850[3]). Dužina pruga na ovom dijagramu zasnovana je na ideigramima iz ISCN-a (2013.).[49] Ovaj tip idiograma predstavlja stvarnu relativnu dužinu pruge posmatranu pod mikroskopom u različitim trenucima tokommitotskog procesa.[50]
G-pruge ljudskog heomosoma Y u rezoluciji 850 bphs[3]
^Grützner F, Rens W, Tsend-Ayush E, + (2004). "In the platypus a meiotic chain of ten sex chromosomes shares genes with the bird Z and mammal X chromosomes".Nature.432 (7019): 913–917.doi:10.1038/nature03021.PMID15502814.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
^Graves J.A.M., Koina E., Sankovic N. (2006). "How the gene content of human sex chromosomes evolved".Curr Opin Genet Dev.16 (3): 219–24.doi:10.1016/j.gde.2006.04.007.PMID16650758.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
^Graves JA, Koina E, Sankovic N (juni 2006). "How the gene content of human sex chromosomes evolved".Current Opinion in Genetics & Development.16 (3): 219–24.doi:10.1016/j.gde.2006.04.007.PMID16650758.
^Goto, H.; Peng, L.; Makova, K. D. (2009). "Evolution of X-degenerate Y chromosome genes in greater apes: conservation of gene content in human and gorilla, but not chimpanzee".Journal of Molecular Evolution.68 (2): 134–144.doi:10.1007/s00239-008-9189-y.PMID19142680.
^Hughes, Jennifer F.; & (2005). "Conservation of Y-linked genes during human evolution revealed by comparative sequencing in chimpanzee".Nature.437 (7055): 100–103.doi:10.1038/nature04101.PMID16136134.CS1 održavanje: numerička imena: authors list (link)
^Lindblad-Toh et al. (2005). "Genome sequence, comparative analysis and haplotype structure of the domestic dog"Nature 438, str. 803–819.doi:10.1038/nature04338PMID 16341006
^Charlesworth, B.; Charlesworth, D. (2000). "The degeneration of Y chromosomes".Philosophical Transactions of the Royal Society B.355 (1403): 1563–1572.doi:10.1098/rstb.2000.0717.
^Marchal, J. A.; Acosta, M. J.; Bullejos, M.; de la Guardia, R. D.; Sanchez, A. (2003). "Sex chromosomes, sex determination, and sex-linked sequences in Microtidae".Cytogenetic and Genome Research.101 (3–4): 266–273.doi:10.1159/000074347.
^Just, W.; Baumstark, A.; Suss, A.; Graphodatsky, A.; Rens, W.; Schafer, N.; Bakloushinskaya T., I. (2007). "Ellobius lutescens: Sex determination and sex chromosome".Sexual Development.1 (4): 211–221.doi:10.1159/000104771.PMID18391532.
^Arakawa, Y.; Nishida-Umehara, C.; Matsuda, Y.; Sutou, S.; Suzuki, H. (2002). "X-chromosomal localization of mammalian Y-linked genes in two XO species of the Ryukyu spiny rat".Cytogenetic and Genome Research.99 (1–4): 303–309.doi:10.1159/000071608.PMID12900579.
^Ortiz, M. I.; Pinna-Senn, E.; Dalmasso, G.; Lisanti, J. A. (2009). "Chromosomal aspects and inheritance of the XY female condition inAkodon azarae (Rodentia, Sigmodontinae)".Mammalian Biology.74 (2): 125–129.doi:10.1016/j.mambio.2008.03.001.
^Veerappa AM, Padakannaya P, Ramachandra NB (august 2013). "Copy number variation-based polymorphism in a new pseudoautosomal region 3 (PAR3) of a human X-chromosome-transposed region (XTR) in the Y chromosome".Functional & Integrative Genomics.13 (3): 285–93.doi:10.1007/s10142-013-0323-6.PMID23708688.
^For cytogenetic banding nomenclature, see articlelokus.
^abThese values (ISCN start/stop) are based on the length of bands/ideograms from the ISCN book, An International System for Human Cytogenetic Nomenclature (2013)Arbitrarna jedinica.
^gpos: Regija koja je pozitivno obojenaG-pruganjem, općenitoAT-bogata i siromašna genima;gneg: Regija koja je negativno obojen G-prugama, općenitoCG-bogata i bogata genima;acen:centromera;var: Varijabilna regija;stalk: Drška.
