XY性決定システム

ほとんどの哺乳類では、核型による性別はY染色体の存在によって決定されます。これにより、XXYおよびXYY核型を持つ個体は男性、XおよびXXX核型を持つ個体は女性となります。^{[ 1 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

1930年代、アルフレッド・ヨストは、雄ウサギのウォルフ管の発達にはテストステロンの存在が必要であることを突き止めた。 ^{[ 13 ]}

SRYは真獣類（胎盤哺乳類と有袋類）のY染色体上の性決定遺伝子である。 ^{[ 14 ]}ヒト以外の哺乳類はY染色体上の複数の遺伝子を使用している。

すべての雄特異的遺伝子がY染色体上に存在するわけではない。単孔類のカモノハシは、6つの雄連鎖遺伝子群を持つ5対の異なるXY染色体を使用しており、AMHがマスター スイッチとなっている。^{[ 15 ]}

人間

Y染色体上に存在する単一の遺伝子（SRY）は、男性の表現型発達を誘発するシグナルとして機能します。この遺伝子の存在は、男性化のプロセスを開始します。これと他の要因が、ヒトの性差をもたらします。^{[ 16 ]} 2つのX染色体を持つ個体では、細胞はX不活性化を受け、2つのX染色体のうち1つが不活性化されます。不活性化されたX染色体は、バール小体として細胞内に残ります。

カメのいくつかの種は、特にChelidae科とStaurotypinae科において、XY性決定システムを収斂進化させている。^{[ 17 ]}

他の種（ショウジョウバエのほとんどの種を含む）は、2つのX染色体の存在によって雌性を決定します。1つのX染色体があれば推定上の雄性となりますが、正常な雄の発達にはY染色体遺伝子の存在が必要です。ショウジョウバエでは、XYを持つ個体は雄であり、XXを持つ個体は雌です。ただし、XXYまたはXXXを持つ個体も雌になる可能性があり、Xを持つ個体も雄になる可能性があります。^{[ 18 ]}

XY性決定は人間が使用するシステムであるため最もよく知られていますが、自然界にはさまざまな代替システムが存在します。XYシステムの逆（区別するためにZWと呼ばれます）は鳥類や多くの昆虫で使用されており、雌が異型配偶子（ZW）で雄が同型配偶子（ZZ）です。^{[ 25 ]}

膜翅目昆虫の多くは、雌が完全な二倍体（すべての染色体が対になって現れる）であるのに対し、雄は一倍体（すべての染色体が1コピーしかない）である半数体二倍体システムを持っている。他の昆虫の中には、性決定染色体​​のみが倍数性が異なる（雌ではXX、雄ではX） X0性決定システムを持つものもあり、他のすべての染色体は両性で対になって現れる。^{[ 26 ]}

Rediscovering Biologyのウェブサイトのインタビューで^{[ 27 ]}、研究者のエリック・ヴィランは、 SRY遺伝子の発見以来、パラダイムがどのように変化したかを説明した。

長らく、SRYは男性遺伝子の連鎖反応を活性化すると考えられてきた。しかし、性決定経路は実際にはもっと複雑で、SRYは一部の抗男性遺伝子を阻害している可能性もあることが分かってきた。

男性を作るために男性促進遺伝子が全て作用するという単純なメカニズムではなく、実際には男性促進遺伝子と男性抑制遺伝子の間にしっかりとしたバランスがあり、男性抑制遺伝子が少し多すぎると女性が生まれ、男性促進遺伝子が少し多すぎると男性が生まれるという考え方です。

私たちは、性決定の分子生物学における新たな時代に突入しています。そこでは、遺伝子が単純な直線的な経路で次々と作用するのではなく、男性促進遺伝子、女性促進遺伝子、男性抑制遺伝子、女性抑制遺伝子など、より微妙な遺伝子の作用が互いに相互作用します。そのため、非常に興味深い反面、研究は非常に複雑です。

2007年のサイエンティフィック・アメリカン誌のインタビューで、ヴィリアンは次のように質問された。「女性の発達はデフォルトの分子経路であるという一般的な見解から、能動的な男性促進経路と男性抑制経路への変化を説明しているように聞こえます。女性促進経路と女性抑制経路も存在するのでしょうか？」^{[ 28 ]}彼は次のように答えた。

現代の性決定は、1940年代末の1947年にフランスの生理学者アルフレッド・ヨストが、性別を決定するのは精巣であると述べたことから始まった。精巣があれば男性、なければ女性である。卵巣は性別を決定するものではない。卵巣は外性器の発達に影響を与えない。そして1959年、クラインフェルター症候群（XXYの男性）とターナー症候群（X染色体を1つ持つ女性）の核型が発見されたことで、ヒトにおいてはY染色体の有無が性別を決定することが明らかになった。Y染色体を持つクラインフェルター症候群の患者は全員男性であり、Y染色体を持たないターナー症候群の患者は全員女性だからである。つまり、用量やXの数ではなく、Yの有無が重要なのです。この2つのパラダイムを組み合わせると、分子レベルでは、精巣決定因子である遺伝子、つまり性決定遺伝子が関わっている可能性が高いという結論に至ります。そのため、この分野は精巣決定因子の発見に特化しています。しかし、我々が発見したのは、精巣決定促進因子だけではありませんでした。WNT4やDAX1など、男性経路のバランスを取る機能を持つ因子が多数存在します。

ヒトを含む哺乳類では、SRY遺伝子は未分化生殖腺を卵巣ではなく精巣へと発達させる。しかし、SRY遺伝子が存在しない場合でも精巣が発達するケースもある（性転換を参照）。このような場合、精巣の発達に関与するSOX9遺伝子は、SRYの助けなしに精巣の発達を誘導することができる。SRYとSOX9の両方が存在しない場合、精巣は発達せず、卵巣の発達への道が開かれる。それでもなお、SRY遺伝子の欠如やSOX9遺伝子のサイレンシングだけでは、胎児の性分化を女性方向に引き起こすには不十分である。最近の研究結果は、卵巣の発達と維持は能動的なプロセスであり、「女性化促進」遺伝子FOXL2の発現によって制御されていることを示唆している[ 29 ^{]。TimesOnline版}のインタビュー[30]で^、研究の共著者であるRobin Lovell-Badgeは、この発見の意義について次のように説明している。

私たちは、生まれた時の性別、つまり精巣を持つか卵巣を持つかといった性別を維持することを当然のことと考えている。しかし、この研究は、FOXL2という単一の遺伝子の働きだけが、成人の卵巣細胞が精巣細胞に変化するのを防いでいることを示している。

人間や他の多くの動物種では、父親が子供の性別を決定します。XY性決定システムでは、女性から提供された卵子がX染色体を提供し、男性から提供された精子がX染色体またはY染色体のいずれかを提供することで、それぞれ女性（XX）または男性（XY）の子供が生まれます。

男性の親のホルモンレベルは、人間の精子の性比に影響を与える。^{[ 32 ]}母親の影響も、どの精子が受精する可能性が高いかに影響を与える。

ヒトの卵子は、他の哺乳類の卵子と同様に、透明帯と呼ばれる厚く半透明の層で覆われており、精子は卵子を受精させるためにこの層を貫通しなければなりません。かつては単に受精の妨げになるものと考えられていましたが、最近の研究では、透明帯は精子の卵子への侵入を化学的に制御し、受精卵を他の精子から保護する高度な生物学的セキュリティシステムとして機能している可能性があることが示されています。^{[ 33 ]}

最近の研究によると、ヒトの卵子は精子を引き寄せ、その遊泳運動に影響を与える化学物質を生成する可能性がある。しかし、すべての精子が好影響を受けるわけではなく、影響を受けない精子もあれば、実際に卵子から遠ざかる精子もある。^{[ 34 ]}

母親の影響によって性決定が左右対称に変化し、男女比が均等な二卵性双生児が生まれる可能性もある。 ^{[ 35 ]}

発情周期中の受精のタイミングは、ヒト、ウシ、ハムスター、その他の哺乳類の子孫の性比に影響を与えることがわかっています。^{[ 32 ]}雌の生殖器内のホルモンとpHの状態は時間とともに変化し、これが卵子に到達する精子の性比に影響を与えます。^{[ 32 ]}

胚の性別特異的死亡も発生する。^{[ 32 ]}

アリストテレスは、赤ちゃんの性別は受精時の男性の精子の熱量によって決まると誤って信じていた。彼は次のように書いている。

男性の精液は、女性の分泌物とは異なり、胚の運動を促し、最終的な栄養分を徹底的に作り出すような原理を内包しているのに対し、女性の分泌物には物質しか含まれていない。したがって、男性の要素が優勢であれば、女性の要素を自身に取り込むが、もし男性が劣勢であれば、反対の要素に変化するか、あるいは消滅する。

アリストテレスは、男性原理が性決定の原動力であると誤って主張し、^{[ 36 ]}生殖中に男性原理が十分に発現されない場合、胎児は女性として発達すると主張した。

ネッティ・スティーブンス（甲虫の研究）とエドモンド・ビーチャー・ウィルソン（半翅目の研究）は、1905年に昆虫の染色体XY性決定システム、すなわちオスはXY性染色体を持ち、メスはXX性染色体を持つという事実をそれぞれ独立して発見したとされている。^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]} 1920年代初頭、テオフィラス・ペインターは、ヒト（および他の哺乳類）の性もX染色体とY染色体によって決定され、この決定を行う染色体は精子によって運ばれることを実証した。^{[ 40 ]}

哺乳類の精巣の発達を決定する因子の存在を示す最初の手がかりは、アルフレッド・ヨスト[ ^{41 ]が行った実験から得られた。}彼は胎児ウサギを子宮内で去勢し、それらがすべて雌の表現型を獲得したことに気づいた^{[ 42 ]}。

1959年、CE Fordとそのチームは、Jostの実験を受けて、表現型は女性として成長したターナー症候群の患者を調べたところ、胎児が男性として発達するにはY染色体が必要であることを^{発見した[ 43 ]。}彼らは、これらの患者がX0（X染色体についてはヘミ接合体でY染色体がない）であることを発見した。同時に、JacobとStrongは、クラインフェルター症候群（XXY）の患者の症例を報告し^{[ 44 ]} 、 Y染色体の存在が男性の発達に関与していることを示唆した^{[ 45 ] 。}

これらの観察結果から、精巣の発達を決定する優性遺伝子（TDF）がヒトのY染色体上に存在するというコンセンサスが得られた。^{[ 45 ]}この精巣決定因子（TDF） の探索により、ピーター・グッドフェローの科学者チーム^{[ 46 ]}は1990年に男性の性決定に必要なY染色体の領域を発見し、それをSRY（Y染色体の性決定領域）と名付けた。^{[ 45 ]}