武汉大学罗孟成团队发现X 染色体上的 SDX 是雄性性别决定所必需的

性别决定是最基本的发育过程之一，因为性别是人类的第一个也是最重要的身份。在大多数哺乳动物中，生物性别由性染色体的差异决定，而雄性和雌性的常染色体是相同的。在过去的 30 年中，在哺乳动物中揭示了两种性别决定的遗传途径：睾丸决定 (SRY-SOX9-FGF9) 和卵巢促进 (RSPO1-WNT/β-catenin-FOXL2) 途径。以前的研究已经表明 SRY 是 Y 染色体中性别决定所必需的唯一基因。在性逆转患者中，46 XY 女性中约有 15% 可归因于 SRY 的突变。然而，是否存在另一种性染色体基因决定性别仍不清楚。

2021年8月2日，武汉大学罗孟成团队在Cell Research 在线发表题为”SDX on the X chromosome is required for male sex determination“的研究论文，该研究为了从 X 染色体中鉴定潜在的性别决定因素，该研究采用了一种创新的蛋白质组学方法，并在 X 染色体上鉴定了一个新的性别决定基因 SDX。该研究表明，敲除 SDX 会导致胎儿 SDX-/Y 性腺发育卵睾，并在成年 SDX-/Y 小鼠中导致雄性与雌性完全逆转。这些发现表明 X 染色体上的 SDX 需要与 SRY 合作以确保男性性别决定。

总之，基于该研究和先前关于性染色体性别决定因素的研究成果，该研究提出了性染色体基因如何决定哺乳动物性别分化的模型。作为哺乳动物性别决定的”统帅“，X 和 Y 染色体在雄性或雌性发育中共同设定方向并与常染色体协调。性别决定主要由Y染色体上的SRY和X染色体上的SDX做出。 SDX 通过促进 SRY 表达为雄性性别决定提供强烈信号。 DAX1 通过 SOX9 为雄性发育提供微弱信号，因为 DAX1 过表达没有显示 XX 雄性性别逆转。

性别决定是最基本的发育过程之一，因为性别是人类的第一个也是最重要的身份。在大多数哺乳动物中，生物性别由性染色体的差异决定，而雄性和雌性的常染色体是相同的。在过去的 30 年中，在哺乳动物中揭示了两种性别决定的遗传途径：睾丸决定 (SRY-SOX9-FGF9) 和卵巢促进 (RSPO1-WNT/β-catenin-FOXL2) 途径。以前的研究已经表明 SRY 是 Y 染色体中性别决定所必需的唯一基因。

在性逆转患者中，46 XY 女性中约有 15% 可归因于 SRY 的突变。然而，是否存在另一种性染色体基因决定性别仍不清楚。有趣的是，由于 X 染色体上未知基因的破坏，非洲侏儒鼠 Mus minutoides 表现出 XY-雌性性别逆转。 该研究为了从 X 染色体中鉴定潜在的性别决定因素，该研究采用了一种创新的蛋白质组学方法，并在 X 染色体上鉴定了一个新的性别决定基因 SDX。该研究表明，敲除 SDX 会导致胎儿 SDX-/Y 性腺发育卵睾，并在成年 SDX-/Y 小鼠中导致雄性与雌性完全逆转。这些发现表明 X 染色体上的 SDX 需要与 SRY 合作以确保男性性别决定。

SDX在雄性性别决定中的功能的潜在模型（图源自Cell Research ）

在这里，该研究优化了可以从胚胎性腺中识别性别决定蛋白的方法。为了评估染色质相关蛋白的纯度，该研究使用组蛋白 H3 作为阳性对照，使用细胞质蛋白 VDAC1 和 GAPDH 作为阴性对照。结合我们之前关于染色质相关减数分裂蛋白的蛋白质组学数据，该研究专注于一个候选基因：9430086K21Rik（也称为 PWWP3B 和 MUM1L1），它在出生后第 18 天在胚胎性腺和睾丸中显示出高丰度。根据性别决定功能如下所述，该研究将该基因重命名为 SDX（X 染色体上的性别决定基因）。该研究使用自制的抗体，验证了 SDX 与染色质相关。

该研究进一步分析了性别决定过程中 SDX 的表达模式。实时定量 PCR（RT-qPCR）结果显示 SDX 早在性别决定开始时就表达。SOX9 是 SRY 的直接下游靶标。联合免疫染色结果表明 SDX 主要定位于 E11.5 和 E13.5 雄性性腺体细胞的细胞核。有趣的是，在胚胎和出生后睾丸的支持细胞中，SDX 与 SOX9 共定位。相反，在胎儿或出生后的卵巢中未检测到 SDX 蛋白。这些数据表明 SDX 可能在支持细胞的性别决定和维持功能中发挥关键作用。

为了揭示 SDX 在性别决定中的生物学功能，该研究使用常规背景小鼠模型 C57BL/6 (B6) 来生成条件敲除小鼠，该研究使用生殖细胞特异性 cre 转基因获得了完整的 SDX 敲除小鼠（SDX-/Y）。表型分析表明，大约 25%（20 只中的 5 只）的 SDX-/Y 成年小鼠完全性别逆转，雌性内生殖器和外生殖器均发育。SDX-/Y 雌性携带 Y 染色体，这被三个 Y 染色体特异性基因（ZFY、DDX3Y、RBMY）证实。未逆转的 SDX-/Y 雄性表现出严重的生精缺陷，它们的睾丸比野生型同窝仔小得多。

为了研究雄性到雌性性别逆转的原因，该研究检查了 E13.5 和 E15.5 胚胎性腺中的睾丸支持细胞标记物 SOX9 和卵巢体细胞标记物 FOXL2。在 E13.5，所有 SDX-/Y 性腺都包含 SOX9- 和 FOXL2 阳性信号。当发育成 E15.5 时，27%（11 个中的 3 个）的 SDX-/Y 性腺仅包含 FOXL2 阳性细胞，它概括了野生型雌性性腺的表达模式，表明是一个完整的雄性性腺对雌性的性逆转。这些数据表明 SDX 对于雄性性别决定是必要的。

接下来，该研究对雄性性别分化过程中的 SDX+/Y 和 SDX-/Y 性腺进行了转录组分析。在 E11.5，许多基因在 SDX-/Y 性腺中发生了显著改变。SRY 及其下游靶基因 SOX9 的表达水平在 SDX-/Y 性腺中显著降低。在性别决定期间，SRY 降至野生型对照水平的约 30%。在 E13.5 的 SDX-/Y 性腺中，Sox9 和 AMH 的表达水平也显著低于 SDX+/Y 雄性性腺中的表达水平，表明雄性发育途径发生了障碍。

为了确定 SDX 是否以直接方式而不是通过影响 SRY 的上游调节剂来调节 SRY-SOX9-FGF9 的雄性途径，该研究探索了这些蛋白质在性别决定途径中 SRY 上游的表达谱。RNA-Seq 和 RT-qPCR 数据都表明，这些已知的上游因子，如 WT1、SF1、JMJD1A，在敲除小鼠和野生型小鼠的性腺之间没有显著差异。该研究还分析了卵巢相关基因的转录水平，没有显示出显著差异。只有 SRY 及其下游因子（如 SOX9 和 AMH）的转录显著减少。进一步的共免疫荧光分析显示，在 E11.5 的 SDX-/Y 性腺中 SOX9 阳性细胞的数量急剧下降，这与 RNA 表达数据一致。

由于 SDX 对于小鼠的雄性性别决定是必需的，该研究推断它在人类性别决定中的作用可能类似。通过贝叶斯系统发育分析，该研究发现 SDX 在真兽类哺乳动物中高度保守，尤其是在小鼠和人类之间。在大多数哺乳动物物种中，SDX 位于 X 染色体上。SDX 蛋白在人和小鼠之间显示其 PWWP 域的 84% 同一性，这是迄今为止唯一表征的域。该研究进一步对人睾丸中的 SOX9 和 SDX 进行免疫染色，发现 SDX 与 SOX9 在人支持细胞中完全共定位，这与小鼠中的相同。这些数据强烈暗示 SDX 在人类性别决定中起着重要作用。

众所周知，Y染色体决定了雄性的性别。默认情况下，个体在没有 Y 染色体的情况下发育为雌性。在哺乳动物中，XX、XY 或 XO 个体都可以存活，但 YY 或 YO 个体不能。因此，研究单独的 X 染色体是否是体内性别决定所必需的具有技术挑战性。尽管 X 染色体上的两个基因（DAX1 和 SOX3）与性别决定有关，但对于雄性性别决定来说，这两个基因都不是必不可少的。SOX3 的缺失对性别发育没有影响。DAX1 的缺乏不会导致人类和常规背景小鼠的性别逆转。此外，DAX1 在人和小鼠中过表达时显示出保守的抗睾丸功能。在这里，该研究在 X 染色体上鉴定了一个新的雄性性别决定基因 SDX，表明 X 染色体在雄性性别决定中起重要作用。

有趣的是，成年 SDX-/Y 小鼠表现为雄性或雌性。该研究没有发现任何带有卵睾或部分雄性和部分雌性的中间体。在 E15.5，一些 SDX-/Y 性腺仅包含 FOXL2 阳性细胞，这些小鼠将发育为完全性别逆转的雌性。对于其他 SDX-/Y 小鼠，E15.5 卵睾含有超过阈值的 SOX9 阳性细胞的那些将产生睾丸，并且它们将发育为雄性。

基于该研究和先前关于性染色体性别决定因素的研究成果，该研究提出了性染色体基因如何决定哺乳动物性别分化的模型。作为哺乳动物性别决定的统帅，X 和 Y 染色体在雄性或雌性发育中共同设定方向并与常染色体协调。性别决定主要由Y染色体上的SRY和X染色体上的SDX做出。SDX 通过促进 SRY 表达为雄性性别决定提供强烈信号。DAX1 通过 SOX9 为雄性发育提供微弱信号，因为 DAX1 过表达没有显示 XX 雄性性别逆转。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41422-021-00539-0！