การกำหนดเพศและการพัฒนาอวัยวะสืบพันธุ์

ก่อนที่การทำงานของระบบสืบพันธุ์จะเริ่มต้นได้ ตัวอ่อนจะต้องสร้างระบบสืบพันธุ์และกำหนดเพศให้แก่ระบบนั้น การกำหนดเพศคือกระบวนการก่อนคลอดที่เป็นระเบียบ ซึ่งตัวอ่อนที่ยังไม่กำหนดเพศจะพัฒนาเป็นอัณฑะหรือรังไข่ และอวัยวะเพศภายในและภายนอกที่สอดคล้องกัน ซึ่งเป็นการวางรากฐานโครงสร้างสำหรับการทำงานทางสรีรวิทยาของการสืบพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับอายุในภายหลัง

Definition

การกำหนดเพศคือลำดับการพัฒนาในระยะก่อนคลอด ซึ่งอวัยวะสืบพันธุ์ที่มีศักยภาพสองทาง (bipotential gonad) จะกำหนดว่าจะกลายเป็นอัณฑะหรือรังไข่ และผ่านสภาพแวดล้อมของฮอร์โมนที่เกิดขึ้น จะนำทางการแยกความแตกต่างของท่อภายในและอวัยวะเพศภายนอกไปตามแนวทางเพศชายหรือเพศหญิง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการกำหนดเพศของอวัยวะสืบพันธุ์ (การเลือกระหว่างอัณฑะและรังไข่) การควบคุมด้วยฮอร์โมนของการพัฒนาอวัยวะเพศภายในและภายนอก และสวิตช์ทางพันธุกรรมที่เริ่มต้นเส้นทางเพศชาย เป็นจุดเริ่มต้นที่เร็วที่สุดในวงจรชีวิตของการสืบพันธุ์ และกล่าวถึงสรีรวิทยาการพัฒนาตามปกติ ไม่ใช่การจัดการทางคลินิกของความแตกต่างของการพัฒนาทางเพศ

Core questions

• อะไรเป็นตัวกำหนดว่าอวัยวะสืบพันธุ์ที่มีศักยภาพสองทางจะกลายเป็นอัณฑะหรือรังไข่?
• อัณฑะของทารกในครรภ์ทำให้ระบบสืบพันธุ์มีลักษณะเพศชายได้อย่างไร?
• เหตุใดเส้นทางเพศหญิงจึงมักถูกอธิบายว่าเป็นค่าเริ่มต้นในกรณีที่ไม่มีฮอร์โมนจากอัณฑะ?

Key concepts

• อวัยวะสืบพันธุ์ที่มีศักยภาพสองทาง (bipotential/indifferent gonad)
• ยีน SRY กำหนดอัณฑะ (SRY testis-determining gene)
• ฮอร์โมนต้านมุลเลอร์ (Anti-Mullerian hormone) (สารยับยั้งมุลเลอร์)
• ท่อวูลฟ์ (Wolffian) และท่อมุลเลอร์ (Mullerian ducts)
• การพัฒนาอวัยวะเพศภายนอกที่ขึ้นกับแอนโดรเจน (Androgen-dependent external genital development)
• เส้นทางเพศหญิงที่เป็นค่าเริ่มต้น (Default female pathway)

Key theories

กระบวนทัศน์ของ Jost ในการควบคุมด้วยฮอร์โมน

งานทดลองของ Alfred Jost ได้ยืนยันว่าอัณฑะของทารกในครรภ์กระตุ้นการพัฒนาเพศชายในระบบสืบพันธุ์อย่างแข็งขันผ่านฮอร์โมนของมัน และในกรณีที่ไม่มีสัญญาณเหล่านี้ การพัฒนาจะดำเนินไปตามแนวทางเพศหญิง

SRY เป็นสวิตช์กำหนดอัณฑะ

ยีน SRY บนโครโมโซม Y เข้ารหัสโปรตีนที่จับกับ DNA ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นทางพันธุกรรมที่เริ่มต้นการกำหนดอัณฑะจากอวัยวะสืบพันธุ์ที่มีศักยภาพสองทาง

Mechanisms

อวัยวะสืบพันธุ์ในระยะแรกมีศักยภาพสองทาง เมื่อมียีน SRY ที่อยู่บนโครโมโซม Y อวัยวะสืบพันธุ์จะถูกนำไปสู่การเป็นอัณฑะ ซึ่งจะหลั่งสัญญาณสำคัญสองอย่าง: ฮอร์โมนต้านมุลเลอร์ (anti-Mullerian hormone) ซึ่งทำให้ท่อมุลเลอร์ (Mullerian ducts) (ต้นกำเนิดของระบบสืบพันธุ์เพศหญิงภายใน) ถดถอย และเทสโทสเตอโรน (testosterone) ซึ่งทำให้ท่อวูลฟ์ (Wolffian ducts) คงอยู่ และหลังจากเปลี่ยนเป็นไดไฮโดรเทสโทสเตอโรน (dihydrotestosterone) จะกระตุ้นการสร้างลักษณะเพศชายของอวัยวะเพศภายนอก ในกรณีที่ไม่มี SRY และฮอร์โมนจากอัณฑะ ท่อมุลเลอร์จะยังคงอยู่ และอวัยวะเพศภายนอกจะพัฒนาไปตามแนวทางเพศหญิง ซึ่งเป็นรูปแบบที่ Jost อธิบายจากการทดลองผ่าตัดอัณฑะในทารกในครรภ์ (jost-1979, sinclair-1990, perrett-2018)

Clinical relevance

สรีรวิทยาของการกำหนดเพศเป็นพื้นฐานว่าโครงสร้างและเพศทางฮอร์โมนของระบบสืบพันธุ์ถูกสร้างขึ้นอย่างไร และเป็นรากฐานแนวคิดสำหรับการทำความเข้าใจความแตกต่างของการพัฒนาทางเพศ ข้อมูลนี้อธิบายสรีรวิทยาการพัฒนาตามปกติเพื่อการอ้างอิง และไม่ใช่แนวทางในการวินิจฉัยหรือการจัดการบุคคลใดๆ

History

ตรรกะทางฮอร์โมนของการกำหนดเพศถูกค้นพบโดย Alfred Jost ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ผ่านการทดลองผ่าตัดอัณฑะในทารกในครรภ์และการปลูกถ่าย ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอัณฑะเป็นผู้จัดระเบียบการพัฒนาเพศชายอย่างแข็งขัน ตัวกระตุ้นทางพันธุกรรมยังไม่ถูกระบุจนกระทั่งปี 1990 เมื่อ Sinclair และคณะระบุ SRY ในบริเวณกำหนดเพศของโครโมโซม Y ของมนุษย์ ซึ่งเป็นสวิตช์โมเลกุลที่เริ่มต้นเส้นทางของอัณฑะ (jost-1979, sinclair-1990)

Key figures

• Alfred Jost
• Robin Lovell-Badge
• Peter Goodfellow
• Andrew Sinclair

Seminal works

• jost-1979
• sinclair-1990

Frequently asked questions

ยีนที่สำคัญที่สุดในการกำหนดเพศของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมคืออะไร?

SRY ซึ่งอยู่บนโครโมโซม Y ทำหน้าที่เป็นสวิตช์หลักที่นำอวัยวะสืบพันธุ์ที่มีศักยภาพสองทางให้พัฒนาเป็นอัณฑะ หากไม่มี ยีน SRY เส้นทางรังไข่จะเด่นกว่า

เหตุใดการพัฒนาเพศหญิงจึงถูกเรียกว่าเส้นทางเริ่มต้น?

เนื่องจากในกรณีที่ไม่มีฮอร์โมนที่มาจากอัณฑะ ระบบสืบพันธุ์และอวัยวะเพศภายนอกจะพัฒนาไปตามแนวทางเพศหญิง ดังที่การทดลองในทารกในครรภ์ของ Jost ได้แสดงให้เห็น งานวิจัยสมัยใหม่แสดงให้เห็นว่าเส้นทางรังไข่ก็ถูกควบคุมอย่างแข็งขันเช่นกัน แต่กรอบแนวคิดแบบคลาสสิกสะท้อนถึงบทบาทที่โดดเด่นของสัญญาณจากอัณฑะ