I. Introduction
Le déterminisme sexuel est un sujet qui intrigue depuis longtemps. Le sexe peut être lié aux conditions environnementales lors du développement embryonnaire. Mais de nombreux organismes dans le monde animal mais aussi végétal ont deux sexes déterminés de façon génotypique et pré-zygotique avec la présence de chromosomes sexuels. Le système XY est celui qui est le plus répandu chez les mammifères. C’est notamment celui que l’on retrouve chez l’Homme, où les femelles sont homogamétiques (XX) et les mâles hétérogamétiques (XY). L'étude de l'évolution des chromosomes sexuels est aujourd'hui un axe de recherche qui attire beaucoup d’attention, et est même sujet à débats. Il y a notamment différents avis concernant leur émergence. L’hypothèse selon laquelle ils se seraient différenciés à partir d’une paire d’autosomes homologues a été suggérée très tôt (Muller et Charlesworth, 1914, Ohno, 1966,Charlesworth et Charlesworth, 1978). Les chromosomes sexuels sont donc une paire de chromosomes à part, mais le X et Y humains sont très différenciés entre eux aussi. Le X est très riche en gènes. Le Y quant à lui est beaucoup plus petit et est composé surtout d'hétérochromatine. Il est essentiel pour l'expression du phénotype mâle et porte très peu de gènes dont le gène SRY qui code pour un facteur de transcription qui active la différenciation des parties génitales mâles.
Concernant leur évolution, les chromosomes X des mammifères placentaires sont majoritairement tous très conservés. Mais le chromosome Y quant à lui, varie morphologiquement et génétiquement selon les espèces. Il a subi des modifications importantes entre -200 et -6 million d’années. Cependant différents auteurs ne s’accordent pas forcément concernant le devenir du chromosome Y (Griffin,2012). Va-t-il continuer à se dégrader progressivement jusqu’à sa disparition ? Et quelles en seraient les conséquences ?
L’objet de ce travail d’analyse est de parcourir la littérature scientifique pour mettre en évidence quels mécanismes ont été à l’origine de l’établissement du chromosome Y chez les Mammifères et en particulier chez l’Homme ainsi que de mettre en confrontation les articles qui s’essaient à prédire le devenir du chromosome Y et les conséquences d’une potentielle disparition.
II. Le chromosome Y se dégrade inexorablement
2.1. La dégradation du chromosome Y
L’arrêt de la recombinaison entre le X et le Y a débuté à partir du moment où le chromosome Y a acquis le gène SRY qui s’est différencié à partir du gène SOX3 ((Waters et al. 2007)). Le X quant à lui peut toujours recombiner avec un autre X. Le Y s'est retrouvé isolé et ne bénéficie donc plus des avantages de la recombinaison, mais cela est nécessaire pour un déterminisme sexuel stable. Il s'est dégradé et a perdu 97% de ses gènes ancestraux. Il ne mesure ainsi plus que 60Mb alors que le chromosome X, très conservé à l’échelle des mammifères mesure 165Mb. Le Y ne contient donc plus beaucoup de gènes et le peu qu'il lui reste sont en général des pseudogènes ou des copies de gènes amplifiées afin de pallier au manque de réparation de l’ADN lors de la recombinaison (Graves and al. 2006). Les deux mécanismes principaux qui contribuent à dégrader le Y sont à la fois un taux plus élevé de mutations sur celui-ci, et l'inefficacité de la sélection sur de l'ADN qui ne recombine plus avec son homologue X (Graves and al. 2006). Tous les chromosomes Y semblent soumis à la dégradation chez les mammifères mais pas à la même vitesse. Il a été montré par exemple que le Y se dégradait plus rapidement chez le chimpanzé que chez l'Homme (Hughes et al. 2013).
Les scientifiques s'accordent sur cette dégradation, mais pas sur le taux de dégradation et l'estimation du temps qu'il faudra pour que le Y ait perdu la totalité de ses gènes. Ces estimations varient entre 125 000 ans et l’infini. Si on utilise une représentation linéaire de la dégradation du Y avec un taux de 3.3 gènes disparus par million d'années, on obtient une prédiction de son extinction dans 14 Millions d’années chez l'Homme. Mais ce taux ne peut pas être uniforme dans le temps. Il a été supposé que plus le Y perd de ses gènes, plus son taux de dégradation augmente. Mais plus le Y se dégrade, plus la sélection positive devient importante. Des gènes avantageux vont devenir de plus en plus difficiles à perdre car ils auront une fonction capitale et unique. Des modélisations mathématiques montrent qu'il y a une diminution de la vitesse de dégradation au cours du temps quelle que soit la méthode utilisée (Bachtrog et al. 2008)). Le taux de dégradation va aussi varier en fonction des différentes parties du chromosome Y, des lignées, de la taille de la population, et en fonction du temps de génération de l'espèce. Ce qui pourrait expliquer la différence de dégradation entre l'Homme et le Chimpanzé (Hughes and al. 2013). Toutes ces variables rendent difficile les prédictions de l'extinction du Y, sachant qu’il y a toujours aussi une part d'imprévisibilité. Mais certains scientifiques comme Jennifer Marchal Graves, expriment qu'il y a peu de chance que le Y ait atteint une phase d’équilibre et qu’il peut être mené à disparaître (Graves and al. 2006).
Il a été montré que le processus de dégradation du Y peut débuter dès sa formation. En effet chez certaines espèces, une accumulation massive des rétrotransposons au niveau des régions de détermination sexuelle à été observé sur le néo-Y et non sur le néo-X D.Chalopin et al; 2015. Cette accumulation serait dû à la suppression des évènements de recombinaison entre le X et Y et elle à tendance à remodeler la structure de l'euchromatine du Y en hétérochromatine. Cette accumulation mais également la duplication de gènes sont impliquées très tôt dans la dégénérescence des néo-Y (Steinemann M; 2005).
2.2. Vers une disparition complète du Y chez certaines espèces
Il a été démontré que le "master switch" (gène déterminant la permutation sexuelle), sur le chromosome Y est peu conservé entre les espèces de vertébrés alors que les gènes en aval de la différenciation gonadique le sont. Ces derniers peuvent déterminer à eux seuls le phénotype mâle (Waters et al. 2007). Pour mieux comprendre ces mécanismes, il faut alors se pencher sur des cas concrets existants de disparition complète du Y. Chez certaines espèces la perte de ce chromosome est considérée comme un événement indépendant, mais les mécanismes en restent inexpliqués (Bagheri-Fam et al. 2012). Des avancées récentes ont néanmoins permis de montrer qu'une surexpression du gène SOX9 grâce à la région SRY dans les cellules de Sertoli chez des souris est requise et suffisante pour déterminer le sexe des individus (Bagheri-Fam et al. 2012).
2.3. Les conséquences pour l'Homme
Il est suggéré que des hybrides intersexués ou l'infertilité dans différentes populations humaines pourraient fournir les conditions préalables à la création de nouvelles espèces d'hominidés (Graves et al. 2004). En effet dans le cas d’une extinction du Y de nouveaux gènes de détermination sexuelle auraient une forte probabilité d’évoluer et la différentiation sexuelle recommencerai comme il l’a déjà été observé chez le rats épineux (K. Griffin; 2011). Donc il n'est pas exclu que tous les gènes du Y disparaissent et que le déterminisme sexuel deviennent dépendant d'un autre chromosome ou d'un autre mécanisme (épigénétique).
III. La dégradation du chromosome Y n'est pas forcément synonyme de disparition
3.1 Les régulateurs de transcription
La reconstruction de l’évolution du Y a permis de montrer que des gènes ancestraux qui subsistent sur ce chromosome font partie d’une famille de gènes très sensibles aux phénomènes de dosages. Ces gènes ont été conservés de façon convergente chez les mammifères Placentaires et les Marsupiaux et sont présents sur le Y en plusieurs copies pour éviter de les perdre par dégradation. Ils sont largement exprimés, mais le dosage est perturbé si ils sont présents de multiples fois. Ils doivent donc être accompagnés de mécanismes de régulation et d’inactivation qui vont être sélectionnés pour éviter des baisses de fitness voir une non-viabilité de la descendance s'il y a surexpression de ces gènes (Bellott et al. 2017) .
Le contenu génétique du chromosome Y est devenu spécialisé à travers la sélection pour maintenir le dosage ancestral des gènes sur le X et Y. Il a un donc un rôle qui va au delà de la différenciation des gonades et de la spermatogénèse et serait donc, selon ce principe, essentiel pour la viabilité des mâles. Ce qui va à l'encontre des théories de dégradation du Y jusqu'à sa disparition.
De plus le Y possède des caractéristiques qui lui permettent d’éviter la dérive génétique en absence de recombinaison avec le X. En effet les régions riches en séquences répétées (palyndromes) persistent en se recombinant entre elles. Ce qui permet de conserver l’intégrité des gènes de la spermatogénèse qui résident à l’intérieur de ces répétitions et d’éviter la dégradation totale du Y. Cependant ce processus peut aussi engendrer des Y "autorecombinés" anormaux et en particulier des chromosomes à deux centromères, mais il participe fortement à la conservation du Y au cours de l'évolution(K. Griffin; 2011).
3.2 L'avantage reproductif
La spermatogenèse et d'autres fonctions liées au sexe sont contrôlées par un réseau de gènes qui peuvent être localisés à la fois sur le chromosome Y, sur des autosomes et également sur le X. Une modification au niveau de ces gènes est souvent délétère pour l'expression du phénotype et peut mener à des maladies génétiques et des descendances infertiles (Berberoglu et al; 2017)J.Engelstädter; 2008C.Tyler-Smith, 2008. Par exemple des micro-délétions au niveau de la région codant pour la spermatogenèse peuvent causer l’infertilité du sujet en fonction de son haplotype (Zheng Li et al., 2008](1395). Ces événements accentuent la dégénérescence du Y mais sont en général contre-sélectionnés et non transmis à la descendance.
Cependant chez la souris pygmée Africaine Mus minutoides, il a été observé que le Y pouvait conférer un avantage reproductif à des femelles de phénotype XY comparé à des femelle XX par une probabilité de reproduction plus élevée, des portées précoces et de grande taille liées à un taux d’ovulation plus important (Veyrunes et al. 2017). L’origine de la performance reproductrice du phénotype féminin XY n’est pas encore bien comprise mais il met en avant que le Y peut être conservé et transmis à une descendance viable mâle et femelle grâce à la particularité de certains systèmes de détermination sexuelle qui vont sélectionner positivement l’expression de certaines mutations favorables, telle qu'une mutation de permutation sexuelle pour la fitness des M. minutoides femelles.
IV. Conclusion et ouverture
Le chromosome Y s’est fortement dégradé et ne possède plus que quelques gènes qui sont essentiels pour la différenciation des mâles et pour la viabilité des individus. Cependant plusieurs cas de disparition du Y ont été observés dans la nature chez certaines espèces, mais ces cas sont isolés. Une telle disparition chez l'Homme pourrait entraîner la formation d'un nouveau proto-Y ou d'un nouveau système de détermination sexuelle. Mais les auteurs ne s'accordent pas sur le devenir du Y. Les modélisations ne permettent pas de prédire avec certitude sont évolution dans le temps, même si certains sont convaincu de sa disparition dans un futur assez proche comme J. Graves. D’autres considèrent que la dégradation, si elle a bien eu lieu jusqu’à aujourd’hui, va ralentir et aboutir à une stabilisation de l’état et de la fonction du chromosome sur le long terme Bachtrog et al. 2008. Les progrès techniques actuels permettent d’améliorer les prédictions cependant l’obstacle principal à la compréhension globale du phénomène est sa vitesse d’évolution. Toutes les espèces n'évoluent pas à la même vitesse. Il serait aussi intéressant que d'autres mécanismes écologiques et environnementaux soient pris en compte. L’évolution expérimentale serait aussi une bonne opportunité pour étudier le Y.
Cette controverse n'est cependant pas équilibrée au niveau des avis. La majorité des auteurs penchent plutôt du côté de la persistance du chromosome Y, tandis que c'est principalement J. Graves qui est du côté de sa disparition. En effet tous les documents portant son nom prennent partie pour une dégradation inexorable du chromosome Y chez l’Homme.
Le chromosome Y va-t-il disparaître ?
Introduction
Les chromosomes sexuels chez l'Homme dérivent d'autosomes homologues qui étaient de même taille et qui échangeaient des fragments chromosomiques par crossing-over lors de la division méiotique. Cependant, bien que le X ait gardé une taille constante, le Y quant à lui, a été marqué par une perte massive de matériel génétique depuis 200 million d'années, lorsque s'est mise en place la région SRY qui détermine les traits mâles. Quand cette région s'est mise en place, il y a eu un arrêt des échanges chromosomiques entre le X et ce qui deviendra le Y, ce qui entraina un arrêt des réparations sur le chromosome porteur du gène SRY, pendant que le chromosome X continuait de se réparer grâce à l'appariement avec son homologue chez les individus femelles qui ont une paire de chromosomes X dans leurs cellules somatiques. Le chromosome Y est devenu 3 fois plus petit que le X, et a perdu 90% de ses gènes.
Les chromosomes sexuels mammaliens (XX pour les femelles ou XY pour les mâles) sont un système de détermination sexuelle très répandu dans le règne animal et a été décrit par Nettie Stevens et Edmund Beecher Wilson en 1905. On le retrouve chez la plupart des mammifères, certaines espèces de diptères, et de plantes. Mais il existe aussi d'autres systèmes de déterminisme sexuel, relativement similaires, tel que le système ZW où ce sont les femelles qui sont hétérogamétiques, c'est à dire que ce sont elles qui ont des chromosomes sexuels dissemblables (ZW), alors que les mâles ont des chromosomes sexuels homogamétiques (ZZ). Ce que l'on peut retrouver chez les oiseaux et certains papillons. Mais il arrive aussi que le Y ne soit plus présent, comme chez la drosophile, où les femelles sont XX et les mâles XO, le chromosome Y étant requis uniquement pour un développement normal des mâles. Il a même été observé une totale disparition du chromosome Y chez des petits mammifères de la famille des rongeurs, le Campagnol-taupe transcaucasien (Ellobius lutescens) et deux Rats épineux du Japon (Tokudaia tokunoshimensis et Tokudaia osimensis).
C'est précisément ces trois exemples qui nourrissent les hypothèses du Dr. Jenny Graves, qui s'est récemment opposée lors d'un débat avec Dr. Jen Hughes pendant une conférence en 2011, concernant le destin du chromosome Y. Ce qui a permis de mettre en lumière une controverse qui divisent les scientifiques d'aujourd'hui, qui est : est-ce que le chromosome Y va continuer de se dégrader ou va-t-il atteindre un point d'équilibre ?
Publiée il y a plus de 8 ans par Université de Montpellier.Dernière modification il y a plus de 8 ans.