Bei Säugetieren beruht die Unterscheidung zwischen Mann und Frau auf chromosomaler Ebene auf den X- und Y-Chromosomen. Typischerweise haben Frauen zwei X-Chromosomen (XX), während Männer ein X- und ein Y-Chromosom (XY) haben. Das Sry-Gen auf dem Y-Chromosom löst die Bildung der Hoden aus. Es gibt jedoch eine Handvoll Nagetierarten, bei denen das Y-Chromosom verschwunden ist und das Sry-Gen mitgenommen hat. Der Mechanismus, durch den die Hodenentwicklung bei diesen Arten erfolgt, ist nicht vollständig verstanden und Gegenstand vieler Forschungen.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Asato Kuroiwa von der Universität Hokkaido hat die genetische Grundlage für die sexuelle Differenzierung in der Amami-Stachelratte aufgedeckt, einer der Arten, denen ein Y-Chromosom und das Sry-Gen fehlen. Ihre Entdeckungen wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences.
Die Amami-Stachelratte ist ein vom Aussterben bedrohtes Nagetier, das nur auf Amami Oshima, Japan, vorkommt. Sie ist neben ihrer nahen Verwandten, der Tokunoshima-Stachelratte, sowie der transkaukasischen Maulwurfsmaus und der Zaisan-Maulwurfsmaus, eines von nur vier Säugetieren, denen ein Y-Chromosom fehlt. Bei der Amami-Stachelratte fehlt das Sry-Gen vollständig; somit hat das Tier unabhängig von Sry einen neuartigen geschlechtsbestimmenden Mechanismus entwickelt.
Das Forschungsteam sammelte Gewebeproben von drei männlichen und drei weiblichen Amami-Stachelratten und verwendete sie, um Genomsequenzen für jedes Individuum zu generieren. Intensive Analysen enthüllten eine DNA-Sequenzduplikation, die nur bei den Männchen vorhanden war. Diese duplizierte Region befand sich stromaufwärts des Gens Sox9 auf Chromosom 3.
Bei Säugetieren ist Sox9 das Ziel von Sry und für die Differenzierung der Hoden verantwortlich. Es wurde im Detail untersucht, und viele regulatorische Elemente, die die Expression von Sox9 kontrollieren, sind bekannt.
Die Forscher entdeckten, dass die Sequenzverdopplung in Amami-Stachelratten ein neues regulatorisches Element war, das Sox9 in Abwesenheit von Sry hochregulierte. Sie konnten seine Position auf den Chromosomen relativ zu Sox9 kartieren und bestätigten, dass es einem potenziellen Sox9-Enhancer in Mäusen namens Enh14 ähnelt. Sie vermuten, dass die beiden Kopien von Enh14 zusammenarbeiten, um die Expression von Sox9 hochzuregulieren. Als sie die Sequenz durch Gen-Editing-Technologie in Mäusegenome einführten, zeigten die weiblichen (XX) Mäuseembryos eine Genexpression, die die Hodenbildung induzierte.
Diese Studie ist die erste Entdeckung eines männlichen spezifischen genetischen Elements, das in direktem Zusammenhang mit dem geschlechtsbestimmenden Mechanismus bei Säugetieren steht und von Sry unabhängig ist. Es zeigt, dass sich der Geschlechtsbestimmungsmechanismus in der Amami-Stachelratte auf Chromosom 3, ein Autosom, verlagert hat – das erste Beispiel einer Translokation des Geschlechtsbestimmungsmechanismus bei Säugetieren.
Zukünftige Arbeiten werden sich darauf konzentrieren, den genauen Mechanismus zu untersuchen, nach dem Enh14 wirkt, sowie andere Elemente dieses neuartigen Mechanismus zu identifizieren. Es ist jedoch nicht bekannt, ob dieser Mechanismus auf alle vier Nagetierarten ausgedehnt werden kann, denen ein Y-Chromosom fehlt, insbesondere auf die entfernt verwandten Maulwürfe.
Mehr Informationen:
Terao, Miho et al, Der Turnover von Säugetier-Sexchromosomen in der Sry-defizienten Amami-Stachelratte ist auf eine männlich-spezifische Hochregulierung von Sox9 zurückzuführen, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2211574119.