Z-Gene

von Melanie Estrella (Laborjournal-Ausgabe 3, 2010)

Nicht immer trennt ein Y-Chromosom die Geschlechter einer Art. Die Natur hat auch andere Methoden ersonnen, um Lebewesen ein weibliches oder männliches Gewand zu verleihen: Neben verschiedenen, speziellen Geschlechtschromosomen, den Gonosomen, können auch Umweltfaktoren das Geschlecht beeinflussen. So schlüpfen aus Krokodil- und Schildkrötengelegen je nach Bruttemperatur entweder weibliche oder männliche Nachkommen. Werden die tropischen Falter Hypolimnas bolina mit Wolbachia-Bakterien infiziert, zeugen sie nur weiblichen Nachwuchs.


Schlangen, Vögel, Erdbeeren

Menschen, Säugetiere, einige Eidechsen, Amphibien und Fische sowie die Pflanzen Ampfer und Lichtnelke nutzen zur Festlegung ihrer geschlechtlichen Identität das XX/XY-System. Auf dem Y-Chromosom liegt das Gen SRY, das den Mann zum Mann macht. Es codiert den Transkriptionsfaktor TDF, der die Ausbildung der Hoden aus der Anlage der Keimdrüsen in Gang setzt. Fehlt TDF, formen sich aus der Keimdrüsenanlage die Eierstöcke.

Bei Vögeln sorgt das Z-Chromosom für den kleinen Unterschied: Hähnchen besitzen zwei Z-Chromosomen, die Hennen ein Z- und ein W-Chromosom. Schlangen, einige Eidechsen, Amphibien und Fische verwenden ebenfalls das ZZ/ZW-System, des weiteren Schmetterlinge, Köcherfliegen und Erdbeeren.


Verweiblichte Hähnchen

Welches Gen bei Vögeln für die Ausprägung weiblicher oder männlicher Merkmale verantwortlich ist, entzog sich den Wissenschaftlern lange Zeit.

Erst kürzlich gelang es einem australischen Forscherteam um Andrew Sinclair, Universität Melbourne, das Männlichkeitsgen der Gefiederten zu identifizieren (Nature 2009, 461:267-71). Es ist das auf dem Z-Chromosom lokalisierte Gen DMRT1 (Doublesex and mab-3 related transcription factor 1). Das von DMRT1 codierte Protein weist ein Zinkfinger-ähnliches DNA-Bindungsmotiv auf, eine so genannte DM-Domäne.

Dass DMRT1 ein Männlichkeitsgen ist, wiesen Sinclair und Kollegen mit Hilfe von RNA-Interferenz in Hühnerembryonen nach. Genetisch männliche ZZ-Embryonen mit blockiertem DMRT1 bildeten aus ihrer Keimdrüsenanlage Ovar- anstelle von Hodengewebe. Auch die Genexpression im Keimdrüsengewebe verweiblichter Hähnchen war verändert: Der Transkriptionsfaktor SOX-9, der während der Entwicklung männlicher Vertebratenembryonen normalerweise hochreguliert ist, war erniedrigt. Die Expression des Enzyms Aromatase hingegen, das in Vertebratenweibchen die Produktion weiblicher Sexual­hormone, der Östrogene, katalysiert, war erhöht.

Beim Federvieh ist die Dosis und nicht die Anwesenheit eines gewissen Etwas für die Ausbildung der Männlichkeit entscheidend. Vogelmännchen mit zwei aktiven Kopien des DMRT1-Gens bilden männliche Geschlechtsorgane aus, nicht jedoch nur eine Genkopie besitzende Vogeldamen. Sinclair und Co vermuten, dass DMRT1 in Vögeln als Master-Gen wirkt. Es eröffnet die zur Ausbildung männlicher Organe notwendige Genkaskade.


Geschlechtsumkehr

Schon lange galt DMRT1 als Hauptverdächtiger bei der Suche nach dem Männchen machenden Vogelgen. Denn DMRT1 ist auch in anderen Organismen an der Ausbildung geschlechtsspezifischer Verhaltensweisen und Organe beteiligt. So steuern in Drosophila und Caenorhabditis elegans DMRT1-ähnliche Proteine männliches Paarungsverhalten sowie die Anlage maskuliner Sinnesorgane.

Mäusemännchen, deren DMRT1-Gen per Knockout ausgeschaltet ist, leiden an Hodenfehlbildungen. Beim Menschen kommt es bei Verlust des auf Chromosom 9 lokalisierten DMRT1-Gens zur Geschlechtsumkehr: Genetische Männer bilden weibliche Genitalien aus.

Auch Reptilien, die eine große Bandbreite geschlechtsdeterminierender Mechanismen einsetzen, nutzen DMRT1. In Embryonen Nordamerikanischer Buchstaben-Schmuckschildkröten ist die DMRT1-Expression bei Männchen erzeugenden Temperaturen erhöht. Zudem weisen japanische Geckos Gekko hokouensis vogelartig angelegte Z-Chromosomen auf, inklusive DMRT1. Bei Reptilien wie auch Amphibien liegen noch viele der genetischen und molekularen Grundlagen der Geschlechtsprägung im Dunkeln. Häufig sind noch nicht einmal die Geschlechtschromosomen bekannt, da sie sich nicht mit klassischen Verfahren, den Chromosomenanfärbungen im Karyogramm, nachweisen lassen.


Evolution der Geschlechter

Mit modernen genetischen Methoden, wie CGH (Comparative genomic hybridization) und AFLP (Amplified fragment-length polymorphism), gelang es jedoch unlängst zwei Arbeitsgruppen um Peter Koopman und Arthur Georges von der Universität in Canberra, W- und Z-Chromomen der Riesenkröte Bufo marinus und der Echse Pogona vitticeps aufzuspüren (Chromosome Research 2009, 17:1015-24; Heredity, 7. Oktober 2009 online publiziert).

So entsteht ein immer detaillierteres Bild der Geschlechtsausbildung einzelner Spezies. Durch den Vergleich des genetischen Makeups der verschiedenen Arten lässt sich auch die Evolution geschlechtsbestimmender Gene und Chromosomen noch genauer rekonstruieren.




Letzte Änderungen: 26.04.2010