Geslachtsbepalend gen nu zeer nauwkeurig gelocaliseerd; Wat maakt een man een man?

Britse onderzoekers hebben een nieuw gen naar voren geschoven als kandidaat voor de 'testis-determinating factor'. Dat is het gen dat in een embryo de geslachtelijke differentiatie tot man op gang zet. De Britten zijn verbonden aan twee samenwerkende laboratoria voor moleculair genetica, dat van het Imperial Cancer Research Fund en dat van het National Institute for Medical Research, allebei in Londen.

Al in 1959 is er ontdekt dat het Y-chromosoom bij de geslachtsdifferentiatie essentieel is en sindsdien is er op dit chromosoom dat in vergelijking met de andere chromosomen vrijwel 'leeg' is onophoudelijk gezocht naar dit bewuste gen.

De geslachtsdifferentiatie van een menselijk embryo doet zich pas rond de zesde week na de bevruchting voor. Dan ontwikkelt de nog onbepaalde geslachtsklier zich verder tot de testes (zaadklieren) of tot de ovaria (eierstokken). De verdere geslachtsbepaling gebeurt grotendeels hormonaal, uitgaande van de geslachtsorganen.

Ieder embryo met een Y-geslachtschromosoom ontwikkelt zich tot een man; een embryo zonder Y-chromosoom (XX of ook een enkel X-chromosoom) wordt een vrouw. Opmerkelijk is dat bij de vrouw een van beide X-chromosomen niet 'meedoet' aan de genetische expressie binnen de lichaamscellen het verschrompelt tot een zogeheten 'lichaampje van Barr'.

Alligator

De benaming X-chromosoom en Y-chromosoom bij zoogdieren is afkomstig van microscopisch werk: wanneer de geslachtschromosomen identiek eruit zien, noemen we ze X; verschillen ze dan heet de een X en de ander Y. Niet voor alle diersoorten geldt dat mannetjes de dragers zijn van XY-geslachtschromosomen en vrouwtjes XX. Bij vogels en vlinders zijn juist de vrouwtjes drager van ongelijksoortige chromosomen (ZW), terwijl de mannetjes ZZ dragen. Bij Drosophila's (fruitvliegjes) en ook bij sommige wormen hebben de mannetjes weliswaar een Y-chromosoom, maar toch blijkt dit chromosoom niet geslachtsbepalend. Het aantal X-chromosomen is bij deze diersoorten doorslaggevend.

Helemaal merkwaardig verloopt de geslachtsdifferentiatie bij reptielen; daar heeft de aard van het chromosoom er helemaal niets mee te maken. Bij de Mississippi-alligator ontstaan op koelere plaatsen onderin een moerasnest allemaal vrouwtjes en in de warmere bovenste helft alleen mannetjes. Ook onder laboratorium-condities wordt het geslacht van de alligator volledig door de temperatuur bepaald.

250 basen lang

Terug naar de zoogdieren. Vanaf het moment dat men wist dat zich ergens onder de tientallen miljoenen DNA-basen van het Y-chromosoom een erfelijke code voor de 'testis-determinating factor' (TDF) moest bevinden, is er hardnekkig naar gezocht. Nu, dertig jaar later, heeft zich de jacht toegespitst op een heel klein stukje DNA van maar 250 basen lang. De Britse onderzoekers zijn ervan overtuigd dat dit stukje DNA het lang gezochte TDF is.

Enigszins overmoedig hebben ze het daarom de 'sex-determinating region Y' genoemd. De tijd zal leren of ze de ware kandidaat voor de TDF te pakken hebben. Vorige kandidaat-genen hebben naast allerlei intrigerende resultaten vooral ook de nodige frustraties opgeleverd.

Zo leek het vanaf 1975 een uitgemaakte zaak dat de gezochte testis-inductor een gen op de korte arm (Yp) van het Ychromosoom was. Dat gen codeert een eiwit dat uitsluitend bij mannelijke zoogdieren in de celwand voorkomt (het H-Yantigeen). In 1984 bleek echter dat er muizen-stammen bestaan die ondanks het ontbreken van dit H-Y-gen toch testes vormen.

Zinc finger Y gene

Ook het 'zinc finger Y gene' dat David Page met zijn researchgroep in 1987 als de ware 'testis-determinating factor' naar voren schoven, bleek een valse kandidaat te zijn. Page onderzocht zeer uitzonderlijke gevallen: mannen met de geslachtschromosomen XX en vrouwen met XY. Deze mensen zijn 'spelingen van de natuur', soms zijn het volledig normale mannen en vrouwen, soms vertonen zij afwijkende secundiare geslachtskenmerken. Als een XX-embryo uitgroeit tot een mannelijk kind dan moet de 'testis determinating factor' door een uitwisseling van het vaderlijke Y-chromosoom verhuisd zijn naar het vaderlijke X-chromosoom (translocatie). Dit door de translocatie veranderde vaderlijke geslachtschromosoom levert met een moederlijk X-chromosoom een mannelijk kind op dat XX als chromosomen heeft. Zo'n uitwisseling van genetische informatie is tussen twee gewone, bijeenhorende chromosomen (de niet-geslachts chromosomen, ook wel autosomen genoemd) een normaal gebeuren.

Bij geslachtschromosomen is dat niet normaal: tussen een X-, en Y-chromosoom vindt die uitwisseling weliswaar soms plaats aan de uiteinden (daarom ook wel pseudo-autosomaal gebied genoemd), maar bij de meer centraal gelegen delen van de geslachtschromosomen gebeurt dit vrijwel nooit. Die genen zijn strikt geslachtsgebonden. XX-mannen komen daardoor hoogst zelden voor. Bij een XY-vrouw is de TDF van het Y-chromosoom juist weggevallen (deletie). Uit een analyse van dit soort gevallen van afwijkende geslachtsdifferentiatie concludeerde Page in 1986 dat de TDF gelegen moest zijn vlak naast het pseudo-autosomale gebied (interval 1). Een aantal XX-mannen bleken alleen het interval 1 te bezitten en toch waren ze tot een man uitgegroeid. In 1987 publiceerde Page in het tijdschrift Cell een nieuwe analyse die mogelijk werd door de ontdekking van een XY-vrouw die slechts de helft van het interval 1 bezat (gecodeerd 1A1). Hij concludeerde dat de TDF daarom uitsluitend in het interval 1A2 gelegen kon zijn. Daar bleek zich een gen te bevinden dat een 'zinc finger protein' codeert. 'Zinc finger proteins' zijn zink bevattende regeleiwitten die ervoor zorgen dat andere genen goed afgelezen kunnen worden. Het 'zinc finger Y gene' (ZFY) zou dus een cascade van andere genen kunnen activeren die samen nodig zijn om de complexe mannelijke geslachtelijke ontwikkeling tot stand te brengen. Vergelijkbare cascaden van elkaar beinvloedende regelgenen zijn ook bij het fruitvliegje aangetroffen. Alles leek er op te wijzen dat Page met het ZFY de enige kandidaat voor de TDF ontdekt had.

Kangoeroe

Toch werd door Britse research-groepen, dezelfde die nu hun eigen TDF-kandidaat naar voren schuiven, hard gemaakt dat ZFY onmogelijk de 'testis-determinating factor' kon zijn. In 1988 publiceerden zij een onderzoek naar het ZFY-gen bij buideldieren (zoals de kangeroe), weliswaar zoogdieren maar geen Placentalia zoals de muis en de mens. Buideldieren, die zich miljoenen jaren geleden van de Placentalia afsplitsten, waren door Page nog niet onderzocht. Ze bleken ook een ZFY-gen te bezitten, maar het bevond zich niet op het Y-chromosoom, terwijl dat chromosoom toch ook bij deze wat merkwaardige groep zoogdieren geslachtsbepalend is.

Eind vorig jaar kwamen dezelfde onderzoeksgroepen met de analyse van een aantal XX-mannen. Die bleken geen van allen het ZFY-gen te hebben. Bij deze mannen was wel een stukje Y-chromosoom dat zich vlak naast het pseudo-autosomale gebied bevindt het 1A1-interval op het X-chromosoom aanwezig. Deze resultaten pleiten sterk tegen een rol van het 'zinc finger Y gene' bij de sexe-determinatie.

In de 'Nature' van 19 juli publiceren deze research-groepen een tweetal artikelen over het verdere onderzoek naar de betekenis van het 1A1-interval voor de geslachtelijke differentiatie. Dit interval bevat een gen dat alleen bij mannen aanwezig is en alleen in de sexuele organen tot uitdrukking komt. Het komt in sterk overeenkomende vorm ook bij andere zoogdieren voor en is bij muizen precies op het juiste moment in de embryonale ontwikkeling actief is. De benaming 'sexe-determinating region Y' (SRY) is dus niet lichtvaardig gegeven. Er was nog wel een discrepantie met het eerdere onderzoek van Page, maar dit probleem wordt in deze zelfde aflevering van 'Nature' door Page zelf uit de wereld geholpen. In 1987 beschreef hij een vrouw die het hele 1A1-interval bezat. Op grond daarvan zou ze dus volgens de jongste analyses in feite een man moeten zijn. Uit Page's nieuwe analyse blijkt dat het Y-chromosoom bij deze vrouw toch nog een tweede deletie in het 1A1-interval vertoont.

Alles lijkt nu dus te kloppen. Toch moeten de ontdekkers van de 'sexe-determining region Y' toegeven dat het nog steeds mogelijk is dat niet hun SRY, maar een vlak daarbij gelegen gen de ware 'testis determining factor' vormt. Zij willen nu op korte termijn proberen een sluitend bewijs te leveren door het SRY in te bouwen in de chromosomen van een vrouwelijk muizen-embryo. Pas als het XX-embryo dan tot een mannelijke muis uitgroeit, is het bewijs geleverd.

Overigens is men dan pas toe aan de eigenlijke ontrafeling van de genetische functie van dit gen. Mogelijk leidt dat tot de ontdekking van een hele groep samenhangende genen, waarschijnlijk ook op andere chromosomen. Misschien dat we dan echt begrijpen hoe het geslacht bij zoogdieren bepaald wordt.

    • Bart Meijer van Putten