Bar-Ilan Universiteit: uit onderzoek blijkt dat één enkele DNA-letter een volledige geslachtsverandering teweeg kan brengen

Foto Bar-Ilan Univeristeit

Onderzoekers van de Bar-Ilan Universiteit hebben ontdekten dat het veranderen van slechts één letter in het DNA de geslachtsontwikkeling bij muizen volledig kan veranderen. In de nieuwe studie, gepubliceerd in Nature Communications, zorgde de insertie van één letter in een niet-coderend regulerend gebied ervoor dat XX-muizen, die normaal gesproken vrouwtjes zouden worden, zich in plaats daarvan ontwikkelden tot mannetjes met testikels en mannelijke geslachtsorganen.

De bevinding is bijzonder opmerkelijk omdat de mutatie niet in een gen zelf werd aangebracht, maar in een ver verwijderd stuk DNA dat een belangrijk ontwikkelingsgen helpt reguleren. De studie benadrukt de belangrijke rol van het niet-coderende genoom – de 98 procent van het DNA dat geen eiwitten produceert, maar wel helpt reguleren wanneer en hoe genen worden aan- en uitgezet.

"Dit is een opmerkelijke ontdekking, omdat zo'n kleine verandering – slechts één DNA-letter van de ongeveer 2,8 miljard – voldoende was om een ​​dramatische ontwikkelingsuitkomst te veroorzaken", aldus Dr. Nitzan Gonen van de Mina en Everard Goodman Faculteit Levenswetenschappen en het Instituut voor Nanotechnologie en Geavanceerde Materialen aan de Bar-Ilan Universiteit. "Het laat zien dat niet-coderend DNA een grote invloed kan hebben op ontwikkeling en ziekte."

Dr. Nitzan Gonen

De mutatie werd geïntroduceerd in een regulerend element genaamd Enh13, dat de activiteit van Sox9 reguleert, een gen dat essentieel is voor de ontwikkeling van de testikels. Voor een normale ontwikkeling van de eierstokken moet Sox9 uitgeschakeld blijven. De onderzoekers ontdekten dat Enh13 fungeert als een soort moleculaire schakel: bij mannen binden factoren die de ontwikkeling van de testikels bevorderen zich eraan en activeren Sox9, terwijl bij vrouwen factoren die de ontwikkeling van de eierstokken bevorderen zich eraan binden en Sox9 onderdrukken.

Toen de onderzoekers de mutatie introduceerden met behulp van CRISPR-genbewerking, faalde die vrouwelijke onderdrukking. Als gevolg hiervan werd Sox9 geactiveerd in XX-muizen en ontwikkelden zich testikels, wat leidde tot een volledige interne en externe mannelijke ontwikkeling.

Het team creëerde verschillende muismodellen met zeer kleine mutaties in Enh13, waaronder een insertie van één basepaar en een deletie van drie baseparen. Beide mutaties zorgden ervoor dat XX-muizen testikels ontwikkelden. De onderzoekers gebruikten vervolgens reporterassays met cellijnen om te begrijpen hoe de mutatie het normale regulatiemechanisme verstoorde.

De studie bouwt voort op eerder werk van dezelfde groep, gepubliceerd in 2024, waaruit bleek dat andere kleine mutaties in hetzelfde regulerende element het tegenovergestelde effect konden hebben, waardoor XY-muizen zich tot vrouwtjes ontwikkelden. De bevindingen suggereren gezamenlijk dat Enh13 een dubbele rol speelt: het fungeert als een enhancer bij de mannelijke ontwikkeling, maar moet tegelijkertijd worden onderdrukt bij de vrouwelijke ontwikkeling.

Naast het belang voor de fundamentele biologie, kan het onderzoek belangrijke implicaties hebben voor mensen met een ontwikkelingsstoornis van het geslacht (DSD), een groep aandoeningen die wereldwijd ongeveer 1 op de 4000 geboorten treft. Meer dan de helft van de DSD-gevallen heeft nog steeds geen genetische diagnose, zelfs niet na het sequencen van de eiwitcoderende delen van het genoom.

"Onze bevindingen tonen aan dat het niet voldoende is om alleen naar genen te kijken", aldus Elisheva Abberbock, de promovenda die het onderzoek leidt. "Belangrijke ziekteverwekkende mutaties kunnen zich ook in het niet-coderende genoom bevinden, in DNA-regio's die de genactiviteit reguleren in plaats van eiwitten te coderen."

De onderzoekers denken dat Enh13 slechts het begin is en dat veel meer regulerende regio's in niet-coderend DNA betrokken kunnen zijn bij geslachtsbepaling en andere ontwikkelingsstoornissen. Ze werken er nu aan om deze regio's systematisch te identificeren en hun functie te testen.

Het onderzoek werd geleid door Elisheva Abberbock samen met andere onderzoekers van de Bar-Ilan Universiteit. Tot de medewerkers behoorden dr. Ariel Afek van het Weizmann Instituut en dr. Francis Poulat van de Universiteit van Montpellier. Het onderzoek werd gefinancierd door de Israëlische Wetenschapsstichting en een ERC Starting Grant.