XY / XX = Man / Vrouw* * Welke genexpressies kunnen leiden tot een sex reversal?

XY / XX = Man / Vrouw* * Welke genexpressies kunnen leiden tot een sex reversal?

Welke genexpressies kunnen leiden tot een sex reversal? Auteurs: Fransen, C.C. en Ritchi, J.P., 2015. Introductie Bij het samensmelten van maternaal en paternaal genetisch materiaal wordt bij de mens het geslacht van het nieuwe individu bepaald. De aan- of afwezigheid van een Y-chromosoom legt het verschil in geslacht vast. In het verloop van de embryonale ontwikkeling ontstaat de genitale richel, de basis voor de gonaden van beide geslachten. Het gen dat wordt aangeduid met SRY reguleert de ontwikkeling van testes en bepaalt daarmee het mannelijke geslacht. Afwezigheid van het SRY leidt tot het vrouwelijke geslacht. Er zijn echter ook afwijkingen aangetroffen bij mensen en klinisch aangetoond bij experimenten met muizen. Deze afwijkingen staan bekend onder de verzamelnaam Disorders of Sex Development (DSD). Naast geslachts-chromosomale afwijkingen worden hieronder ook sex reversals verstaan. Volgens Genetics Home Reference (2015), bestaan sex reversals uit een variëteit van clinische condities waarbij de foetale ontwikkeling niet normaal of niet volledig verloopt. De centrale vraag in ons artikel is: Welke vormen van genexpressie kunnen tijdens de geslachtsdifferentiatie leiden tot een sex reversal? Echter, om deze vraag te kunnen beantwoorden moeten we eerst weten welke genexpressies kunnen leiden tot het fenotypische geslacht dat je op basis van het karyotype zou kunnen verwachten. Resultaten Uit de epiblast ontstaan het mesoderm en de primordiale geslachtscellen. Deze migreren naar het intermediaire mesoderm. WT1, SF1 en WNT4 zijn gelegen op autosomale chromosomen, die vereist zijn voor de morfogenese van het urogenitale systeem. Volgens Genetic Home Reference (2015) spelen deze genen naast hun rol in de ontwikkeling van de nieren en bijnieren, ook een belangrijke rol in de verdere gonadale ontwikkeling. Onder invloed van de hormonen WT1 en SF1 ontwikkelt zich uit het mesoderm de somatische genitale richel, waaruit de bipotentiële gonaden ontstaan (zie Figuur 1). De somatische cellen kunnen zich nog ontwikkelen tot Sertoli (mannelijke) of granulosa (vrouwelijke) cellen (Tanaka & Nishinakamura, 2014). Zowel de vrouwelijke voorloper, het kanaal van Müller, als de mannelijke voorloper, het kanaal van Wolff, zijn aanwezig. Het sleutelgen Sex determinerende Regio op het Y chromosoom (SRY) activeert een cascade aan andere genen en hierdoor gaan de (pré)sertoli cellen zich ontwikkelen (Cools, Looijenga, Wolffenbuttel & Drop, 2009). Onder invloed van SRY ontwikkelt de indifferente gonade zich tijdens de embryonale fase richting testes, in afwezigheid van SRY ontwikkelt de gonade zich tot ovarium (Kashimada & Koopman, 2010). SRY heeft hierbij een neerwaartse regulatie op het extracellulair signaalmolecuul WNT4, die verantwoordelijk is voor de onderdrukking van de productie van testosteron (Wolpert et al., 2011). Bovendien zet het SRY vrij snel het van het autosomale chromosoom 17 afkomstige SOX9 aan (zie Figuur 2). De transcriptiefactor SOX9 bevordert, als gevolg van een opwaartse regulatie, de aanmaak van vele receptoren in de ontwikkeling van de testes, ofwel het mannelijke geslacht (Tanaka, & Nishinakamura, 2014). SF1 is verantwoordelijk voor de productie van de geslachtsgebonden hormonen testosteron en oestrogeen, die bij de organogenese betrokken zijn voor de fenotypische kenmerken van mannen en vrouwen. Door interactie van het SOX9 met WT1 en SF1 ontstaat het Anti Müller Hormoon (AMH), waardoor de regressie van het kanaal van Müller begint. De cellen van Leydig in de testes gaan het hormoon testosteron produceren dat ervoor zorgt dat het kanaal van Wolff zich verder gaat ontwikkelen (Kashimada & Koopman, 2010). Is er echter geen Y chromosoom en dus geen SRY aanwezig, dan wordt ook SOX9 niet of nauwelijks tot transcriptie aangestuurd. Het, van het X chromosoom afkomstige DAX1, is dan wel in hoge concentratie aanwezig. DAX1 verhindert de differentiatie in de richting van de testes en heeft dus een positieve terugkoppeling op de ontwikkeling van het ovarium (Mendonca, Domenice, Arnhold & Costa, 2009). DAX1 wordt dan ook gezien als het ovarium determinerend gen. Bij deze route vindt juist stabilisering van het kanaal van Müller en apoptose van het kanaal van Wolff plaats.

Bij experimenten met muizen (Kashimada & Koopman, 2010) is aangetoond dat het gen Sry, zowel in ruimte als in tijd, de differentiatie van Sertoli cellen reguleert en daarmee de mannelijke geslachtsontwikkeling bepaalt. Het gaat daarbij zowel om de aanwezigheid als voldoende expressie van Sry. Geheel ontbrekende, dan wel onvoldoende of te laat werkende Sry leidt tot ontwikkeling van het vrouwelijk geslacht. McLaren (geciteerd in Li et al., 2014) beweert dat zowel de aanwezigheid als voldoende expressie van Sry hier een rol spelen (zie Figuur 3). Sry zet binnen een dag de werking van Sox9 aan, dat op zijn beurt verantwoordelijk is voor de aanmaak van het AMH en andere op mannelijke ontwikkeling gebaseerde genexpressies. Zodra het Sox9 actief is blijft dat gedurende de ontwikkeling ook zo en wordt de activiteit van Sry juist minder. Sry zorgt er dus wel voor dat er een cascade aan andere genen wordt geactiveerd, of door een neerwaartse regulatie bijvoorbeeld op Wnt4 wordt geremd, maar daarna is zijn rol voorbij. Het Sry zal in betrekkelijk korte tijd (6 uur) een drempelwaarde moet passeren om somatische cellen tot Sertoli cellen te kunnen laten ontwikkelen (Kashimada & Koopman, 2010). Het niet bereiken van de drempelwaarde van Sry betekent bijvoorbeeld dat Wnt4 niet zal worden geremd en daardoor zal de ontwikkeling naar het vrouwelijk geslacht worden voortgezet. Volgens Mendonca (2009) zijn disorders of sex development (DSD) van genetisch mannelijke individuen (46,XY) toe te schrijven aan diverse stadia in de vroege ontwikkeling, of aan genexpressie. Niet alleen gonadale ontwikkeling, maar ook een achterblijvende of overtollige expressie van betrokken genen kan leiden tot DSD. Uit het karyotype zou het mannelijk geslacht worden verwacht, maar bij totale gonadale dysgenese is er sprake van vrouwelijke externe en interne genitaliën. Zij zijn het gevolg van SRY deleties of puntmutaties (Mendonca et al., 2009). Mutaties in genen kunnen transcriptiefactoren beïnvloeden. Het Wilms Tumor-onderdrukker-gen (WT1) is een zinkvinger transcriptiefactor die betrokken is bij de gonadale ontwikkeling. Door mutaties in dit gen zal het WT1, op basis van de verkeerde vorm, niet goed functioneren. De expressie van WT1 blijft daardoor onder het, voor de normale ontwikkeling, vereiste niveau. Mutaties die resulteren in beperking van het SOX9 kunnen leiden tot cryptorchisme, het niet indalen van testikels, of niet volledig ontwikkelde vrouwelijke genitaliën (Mendonca et al., 2009). Ook een overproductie van hormonen kan DSD als gevolg hebben. Een grote hoeveelheid DAX1 of WNT4 zijn hier voorbeelden van. Een gedeeltelijke duplicatie van het Xp chromosoom is de oorzaak van de overproductie door deze genen. Testis DSD bij genetisch vrouwelijke individuen (46,XX) komt ook voor. Dit wordt voornamelijk toegeschreven aan een translocatie van het Y-chromosoom naar het paternale X-chromosoom (Alves, Braid, Coeli & Mello, 2010). Dit gebeurt dus al tijdens de meiose bij de vorming van zaadcellen. Hierdoor verplaatst het SRY zich naar een X-chromosoom. Bij bevruchting ontstaan dan SRY-positieve 46,XX individuen. Het SRY komt in de embryonale fase tot expressie. De cascade van geslachtsbepalende genen van een somatische afkomst wordt dan ook op gang gezet, met een fenotypische mannelijke ontwikkeling tot gevolg. Er is ook een kleine groep SRY-negatieve 46,XX patiënten, die zowel testis- als ovariumweefsel bezitten (Alves et al., 2010). Discussie Bij de transcriptie en de daarbij aanwezige hormonen wordt het uiteindelijke geslacht bepaald. Op basis van de optimale werking van de hormonen kan worden geconcludeerd dat aanwezigheid op zich niet voldoende is. Alleen als de juiste stoffen binnen hun eigen tolerantiegebied en op tijd aanwezig zijn kan een differentiatie volgens de verwachting van het karyotype plaatsvinden. Maar er zijn ook andere redenen voor een DSD, zoals een defect in een metabolisme, of een defect in de synthese of de bouw van receptoren van hormonen (Mendonca et al., 2009). Daarnaast zijn er ook afwijkingen bekend waarbij het aantal chromosomen ongelijk is aan 46. Uit de medische achtergrond van de door ons gekozen artikelen blijkt dat de reden voor DSD onderzoek voortkomt uit een onvervulde kinderwens die bij een arts wordt gemeld. Pas dan blijkt er een verschil te zijn in het fenotype en het genotype van de patiënt. Kortom er blijft nog een groot gebied open voor nader (literatuur)onderzoek.

Referenties Alves, C., Braid, Z., Coeli, F.B., & Mello, M.P. (2010). 46,XX Male Testicular Disorder of Sexual Differentiation (DSD): hormonal, molecular and cytogenetic studies. Arq Bras Endocrinol Metabol. 54(8), p.685-689. Geraadpleegd op 8 juni 2015 via http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21340153 Cools, M.L., Looijenga, L.H.J., Wolffenbuttel, K.P. & Drop, S.L.S. (2009). Aandoeningen van de geslachtsontwikkeling: genetische basis, terminologie en het risico van de ontwikkeling van kiemceltumoren. Tijdschrift voor Geneeskunde, 65(16), p.709-722. doi:10.2143/tvg.65.16.2000593 Genetic Home Reference (2015). A service of the U.S. National Library of Medicine. Geraadpleegd op 27 mei 2015 via http://ghr.nlm.nih.gov/gene/sry#conditions Kashimada K. & Koopman P. (2010). Sry: the master switch in mammalian sex determination. Development. 2010 Dec;137(23):3921-30. doi:10.1242/dev.048983 Li T., Wu Q., Zhang C., Li W., Zhou Q., Jiang W., & Cui Y. (2014). 46,XX testicular disorder of sexual development with SRY-negative caused by some unidentified mechanisms: a case report and review of the literature. BMC Urology 14:104. doi:10.1186/1471-2490-14-104 Mendonca, B.B., Domenice, S., Arnhold, I.J.P., & Costa, E.M.F. (2009). 46,XY disorders of sex development (DSD). Clinical Endocrinology (Oxford), 70(2):173-87. doi:10.1111/j.1365-2265.2008.03392.x Tanaka, S.S. & Nishinakamura, R. (2014). Regulation of male sex determination: genital ridge formation and Sry activation in mice. Cellular and Molecular Life Sciences 71(24):4781-802. doi:10.1007/s00018-014-1703-3 Wolpert, L., Tickle, C., Jessell, T., Lawrence, P., Meyerowitz, E., Robertson, E., & Smith, J. (2011). Principles of Development, 4 th ed. Oxford University Press, New York, NY.

Bijlage 1: Afbeeldingen Figuur 1: De drie fasen in de gonadale ontwikkeling. In de determinatiefase is er nog sprake van een bipotentiële gonade. Tijdens de differentiatie is de aanwezigheid van SRY bepalend voor de ontwikkeling. Door de daarop volgende aanwezigheid van geslachtsgebonden hormonen wordt uiteindelijk het uiterlijke verschil van het geslacht bij de organogenese bepaalt. Bron: http://www.embryology.ch/allemand/ugenital/popupgenital/01molec/facteurmoleculaire.html Figuur 2: De rol van SRY bij de ontwikkeling van de testis. SRY expressie in pre-sertoli cellen initieert de mannelijke gonadale ontwikkeling. SRY reguleert de expressie van andere genen. Hierbij is er een stimulerend effect (weergegeven met doorgetrokken pijlen en de +) of juist een remmend effect (weergegeven met gestippelde pijlen). Bron: Mendonca B.B., Domenice S., Arnhold I.J.P. & Costa, E.M.F. (2009). 46,XY disorders of sex development (DSD). Clinical Endocrinology (Oxford), 70(2):173-87. doi:10.1111/j.1365-2265.2008.03392.x

Figuur 3: SRY en SOX9 bepalen het mannelijk geslacht. De chronologische weergave van de geslachtsdifferentiatie wordt weergegeven in de grijze kolom. De Sry expressie piekt en verdwijnt dan weer. Intussen is wel de Sox9 expressie, dus de mannelijke ontwikkeling begonnen. Indien het Sry ontbreekt zal de vrouwelijke ontwikkeling op gang komen. Bron: Kashimada K. & Koopman P. (2010). Sry: the master switch in mammalian sex determination. Development. 2010 Dec;137(23):3921-30. doi:10.1242/dev.048983