Die molekulare Basis der Geschlechtsbestimmung in Nothobranchius furzeri

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Englert
• Fachliche Zuordnung: Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428793369

Die Geschlechtsbestimmung ist im Gegensatz zu anderen entwicklungsbiologischen Prozessen wie der Spezifikation der Körperachsen oder der Augenentwicklung ein extrem plastisches Phänomen. Sie kann durch Signale aus der Umwelt oder genetisch sowie durch eine Kombination von beiden initiiert werden. Besonders bei den Fischen gibt es eine bemerkenswerte Diversität in der Geschlechtsbestimmung. Hier geht es am Beispiel des kurzlebigen afrikanischen Killifisch Nothobranchius furzeri um einen genetischen Geschlechtsbestimmungsmechanismus. Wegen seiner kurzen Lebensspanne hat sich N. furzeri zu einem Modellorganismus in der Alternsforschung entwickelt. Bisherige Arbeiten haben gezeigt, dass N. furzeri ein XX/XY Geschlechtsbestimmungssystem besitzt. Unsere Daten legen nahe, dass in dieser Spezies Gdf6Y, ein Mitglied der Tgf-β Familie als Männlichkeits-determinierender Faktor fungiert. Die Inaktivierung von gdf6Y führt zur Geschlechtsumkehr, von männlich zu weiblich. Allerdings haben wir die Frage, ob Gdf6Y für die männliche Geschlechtsentwicklung ausreichend ist, noch nicht adressiert. Wir verstehen auch noch nicht, ob die Basis für die Rolle von Gdf6Y in der Geschlechtsbestimmung im Erwerb einer neuen Funktion oder in veränderter Expression liegt. Es ist außerdem unklar, wie Gdf6Y als Komponente des Tgf-β Signaltransduktionswegs in das molekulare Netzwerk integriert ist, das Geschlechtsbestimmung reguliert. Zunächst einmal wollen wir durch RT-PCR und in situ Hybridisierung genaue Informationen bezüglich des zeitlichen und räumlichen Expressionsmusters von gdf6Y und seinem X-chromosomal kodierten Gegenstück gdf6 gewinnen. Zweitens wollen wir gdf6Y unter der Kontrolle verschiedener Promotoren überexpremieren und fragen, ob dies ausreichend ist, um das Geschlecht von weiblich zu männlich zu ändern. Drittens wollen wir klären, ob die unterschiedlichen mRNA Spiegel von gdf6Y und gdf6 zum Zeitpunkt des Schlüpfens durch das Fehlen einer microRNA Bindestelle in der gdf6Y mRNA bedingt sind. Als einen zentralen Aspekt des Antrags wollen wir viertens durch Transkriptomanalysen die Zielgene von Gdf6Y identifizieren. Schließlich wollen wir untersuchen, inwieweit die Rolle von Gdf6 evolutionär konserviert ist. Unsere bisherigen Daten legen nahe, dass der Verlust der gdf6 Funktion zu Anomalien in der Entwicklung des Auges und des Skelett führt. Ähnliche Auffälligkeiten werden bei menschlichen Patienten mit GDF6 Mutationen beobachtet. Durch Inaktivierung von gdf6 in N. furzeri wollen wir ein Tiermodell generieren, das die Erforschung menschlicher Krankheiten erlaubt, die mit GDF6 Inaktivierung verbunden sind. Zusammengefasst wollen wir durch die Kombination genetischer und molekularbiologischer Methoden Einblicke in die Mechanismen gewinnen, wie Gdf6Y das männliche Geschlechtsbestimmungs-programm initiiert und wie der Tgf-β Signalweg in das genetische Netzwerk integriert ist, das den so fundamentalen Prozess der Geschlechtsbestimmung steuert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen