Geschlechtschromosomen in Evolution und Entwicklung

Bei vielen Arten tragen spezialisierte Geschlechtschromosomen, wie X und Y bei Säugetieren oder Z und W bei Vögeln (in diesem Fall sind Weibchen ZW, Männchen ZZ), die Gene, die zur Entwicklung eines Männchens oder Weibchens führen. Obwohl sie aus normalen Chromosomenpaaren stammen, unterscheiden sich Geschlechtschromosomen im Laufe der Evolution oft sehr stark voneinander: Y- und W-Chromosomen degenerieren (d. h. sie verlieren die meisten ihrer Gene); um diese fehlenden Gene auszugleichen, kann die Expression von Genen auf X- und Z-Chromosomen verändert werden, wodurch sichergestellt wird, dass Männchen und Weibchen beide ein ausgewogenes Expressionsniveau haben. Dieses Phänomen wird Dosiskompensation genannt und ist bei Säugetieren und Insekten gut beschrieben.Viele Aspekte des Zusammenspiels zwischen der Evolution der Geschlechtschromosomen, dem Erwerb der Dosiskompensation und dem Lebenszyklus des Organismus sind noch nicht vollständig verstanden. Unsere Arbeit wird einige dieser Wissenslücken schließen. Erstens wissen wir, dass ständig neue Geschlechtschromosomen entstehen, aber wie neue geschlechtsbestimmende Gene auf diesen Chromosomen entstehen und wie sie in die Embryonalentwicklung, einen streng regulierten Prozess, eingebaut werden, ist noch nicht vollständig verstanden. Wir werden daher zunächst untersuchen, wie ein komplexes Signalnetzwerk zur Geschlechtsbestimmung bei Drosophila herangezogen wurde. Selbst in Modellorganismen mit gut beschriebenen Mechanismen der Dosiskompensation gibt es ein ungelöstes Paradoxon: Eine Dosiskompensation kann erst hergestellt werden, nachdem der Embryo begonnen hat, seine eigenen Gene zu exprimieren und sein eigenes Geschlecht herausgefunden hat, was zu Dosisungleichgewichten in der sehr frühen Entwicklung führt. Wie solche Ungleichgewichte in einem so streng regulierten Stadium gehandhabt werden, ist fast völlig unbekannt und wird der zweite Schwerpunkt unserer Arbeit sein. So paradox diese Ungleichgewichte in frühen Embryonen auch sein mögen, sie verblassen im Vergleich zu dem, was bei Hühnern passiert, wo nur die von der Mutter bereitgestellte Kopie des Genoms von jungen Embryonen zur Genexpression verwendet zu werden scheint. Da weibliche Embryonen von ihren Müttern nur ein degeneriertes W-Chromosom erben (aber kein großes Z- Chromosom), ist unklar, wie eine solche Teilaktivierung möglich ist, und dies wird hier ebenfalls untersucht. Schließlich werden wir untersuchen, warum X-Chromosomen während der Spermienproduktion vieler Arten weggepackt sind und keine Genexpression erzeugen können. Insbesondere werden wir neue Einzelzelltechnologien nutzen, um zu testen, ob eine ähnliche Inaktivierung bei Arten mit ZW-Geschlechtschromosomen auftritt, etwas, das bisher nicht umfassend untersucht wurde.