Wetenschappers weten dat geslachtsbepaling bij gewervelde dieren plaatsvindt in de geslachtscellen, de voortplantingscellen van een lichaam en de somatische cellen, de cellen die geen voortplantingscellen zijn. Toch hebben ze de mechanismen waardoor het gebeurt niet volledig begrepen. Om het proces van geslachtsbepaling van de geslachtscel beter te begrijpen, heeft een onderzoeksteam kiemcellen in kippen geanalyseerd met behulp van RNA-sequencing om het mechanisme te voorspellen dat het geslacht bepaalt. Hun onderzoek geeft inzicht in het mechanisme van geslachtsbepaling bij vogels.

Het onderzoeksteam van Hiroshima University publiceerde hun bevindingen in het tijdschrift Scientific Reports op 17 augustus 2022.

"Hoewel eerdere studies hebben aangetoond dat primordiale kiemcellen van kippen een kenmerkende eigenschap hebben bij geslachtsbepaling, blijft het mechanisme ervan onduidelijk. Om deze uitdaging op te lossen, onthulden we genexpressieprofielen van mannelijke en vrouwelijke primordiale kiemcellen afgeleid van vroege kippenembryo's en voorspelden we vervolgens de geslachtsbepalingsmechanisme", zegt Kennosuke Ichikawa, een postdoctoraal onderzoeker bij het Genome Editing Innovation Center, Hiroshima University. Dit onderzoek is het eerste dat het geslachtsbepalingsmechanisme voorspelt door de genexpressieprofielen van aviaire primordiale kiemcellen in elk embryonaal stadium te vergelijken, evenals door een stimulatietest te gebruiken.

Vogels hebben unieke mechanismen voor geslachtsbepaling, die verschillen van zoogdieren. Bij zoogdieren, die een XX (vrouwelijk)-XY (mannelijk) geslachtschromosoomsysteem hebben, hangt hun geslachtsbepaling af van de werking van het Y-chromosoom. Bij vogels, die een ZZ (mannelijk)-ZW (vrouwelijk) geslachtschromosoomsysteem hebben, hangt hun geslacht af van de werking van het Z-chromosoom. Toch blijft het moleculaire mechanisme van geslachtsbepaling onduidelijk. De ontwikkeling van de voortplantingsklieren, geslachtsklieren genaamd, tot eierstokken of testikels, en de ontwikkeling van andere geslachtskenmerken zijn ten minste gedeeltelijk autonoom. Het onderzoek van de onderzoekers naar het geslachtsbepalingsmechanisme bij vogels geeft hen inzicht in de evolutie van geslachtsbepalende mechanismen bij gewervelde dieren.

Om de mechanismen te onderzoeken die ten grondslag liggen aan geslachtsbepaling in kiemcellen van vogels, zuiverde het team mannelijke en vrouwelijke primordiale kiemcellen uit het bloed en de geslachtsklieren, met behulp van fluorescentie-geactiveerde celsortering. Met dit proces bereikten ze een zuiverheid van meer dan 96%. They determined gene expression profiles of the primordial germ cells at each developmental stage for each sex using RNA-sequencing analysis, where next-generation sequencing is used to examine the quantity and sequences of RNA in a sample. Then, the researchers predicted the sex-determination mechanism of the primordial germ cells using bioinformatic analysis, where computer tools are used to understand biological data. To evaluate the prediction, they stimulated male primordial germ cells with retinoic acid in vitro, and examined the changes in gene expression.

Before settling in the gonads, the female circulating primordial germ cells obtained from blood displayed sex-biased expression. The primordial germ cells from the gonads also exhibited sex-biased expression, and the number of female-biased genes detected was higher than that of male-biased genes. The team realized that the female-biased genes in the primordial germ cells were enriched in some metabolic processes. To reveal the mechanisms underlying this process, the researchers performed stimulation tests.

The team used retinoic acid to stimulate the cultured primordial germ cells collected from male embryos. This stimulation resulted in the upregulation—the process where a cell's components increase—of several female-biased genes. Overall, their results suggest that sex determination in avian primordial germ cells involves aspects of both cell-autonomous and somatic-cell regulation. Moreover, it appears that sex determination occurs earlier in females than in males.

"We successfully predicted female-specific potential processes and pathways in chicken primordial germ cells. We believe our data set can significantly contribute to elucidating the avian sex determination mechanism," said Ichikawa.

Looking ahead to future work, the team plans to use the data set to identify the key molecules directly inducing the feminization of chicken primordial germ cells. "The ultimate goal of this study is to elucidate the sex determination mechanism and then establish a sex selection method in chickens using genome editing targeting the key molecules," said Ichikawa. + Verder verkennen

Male-biased protein expression discovered in fruit flies