Wetenschap
Nieuwe kandidaat-genen voor menselijke mannelijke onvruchtbaarheid gevonden door het ongebruikelijke voortplantingssysteem van gorilla's te analyseren
Ondanks hun formidabele lichamen missen mannelijke gorilla's een bepaald deel van hun anatomie.
Ze hebben de kleinste penissen en teelballen van alle apen, en produceren een kleine hoeveelheid sperma dat niet snel zwemt en zich ook niet gemakkelijk aan eieren bindt. In feite functioneert hun voortplantingssysteem mogelijk op het laagst mogelijke niveau voor een zoogdier.
Omdat gorilla's een gemeenschappelijke voorouder en meer dan 98% van hun DNA met mensen delen, zou de genetica achter hun abnormale geslachtsorganen en sperma antwoorden kunnen bevatten over onvruchtbaarheid bij mannen.
Een door de Universiteit van Buffalo geleid onderzoeksteam heeft ontdekt dat sommige van dezelfde genen waarvan de mutaties aanleiding gaven tot een slecht functionerend voortplantingssysteem van mannelijke gorilla's, inderdaad ook verantwoordelijk kunnen zijn voor de onvruchtbaarheid van menselijke mannen.
In een onderzoek dat op 9 mei werd gepubliceerd in eLife identificeerden onderzoekers 109 voortplantingsgerelateerde gorilla-genen die vaak gemuteerd zijn wanneer ze aanwezig zijn bij onvruchtbare mannen. Er zijn er waarschijnlijk nog meer die nog moeten worden geïdentificeerd.
"We hebben een reeks genen die betrokken zijn bij de spermabiologie en die de handtekening hebben van schadelijke mutaties bij gorilla's. We kunnen dan naar diezelfde genen bij onvruchtbare mannen kijken en zien of ze mutaties hebben", zegt de hoofdauteur van het onderzoek, Vincent. Lynch, Ph.D., universitair hoofddocent biologische wetenschappen aan het UB College of Arts and Sciences.
"Hier fungeert het gorillagenoom in wezen als een ontdekkingsinstrument voor het vinden van kandidaatgenen voor de menselijke mannelijke vruchtbaarheid die we voorheen niet hadden kunnen identificeren."
Gorilla's hebben geen spermaconcurrentie
De kleine geslachtsdelen en het lage aantal zaadcellen van mannelijke gorilla's kunnen worden toegeschreven aan hun polygyne paringssysteem. Het intimiderende figuur van de alfamannetje zilverrug geeft hem vrijwel exclusieve toegang tot de vrouwtjes in zijn groep, zodat zijn sperma niet concurreert met het sperma van andere mannetjes binnen het vrouwelijke voortplantingsstelsel.
"Er zijn twee manieren om te strijden om partners:je kunt je lichaam of je sperma gebruiken", zegt Lynch. "De meeste zoogdieren gebruiken een combinatie van beide. Gorilla's gebruiken alleen hun lichaam."
Dit gebrek aan spermaconcurrentie heeft waarschijnlijk geleid tot de evolutie van kleine testikels met weinig spermaproducerende cellen, evenals structureel abnormaal en onbeweeglijk sperma. Dit soort schadelijke genmutaties worden normaal gesproken uit een populatie verwijderd via wat bekend staat als zuiverende selectie, maar soms is de zuiverende selectie zo soepel dat mutaties in de loop van de tijd binnen een soort worden vastgelegd.
Het door de UB geleide onderzoeksteam vroeg zich af of het identificeren van ontspannen genen bij gorilla's zou kunnen leiden tot het identificeren van genen die cruciaal zijn voor de menselijke vruchtbaarheid.
Onvruchtbaarheid treft ongeveer 5% tot 7% van de paren wereldwijd, maar de onderliggende genetica is nog niet goed begrepen. Om te beginnen zijn er ongeveer 22.000 genen in één persoon. Zelfs als er in een van deze mutaties een mutatie wordt gevonden, is het moeilijk om te weten of deze het voortplantingsvermogen beïnvloedt.
"Dus in plaats van naar alle genen van een man te kijken voor zeldzame mutaties, zou je alleen naar die genen kunnen kijken waarvan de gorilla-tegenhangers een abnormale spermabiologie veroorzaken", zegt Jacob Bowman, Ph.D., een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Lynch en de eerste van de studie. auteur.
'Relaxte' gorilla-genen zijn vaak gemuteerd bij onvruchtbare mannen
Ten eerste gebruikten onderzoekers modellen van het Center for Computational Research (CCR) van de UB om te zoeken naar kenmerken van ontspannen zuiverende selectie in een dataset van meer dan 13.000 genen van 261 zoogdieren. Van deze genen vertoonden 578, oftewel 4,3%, dergelijke kenmerken in de gorilla-afstamming.
Om te bepalen welke van deze ontspannen gorillagenen de mannelijke vruchtbaarheid beïnvloeden, heeft het team ze verwijderd uit de fruitvlieg, Drosophila melanogaster.
"De meeste genen die belangrijk zijn voor de voortplantingsbiologie zijn bewaard gebleven bij veel verschillende soorten, waaronder Drosophila, en je kunt deze verlies-van-functie-experimenten op grote schaal uitvoeren in Drosophila op een manier die je niet kunt doen bij andere organismen", zegt Lynch. zegt.
Het onderdrukken van deze genen bij fruitvliegjes bevestigde dat veel ervan cruciaal zijn voor de mannelijke voortplantingsfunctie, waaronder 41 genen die niet eerder in verband werden gebracht met de mannelijke vruchtbaarheid.
Vervolgens vergeleken onderzoekers de ontspannen gorillagenen met een genomische database met 2.100 onvruchtbare mannen, van mensen met een laag aantal zaadcellen tot geen sperma. In totaal ontdekten ze dat 109 van de ontspannen gorilla-genen significant verrijkt waren voor functieverliesmutaties bij onvruchtbare mannen, wat erop wijst dat deze genen waarschijnlijk geassocieerd zijn met menselijke onvruchtbaarheid.
"Nog maar een paar jaar geleden waren er niet genoeg genomen en rekenkracht om dit soort onderzoeken uit te voeren", zegt Lynch. "Naarmate de wetenschap meer genetische gegevens verzamelt, zullen we beter begrijpen waarom onvruchtbaarheid optreedt."