#Wie sich Geschlechtsunterschiede zwischen Organen entwickeln

Je nach Geschlecht haben Säugetiere unterschiedliche Merkmale, auch auf der Ebene der inneren Organe. Eine Studie zeigt nun, dass diese Geschlechtsunterschiede bei verschiedenen Tieren je nach Art, Organ und Entwicklungsstadium stark variieren. Demnach prägen sich die meisten geschlechtsspezifischen Unterschiede erst mit Erreichen der Geschlechtsreife aus. Genetische Analysen zeigen zudem, dass sich die beteiligten Gene von Tierart zu Tierart unterscheiden, was auf eine rasche Evolution hindeutet.

Weibliche und männliche Individuen unterscheiden sich körperlich nicht nur anhand ihrer Geschlechtsorgane. Auch weitere Merkmale, die nicht unmittelbar mit der Fortpflanzung zu tun haben, sind unterschiedlich ausgeprägt – vom Geweih bei männlichen Hirschen bis hin zum Prachtgefieder vieler männlicher Vögel. Dieser sogenannte Geschlechtsdimorphismus kann sich je nach Tierart auch auf innere Organe wie Leber, Niere, Herz und Gehirn erstrecken. Beim Menschen beispielsweise baut die männliche Leber Medikamente und Giftstoffe schneller ab, und bei einem Herzinfarkt treten bei Frauen meist andere Symptome auf als bei Männern.

Auf Herz und Nieren geprüft

Ein Team um Leticia Rodríguez-Montes von der Universität Heidelberg ist nun den genetischen Grundlagen solcher Geschlechtsunterschiede auf den Grund gegangen. „Bisher war weitgehend unbekannt, wie sich die genetischen Programme im Laufe der Entwicklung zwischen weiblichen und männlichen Individuen unterscheiden und welche Auswirkungen diese Unterschiede auf die Funktion und zelluläre Zusammensetzung von Organen erwachsener Säugetiere haben“, sagt Rodríguez-Montes.

„In unserer Studie haben wir das Ausmaß, die zeitliche Dynamik und die Entwicklung der geschlechtsspezifischen Genexpression während der Organentwicklung bei Menschen, Mäusen, Ratten, Kaninchen, Opossums und Hühnern untersucht“, berichten die Forschenden. Dabei fokussierten sie sich auf Gehirn, Kleinhirn, Herz, Niere und Leber. Bei den Tieren umfassten die Proben die Entwicklungsstadien vom Beginn der Organentwicklung im Mutterleib bis zum Erwachsenenalter, beim Menschen untersuchte das Team Proben verschiedener Embryonalstadien bis zur Geburt.

Ähnliche Entwicklung bis zur Geschlechtsreife

Das Ergebnis: Bei allen untersuchten Säugetierspezies fanden sich bis zum Erreichen der Geschlechtsreife kaum geschlechtsspezifische Unterschiede zwischen den Organen. „Fast alle Unterschiede bei der Genexpression entstehen schlagartig erst mit der Geschlechtsreife. Das heißt, dass die genetischen Programme, die für die Ausbildung geschlechtsspezifischer Organeigenschaften verantwortlich sind, fast ausschließlich spät in der Entwicklung der Organe angeschaltet werden, ausgelöst von weiblichen oder von männlichen Hormonen“, berichtet Rodríguez-Montes Kollege Henrik Kaessmann.

„Dieses Ergebnis war für uns überraschend“, erklärt Co-Autorin Margarida Cardoso Moreira vom Francis Crick Institute in London. „Wir hatten zwar erwartet, dass die meisten Unterschiede im Erwachsenenalter auftreten, weil dann die Geschlechtsunterschiede am deutlichsten zu erkennen sind, aber wir hatten vermutet, dass die Geschlechtsunterschiede während der Organentwicklung allmählich zunehmen und nicht abrupt um die Geschlechtsreife herum.“ Bei Hühnern jedoch zeigte sich ein umgekehrtes Muster: Rund zwei Drittel aller geschlechtsdimorphen Gene zeigten bereits zu Beginn der Organentwicklung eine unterschiedliche Aktivität. Nur bei zehn Prozent traten die Unterschiede erst im Erwachsenenalter zu Tage.

Unterschiede variieren je nach Tierart und Organ

Zusätzlich ergab die Analyse, dass die Geschlechtsunterschiede je nach Tierart bei unterschiedlichen Organen besonders stark ausgeprägt sind. So zeigten sich bei Kaninchen die größten Unterschiede beim Herzen, bei Ratten und Mäusen hingegen bei den Nieren, bei Opossums bei der Leber und bei Hühnern im Gehirn. Die genetischen Analysen enthüllten zudem, dass die Unterschiede zwar jeweils die gleichen Zelltypen betreffen, jedoch durch unterschiedliche Gene zustande kommen. Daraus schließen die Forschenden, dass sich die Geschlechtsunterschiede auf genetischer Basis im Laufe der Evolution schnell und artspezifisch entwickelt haben. Nur auf den X- und Y-Chromosomen weisen einige Gene über alle Säugetiere hinweg geschlechtsspezifische Unterschiede auf. „Diese dienen wahrscheinlich als grundlegende genetische Auslöser für die Entwicklung von geschlechtsspezifischen Merkmalen bei allen Säugetieren“, sagt Rodríguez-Montes.

Die Ergebnisse helfen zum einen, Unterschiede zwischen weiblichen und männlichen Individuen besser zu verstehen und beispielsweise in der medizinischen Behandlung von Frauen und Männern verstärkt zu berücksichtigen. „Zudem haben sie Auswirkungen darauf, wie wir Tiermodelle nutzen, um Geschlechtsunterschiede beim Menschen zu verstehen, denn es ist hilfreich zu wissen, dass ein bestimmter Zelltyp bei verschiedenen Arten geschlechtsdimorph ist, auch wenn es andere Unterschiede gibt“, sagt Cardoso Moreira. „Diese Forschung ist ein weiteres Teil des Puzzles, um zu verstehen, warum wir geschlechtsdimorph sind und welche Auswirkungen dies auf uns hat.“

Quelle: Leticia Rodríguez-Montes (Universität Heidelberg) et al., Science, doi: 10.1126/science.adf1046

© wissenschaft.de – Elena Bernard