Homosexualität und Epigenetik

Leser Peter weist auf einen interessanten Artikel zu Homosexualität und Epigenetik hin:

Aus dem Abstract der dort zitierten Studie „Homosexuality as a Consequence of Epigenetically Canalized Sexual Development“

Male and female homosexuality have substantial prevalence in humans. Pedigree and twin studies indicate that homosexuality has substantial heritability in both sexes, yet concordance between identical twins is low and molecular studies have failed to find associated DNA markers. This paradoxical pattern calls for an explanation. We use published data on fetal androgen signaling and gene regulation via nongenetic changes in DNA packaging (epigenetics) to develop a new model for homosexuality. It is well established that fetal androgen signaling strongly influences sexual development. We show that an unappreciated feature of this process is reduced androgen sensitivity in XX fetuses and enhanced sensitivity in XY fetuses, and that this difference is most feasibly caused by numerous sex-specific epigenetic modifications (“epi-marks”) originating in embryonic stem cells. These epi-marks buffer XX fetuses from masculinization due to excess fetal androgen exposure and similarly buffer XY fetuses from androgen underexposure. Extant data indicates that individual epi-marks influence some but not other sexually dimorphic traits, vary in strength across individuals, and are produced during ontogeny and erased between generations. Those that escape erasure will steer development of the sexual phenotypes they influence in a gonad-discordant direction in opposite sex offspring, mosaically feminizing XY offspring and masculinizing XX offspring. Such sex-specific epi-marks are sexually antagonistic (SA-epi-marks) because they canalize sexual development in the parent that produced them, but contribute to gonad-trait discordances in opposite-sex offspring when unerased. In this model, homosexuality occurs when stronger-than-average SA-epi-marks (influencing sexual preference) from an opposite-sex parent escape erasure and are then paired with a weaker-thanaverage de novo sex-specific epi-marks produced in opposite-sex offspring. Our model predicts that homosexuality is part of a wider phenomenon in which recently evolved androgen-influenced traits commonly display gonad-trait discordances at substantial frequency, and that the molecular feature underlying most homosexuality is not DNA polymorphism(s), but epi-marks that evolved to canalize sexual dimorphic development that sometimes carryover across generations and contribute to gonadtrait discordances in opposite-sex descendants.

Im Artikel heißt es dazu:

Frühere Studien hatten bereits gezeigt, dass homosexuelle Neigungen in manchen Familien verstärkt vorkommen. Deshalb nahm man lange an, dass es so etwas wie ein „Homosexuellen-Gen“ gibt, das vererbt werden kann. Die Suche nach einer entsprechenden Erbanlage blieb allerdings erfolglos. Doch bereits seit einigen Jahren ist bekannt, dass die Eigenschaften eines Lebewesens nicht allein auf der Abfolge der DNA-Bausteine beruhen, sondern spezielle Kontrollsysteme das Erbgut ebenfalls maßgeblich beeinflussen. Diese sogenannten epigenetischen Faktoren basieren unter anderem auf chemischen Schalter-Molekülen (Methylgruppen), die auf der DNA sitzen und bestimmen, ob eine Erbanlage ein- oder ausgeschaltet ist. Manche dieser genetischen Regelelemente werden an Nachkommen weitergegeben, andere dagegen bei einer neuen Generation gelöscht.

Es ist erst einmal interessant, dass Homosexualität in bestimmten Familien stärker vorkommt. Das legt eine gewisse Vererbbarkeit nahe, also eine biologische Grundlage.  Hier sollen also bestimmte epigenetische Schalter vorliegen:

Die Forscher um Rice haben nun Studien aus dem Bereich der Epigenetik und Ergebnisse zu den möglichen Ursachen von Homosexualität ausgewertet und daraus ein Model zur Entstehung von Homosexualität entwickelt. Demnach liegen homosexuellen Neigungen Schaltsysteme auf Genen zugrunde, die den Fötus im Mutterleib vor den Auswirkungen natürlicher Schwankungen in der Menge des männlichen Geschlechtshormons schützen. Weibliche Föten besitzen demnach feminine epigenetische Schalter, die verhindern, dass bei hohen Testosteronwerten männliche Entwicklungsprozesse in Gang kommen. Umgekehrt schützen die maskulinen Regelelemente davor, dass zu niedrige Werte des männlichen Hormons eine Verweiblichung auslösen.

 Also scheinen die Forscher grundsätzlich auch von dem hier bereits häufiger angeführten Hormonmodell auszugehen, nachdem pränatales Testosteron das „Mating Centre“ des Gehirns formatiert:

• Wie Geschlechtsunterschiede im Gehirn durch pränatale Hormone entstehen
• Biologische Gründe für Homosexualität
• Biologische vs. gesellschaftliche Begründung: Welche Theorie ist günstiger für Homosexuelle,Transsexuelle etc
• Hormone und sexuelle Orientierung
• Weiteres zu Homosexualität und Biologie (“Born this way”)
•  Warum die sexuelle Identität biologisch sein muss
• Nochmal: Schönheit, Attraktivität und Evolution

Sie meinen allerdings, dass der epigentische Schalter als Schritt hinzukommen muss und das System insoweit zu ergänzen ist. Ein solcher „Schutzschalter“ macht eben auch nur dann Sinn, wenn die Hormone zu diesem Zeitpunkt einen erheblichen Einfluss haben. Sonst bräuchte man den Schutzschalter nicht.

Eine verschiedene Wirksamkeit dieser Schutzmechanismen könnte weitere Unterschiede in den Reaktionen auf pränatales Testosteron bewirken.

Die Schalter werden normalerweise bei jeder neuen Generation gelöscht und dem Geschlecht des Fötus entsprechend neu gesetzt, erklären die Forscher. Doch möglicherweise nicht mit einheitlicher Effektivität: Bleibt der feminine Schalter im Erbgut der Mutter bei der Entstehung eines Jungen erhalten, so könnte das Hirnentwicklungen begünstigen, die im Sprössling zu einer eigentlich typisch weiblichen Vorliebe für das männliche Geschlecht führen. Lesbische Frauen könnten dagegen den Schalter des Vaters geerbt haben, mit entsprechendem Effekt.

Hier würde also in gewisser Weise eine besondere Anfälligkeit aufgrund der Vererbung eines nicht wirksamen Schutzmechanismus bestehen. Es müsste aber, wenn ich die Theorie richtig verstehe, dennoch zB bei Mädchen ein besonders hoher Testosteronspiegel dazukommen, damit diese lesbisch werden.

Aus einem anderen Bericht über die Studie:

In their study, the team writes that they „tracked changes in chromatin structure that influence the transcription rate of genes (coding and noncoding, such as miRNAs), including nucleosome repositioning, DNA methylation, and/or modification of histone tails, but not including changes in DNA sequence.“ The resulting model predicted that homosexuality can be produced by transgenerational epigenetic inheritance. Normally, sex-specific marks that are triggered during early fetal development work to protect boys and girls in the womb from undergoing too much natural variation in testosterone, which should normally happen later in a pregnancy. Epigenetic processes prevent female fetuses from becoming masculinized when testosterone exposure gets too high, and vice versa for males.

Moreover, epi-marks also protect different sex-specific traits from swinging in the opposite direction; some affect the genitals, and others may affect sexual orientation. These epi-marks can be transmitted across generations from fathers to daughters, or mothers to sons.

Essentially, Rice and Friberg believe they have discovered the presence of „sexually antagonistic“ epi-marks — which sometimes carry over to the next generation and cause homosexuality in opposite-sex offspring.

Hier sieht man, dass es erst einmal ein sehr theoretisches Modell ist. Ob es tatsächlich so zutrifft wird interessant.

In der Studie findet sich noch eine Zusammenfassung ihrer Thesen:

We describe our hypothesis for an epigenetic cause of homosexuality as a series of statements (see Figure 3 for a graphical summary):

a) Empirical studies demonstrate that XX fetuses are canalized to blunt androgen signaling (lower sensitivity to T) and XY fetuses are canalized to boost androgen signaling (higher sensitivity to T).

b) Empirical studies demonstrate the production of XX- and XY-induced epi-marks in embryonic stem cells and extensive sex-specific differences in gene expression at this time. Epi-marks laid down during the embryonic stem cell stage are also established to influence gene expression later in development. This stem cell period is the most plausible candidate time point for the production of epi-marks influencing sensitivity to androgens later in development (canalization of fetal androgen signaling).

c) Epi-marks produced in embryonic stem cells are mitotically transmitted to cell lineages leading to both the soma and the germline, and hence can contribute to pseudo-heritability when they escape erasure across generations (nonerasure in the primordial germ cells and in the zygote and first few cell divisions of the next generation). Animal models as well as human data unambiguously demonstrate that such a multistep escape from erasure does occur at nontrivial frequency.

d) Epi-marks blunting (in XX fetuses) or boosting (in XY fetuses) androgen signaling will be sexually antagonistic (SA-epi-marks) when they have a nonzero probability of carryover across generations and are expressed in oppose sex descendants. Such carryover will contribute to discordance between the gonad and one or more sexually dimorphic traits.

e) Our modeling work shows that SA-epi-marks are favored by natural selection over a broad span of parameter space because there is a net benefit to the carrier (due to canalization of sexually dimorphic development) that is not offset sufficiently by transmission (and fitness reduction) to opposite sex descendants.

f) Genetic mutations causing SA-epi-marks are expected to fix in populations and are therefore not expected to be polymorphic except transiently during their initial spread within a population. Therefore, no association between genotype and homosexuality is predicted.

g) Because the androgen signaling pathways differ among organs and tissues (e.g., use of different AR cofactors), the same inherited SA-epi-mark can affect only a subset of sexually dimorphic traits, e.g., no effect on the genitalia, but a large effect on a sexually dimorphic region of the brain.

h) Shared, gonad-discordant SA-epi-marks that carryover across generations would contribute to the observed realized heritability of homosexuality, e.g., monozygotic twins share the same SA-epi-marks coinherited from a parent.

i) Unshared, gonad-concordant SA-epi-marks, produced during fetal development, would contribute to the low proband concordance of homosexuality observed between monozygotic twins, i.e., they need not share SA-epi-marks generated during development that occurs after the twins have separated.

j) Homosexuality occurs when an individual inherits one or more gonad-discordant SA-epi-marks that are not masked nor erased by the production of de novo gonad-concordant SA-epi-marks that accrue during ontogeny. The SA-epi-mark(s) influence androgen signaling in the part of the brain controlling sexual orientation, but not the genitalia nor the brain region(s) controlling gender identity