An experimental study for characterization of the porcine SRY gene

Kurtz, Stefanie

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An experimental study for characterization of the porcine SRY gene

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The sex-determining region on the Y chromosome (SRY) is thought to be a critical factor for male sex determination during embryogenesis. However, the characterization of the SRY gene is still fragmentary and there is an urgent need to analyze the function and expression in other species, including large animals. In this PhD project, the CRISPR/Cas9 system was employed to generate a SRY-knockout (SRY-KO) in pigs with aid of microinjection and SCNT. Here, the complete HMG domain of the SRY gene was deleted, which resulted in the generation of genetically male offspring with complete female external and internal genitalia. Substantial differences were observed in size and morphology of female genitalia from 9-months old SRY-KO pigs compared to female wild type controls. These results indicate that the HMG domain plays a major role in sex determination and sheds new light into the function of the porcine SRY gene during male sex development. This project is the first study to demonstrate a successful knockout of the HMG domain of the porcine SRY gene causing sex reversal in offspring and reinforce the importance of the HMG domain as a critical factor in male sex development in pigs. Finally, the results of this project may pave the way for the development of a large animal model for sex reversal syndrome in humans (Swyer syndrome), which is caused in 15 to 20 % of the male population by mutations within the HMG domain of the SRY gene. Furthermore, female producing boars may be produced to avoid surgical castration without anesthesia in piglets.

Das SRY-Gen (sex-determining region on the Y chromosome), spielt eine entscheidende Rolle in der männlichen Geschlechtsentwicklung während der Embryogenese. Jedoch, ist das SRY-Gen immer noch im Detail wenig charakterisiert, welches weitergehende Arbeiten auch in anderen Säugern, inklusive den Nutztieren, erforderlich macht. In diesem Projekt, sollte mit Hilfe des CRISPR/Cas Systems ein funktioneller Knockout des SRY-Gens im Schwein induziert werden. Mit Hilfe von der Mikroinjektion und dem somatischen Zellkerntransfer wurden genetisch männliche Ferkel generiert, die bei einem funktionellem Knockout der HMG-Domäne des SRY-Gens einen weiblichen Phänotyp ausbildeten und damit die erwartete Geschlechtsumkehr zeigten. Die SRY-Knockout (SRY-KO) Schweine zeigten eine vollständige Entwicklung der inneren Geschlechtsorgane, jedoch wurden erhebliche Unterschiede in der Größe und Morphologie der weiblichen Geschlechtsorgane in den neun Monate alten SRY-KO Schweinen im Vergleich zu altersgleichen Wildtyp-Kontrollen festgestellt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen erstmalig die erfolgreiche Geschlechtsumkehr beim Schwein durch Knockout des SRY-Gens und unterstreichen die Bedeutung der HMG-Domäne als entscheidenden Faktor für die männliche Geschlechtsentwicklung. Zudem eröffnen die Ergebnisse dieser Arbeit neue Wege für weiterführende Untersuchungen in Bezug auf die männliche Geschlechtsentwicklung beim Säuger. Darüber hinaus können die SRY-KO Schweine als Tiermodell zur Untersuchung der Geschlechtsumkehr beim Menschen dienen (Swyer Syndrom), die in 15-20 % der Fälle mit Mutationen im SRY-Gen einhergeht. Weiterhin, könnten über die Verschiebung des Nachkommengeschlechts, Eber generiert werden, die nur weibliche Nachkommen produzieren. Damit könnte die zunehmende, in der Kritik stehende chirurgische Kastration männlicher Ferkel in der Schweineproduktion vermieden werden.