Länkningskartläggning, kromosomer som korsas och The Gay Gene

Finns det en gen för homosexualitet? Svaret på den frågan, förstådd i strikt bemärkelse, är såklart nej. Det kan inte vara en enda gen som entydigt bestämmer ett komplicerat beteende som sexuell läggning. Därmed kunde den här texten vara slut, om det vore ett enkelt svar vi var ute efter.

Men det är intressantare att fråga sig ifall det medges komplicerade och kulturellt influerade beteende vi kallar sexuell läggning har någon genetisk komponent — och hur dessa gener i så fall fungerar. (På A svarar vi ”ja, förmodligen” och på B ”vet inte”.) Vi ska inte ge oss på att försöka besvara de frågorna här, utan istället ägna oss åt den mest kända kandidaten till en sådan gen och vad som hände med den. Jag har nämnt den tidigare, som exempel på en kandidatregion som inte gått att bekräfta. Eftersom den också, ironiskt nog, kanske är det mest  kända exempelet på genetisk kartläggning av mänskligt beteende förtjänar den att beskrivas mer i detalj.

När någon pratar om en gay-gen, som forskare sägs ha ”hittat”, så är det oftast kandidatregionen från Dean Hamer och medförfattare (Hamer m.fl. 1993, Hu m.fl. 1995) avses. Namnet Xq28 kanske också klingar bekant? Det är alltså ingen gen, utan en bit av X-kromsomen, närmare bestämt änden av dess q-arm. Här är en bild av X-kromosomen som den ser ut i genombläddraren Ensembl; q-armen är alltså den långa armen nedåt i bilden:

Det Hamer & co gjorde var alltså en form av genetisk kartläggning av sexuell läggning. Precis som i helgenomsassociationerna från 23andMe-gänget samlade de fenotypdata (i det här fallet upplysningar om sexuell läggning) från människor och typade dem för en mängd genetiska markörer — och resultatet blir kandidatgener. Men här var det frågan om en annan typ av genetisk kartläggning. Låt oss utveckla det en stund innan vi kommer tillbaka till Xq28.

Något som förvirrade åtminstone mig i början är skillnaden mellan genetisk kartläggning och sekvensering. Av formuleringar i dagstidningsartiklar att döma, som till exempel ”det humana genomet kartlagt”, så verkar det även förvirra vetenskapsjournalister.

En DNA-sekvens är helt enkelt en beskrivning av en DNA-molekyl, till exempel en kromosom (eller ett litet fragment av en kromosom, eller en DNA-kopia av de RNA-bitar som cellen använder som mall för proteinsyntes, eller en plasmid från en bakterie). Varje sekvens är en lång sträng av bokstäverna A, T, C och G som representerar de fyra baserna DNA-molekylen är uppbyggd av. Numera finns referenssekvenser för en hel del olika varelser. En genomsekvens för någon organism innehåller sekvensen för så många kromosomer som möjligt, mitokondriens DNA (mitokondrien är en separat liten cell i cellen som har litegrann eget DNA, vilket ärvs helt på mödernet) och oftast lite överblivna sekvenser som ingen ännu vet var de passar.

En genetisk karta, däremot, består av en serie markörer som är ordnade i (förhoppningsvis) rätt ordning längs kromosomen och har en avståndsangivelse. kartan talar bara om hur långt ifrån varandra saker ligger. Den innehåller ingen information om den mellanliggande DNA-sekvensen.

Avstånd, förresten, hur anger vi avståndet på en genetisk karta? I sekvensens fall mäts avståndet i baser — oftast skrivs enheten baspar, och syftar då på DNA-molekylens dubbelsträngade struktur, där varje bas paras ihop med en komplementär bas — och det motsvarar det fysiska avståndet på DNA-molekylen. Enheten för en genetisk karta kallas centimorgan (cM), och vad den mäter är rekombinationsfrekvens. Vad är då det?

När könsceller bildas får de bara med sig en kopia av vårt genom, av de två uppsättningar kromosomer som alla andra celler har. Vilken av varje kromosompar en könscell får är slumpmässigt, men inte bara det — mellan de två inträffar också så kallade överkorsningar, vilket betyder att en bit av en kromosom bryts av och byts mot den motsvarande från den andra kromosomen. Könscellen får alltså kromosomer som satts ihop av delar av modercellens två kromosomuppsättningar. Den här omflyttningen av DNA-delar kallas rekombination. Den måste nog illustreras med en bild:

(Överkorsning från en bok av Thomas Hunt Morgan.)

De två svartvita kromosomerna längst ner är alltså rekombinanta kromosomer. Sexuell forplantning innebär att organismen på så sätt blandar och ger med sina gener. Nu tänker vi oss att vi känner två markörer på den här kromosomen, och vidare att den svarta kromosomen har en variant på markörerna och den vita en andra. En könscell utan rekombination får antingen den vita eller den svarta kromosomen, och då ser vi bara markörerna från den ena kromosomen. Om en rekombination inträffar mellan de två markörerna, kan vi se en kromosom som har en svart och en vit markör.

Beroende på hur långt avståndet är mellan markörerna, desto större är chansen att de ska separeras av en slumpvis rekombination. Om markörerna ligger väldigt tätt samman kommer det nästan aldrig att hända. Markörer som ligger på olika kromosomer, det andra extremfallet, kommer separeras med 50% chans. På så sätt är rekombinationsfrekvens ett mått på avstånd. Rekombinationsfrekvensen kan mätas när individer med kända markörgenotyper korsas med varandra.

Det fina med genetiska kartor är att de inte bara kan användas för att bestämma avståndet mellan markörer (det verkar inte fullt så användbart, inte sant?), utan för att bestämma avståndet mellan markörer och ännu okända gener. Med hjälp av en samling kända markörer går det att samla in prover och data om någon fenotyp (en egenskap hos individen) från ett stort antal individer, bestämma genotypen (alltså vilka varianter av markören varje individ bär på) och genom rekombinationsfrekvenser uppskatta hur långt från olika markörer det finns någon genetisk variant som påverkar fenotypen. Med hjälp av statistiska undersökningar av markörer i populationer går det alltså att placera egenskaper på den genetiska kartan.

Detta kallas länkningskartläggning, och det är inte riktigt samma sak som helgenomsassociation. Helgenomsassociation är relativt nytt, och har blivit populärt tack vare vår förmåga att med olika nya metoder gentypa stora mängder prover relativt snabbt och billigt. I en länkningskartläggning används i allmänhet färre prover och färre markörer — istället drar man nytta av släktskap mellan individerna.

För att associationsstudier — att söka efter korrelationer mellan genetiska markörer och olika egenskaper — ska fungera måste den genetiska varianten som påverkar egenskapen ifråga och en viss variant av den genetiska markören naturligtvis korrelera på populationsnivå. (Det måste föreligga så kallad länkningsojämvikt.) Det innebär framför allt att markören och den genetiska varianten måste ligga väldigt nära varandra.

I en länkningskartläggning räcker det att det finns en korrelation i det släktträd eller den korsningspopulation vi studerar. Om vi försöker följa en genvariant genom släktträd av familjer där egenskapen går arv räcker det om vi kan hitta markörer som skiljer kromosmbitar från farmor-som-har-egenskapen från farfar-som-saknar-den. Då kan vi titta efter korrelationer mellan genotyp och egenskap hos barnbarnen.

Släktskapet kan hanteras på olika sätt beroende på studiepopulationen. Om vi studerar korsningar av inavlade organismer i ett labb kan vi odla eller föda upp massor av individer som har kända och enkla släktskapsförhållanden. Om vi studerar naturliga utavlade populationer (som människor) får vi ta till mer avancerad statistik för att kunna använda även komplicerade släktträd även om information kanske saknas om vissa individer.

Nu till Xq28 och homosexualitet. Artiklarna ifråga, A linkage between DNA markers on the X chromosome and male sexual orientation (1993) och Linkage between sexual orientation and chromosome Xq28 in males but not in females (1995), innehåller en hel del annat än själva länkningskartläggningen, men vi begränsar oss en smula. De diskuterar bland annat varför de valt att dela upp försökspersonerna i homosexuella/icke-homosexuella (deras formulering!), istället för att mäta sexuell läggning på någon sorts skala.

Hamer och hans medarbetare rekryterade och intervjuade ett hundratal homosexuella män och deras släktingar, och kunde på så sätt rita släktträd över hur homosexualitet bland män ärvs (om det nu går i arv). De tyckte sig se ett ärftlighetsmönster som tydde på X-länkat arv. Vad är det? Jo, hos människor (och andra däggdjur) är kön en genetisk egenskap som bärs av ett speciellt kromosompar — könskromosomerna X och Y. Honor har två X-kromosomer och hanar en X- (som de fått från mamma) och en Y-kromosom (som de fått från pappa). Genetiska variationer på könskromosomerna ger därför speciella ärftlighetsmönster. Blödarsjuka är kanske det mest kända exemplet på sådant arv.

Därför koncentrerade Hamer & co sig på X-kromosomen, och jämförde en del av de homosexuella männen i studien med sina heterosexuella bröder. De valde 38 familjer där ärftlighetsmönstret överensstämde med arv enbart på mödernet, och där det fanns mer än en homosexuell bror. Genom att typa markörer och jämföra genotyper mellan bröderna försökte de sedan placera sexuell läggning på en genetisk karta över X-kromosomen med 22 markörer. Kartläggningen pekade ut en del av området Xq28.

Bara 22 markörer? Förra artikeln jag skrev om hade ju över 500 000… Men nu är det frågan om länkningskartläggning av en enda kromosom, inte helgenomsassociation. Och observera att det här var innan det mänskliga genomprojektet avslutades. Hamer och hans medarbetare hade inte, som 23andMe-folket, tillgång till standardiserade genchip som kan typa markörer över hela genomet samtidigt. De fick använda radioaktiv inmärkning och gelelektrofores med polyakrylamid (vi får återkomma till det någon gång — det är kemikalier som har en del gemensamt med de som inte ville stelna i tunneln genom Hallandsåsen).

I artikeln från 1995 la de till fler familjer, och förstärkte på så sätt resultatet, och dessutom med en grupp lesbiska kvinnor. Hos dem fanns inget mönster; kandidatregionen ifråga föreföll bara påverka män.

Kandidatområdet är cirka fyra miljoner baspar, 4 Mb. Låt oss titta på de sista 4 Mb på X-kromosomen i en genombläddrare, ett verktyg som presenterar information om genomet i grafisk form. (Det finns flera sådana att välja på; låt oss vända oss till Ensembl igen. Den är färggladast.)

Den översta raden av gula och blå band är (mer eller mindre väl beskrivna och underbyggda) gener. Det finns minst sagt ganska mycket där, och även om det inte skulle vara en helt orealistisk mängd kandidatgener att jobba vidare på i dagsläget, så är det inte ”The Gay Gene” vi ser här, snarare ”The Possibly Gay Related Subchromosomal Region”.

Hamer & co uttrycker det bra i slutet av artikeln från 1993:

The proof for the involvement of genes in a human behavioral trait must ultimately consist of the chromosomal mapping of the loci and isolation of the relevant DNA sequences. Such molecular studies are essential to separate the role of inheritance from environmental, experiential, social, and cultural factors. DNA linkage studies of families in which the trait appears to be genetically segregating represent the first step in this approach.

Det var alltså ett första steg. Vad har hänt sedan 1995? Inte mycket som talar för Xq28 som kandidatregion för homosexualitet.

1999 publicerade Rice & co Male homosexuality: absence of linkage to microsatellite markers at Xq28. De tittade närmare på fyra markörer i Xq28 i 52 syskonpar, och hittade ingen koppling till homosexualitet.

2005 tog en grupp ledd av Hamer chansen att använda de verktyg som det mänskliga genomprojektet gett upphov för att göra en kartläggning av sexuell läggning över hela genomet — med fler markörer och fler människor. De hittade först inte heller någon koppling till Xq28 (däremot några andra kandidatregioner). Därför gick de tillbaka till de ursprungliga bröderna från 1993 och 1995, alltså samma människor men nya genetiska markörer. (De var nämligen en delmängd av försökspersonerna även denna gång.) Där hittade de, föga förvånande, samma mönster igen. Xq28 var fortfarande associerat med homosexualitet — men bara i de här utvalda familjerna, inte i den större försökspopulationen. Resultatet tyder alltså på att det inte var något fel på kartan och gentypningen i de första försöken, eftersom andra markörer ger samma resultat. Men i och med att det är samma försökspersoner är det knappast frågan om en oberoende upprepning.

Det här behöver inte betyda att Hamer & co hade fel från början. Det kan mycket väl finnas en genetisk variant som förklarar en viss del av variationen i sexuell läggning och bara förekommer i vissa familjer. Och även om Xq28 är ett falskt positivt resultat så betyder det inte nödvändigtvis att det är något fel på arbetet. Tyvärr händer det i genkartläggningsbranschen, av många olika anledningar, att det dyker upp resultat som verkar trovärdiga men inte går att upprepa. Därför är det klokt att ta alla sådana resultat med en nypa salt, tills vidare.

Oavsett vilket känner vi inte till någon Gay Gene med stora G:n, som är den enda och bästa förklaringen till mäns sexuella läggning. Och någon sådan finns förmodligen inte.

Litteratur

Hamer DH, Hu S, Magnuson VL, Hu N, Pattatucci AM. (1993) A linkage between DNA markers on the X chromosome and male sexual orientation. Science 261 ss. 321–327

Hu S, Pattatucci AM, Patterson C, Li L, Fulker DW, Cherny SS, Kruglyak L, Hamer DH. (1995) Linkage between sexual orientation and chromosome Xq28 in males but not in females. Nature Genetics 11 ss. 248–256.

Rice G, Anderson C, Risch N, Ebers G. (1999) Male homosexuality: absence of linkage to microsatellite markers at Xq28. Science 284 ss. 665–667

Mustanski BS, Dupree MG, Nievergelt CM, Bocklandt S, Schork NJ, Hamer DH. (2005) A genomewide scan of male sexual orientation. Human Genetics 116 ss. 272–278.

Och så ett litet beklagande: Länkarna i texten leder till PubMed, en databas där alla kan läsa sammanfattningarna av artiklarna, men jag är plågsamt medveten om att de flesta inte har tillgång till själva artiklarna. För det krävs prenumeration på tidskrifterna, vilket är svindyrt. Tidskrifterna finns på universitetsbibliotek, ifall ni skulle ha vägarna förbi ett sådant.

One thought on “Länkningskartläggning, kromosomer som korsas och The Gay Gene

  1. Pingback: Sökmotorfrågor: Hur påverkas den genetiska variationen av överkorsningar mellan kromosomer? « There is grandeur in this view of life

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s