Gen-Varianten des mechanosensitiven Ionenkanals Piezo1

In der Entwicklungsgeschichte bevölkerten der Moderne Mensch (Homo sapiens) und der Neandertaler, welche einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 500.000 bis 600.000 Jahren hatten, zeitgleich Teile Afrikas und Europas. Hierbei kam es zu Kreuzungen zwischen beiden Spezies. Welche Umstände dazu geführt haben, dass der Neandertaler vor ca. 35.000 Jahren ausgestorben ist, während der Homo sapiens bis heute überlebt hat, ist nach wie vor unklar. Unsere Vorfahren mussten sich im Laufe der Evolution an die stetigen Veränderungen ihrer Umwelt anpassen, wie beispielsweise Klimaveränderungen, ein verändertes Nahrungsangebot, oder neu aufgetretene Krankheitserreger. Möglicherwiese war der Homo sapiens dem Neandertaler hierbei überlegen. Die Anpassung an die Umweltbedingungen spiegelt sich auch in unserem Erbmaterial der DNA wider. Durch die Entschlüsselung des Neandertal Genoms, welche kürzlich mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, konnte gezeigt werden, dass sich der Moderne Mensch nur geringfügig vom Neandertaler unterscheidet. Eines von 87 Proteinen die im heutigen Menschen in einer veränderten Form vorkommen ist der Ionenkanal PIEZO1. PIEZO1, dessen Entdeckung ebenfalls kürzlich mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, übt eine wesentliche Funktion in roten Blutzellen aus, indem es mechanische Signale der Umgebung erfasst und in das Zellinnere weiterleitet. Dies ist von hoher Relevanz für die Funktion und Fließeigenschaften von roten Blutzellen. Eine Modifikation von PIEZO1 könnte dem Homo sapiens im Vergleich zum Neandertaler einen entscheidenden Vorteil in der Sauerstoffversorgung und somit seiner Leistungsfähigkeit oder Reproduktionsfähigkeit verschafft haben und damit sein Überleben begünstigt haben. Genetische Veränderungen von PIEZO1 wie sie innerhalb der heutigen Bevölkerung vorkommen, gehen mit Funktionseinschränkungen von Erythrozyten, teilweise aber auch mit einer Malariaresistenz einher. Unser Forschungsprojekt hat das Ziel, erstmalig die beim Neandertaler nachgewiesene Form von PIEZO1 in menschlichen roten Blutzellen im Zellkulturlabor nachzubilden. Zum Einsatz kommen dabei die Genschere CRISPR/Cas9 als auch ein innovatives Zellkulturmodell zur Herstellung von roten Blutzellen aus menschlichen Stammzellen. Die Funktion des Neandertal Ionenkanals als auch die der kultivierten Neandertal Erythrozyten sollen mit denen des Modernen Menschen verglichen werden. Zusammen mit PIEZO1-Experten der Saarland Universität (Deutschland) und Evolutionsmedizinern der Universität Zürich (Schweiz) untersuchen wir parallel, wie heutige PIEZO1 Varianten in verschiedenen Bevölkerungsgruppen verteilt sind, um deren evolutionäre Dynamik besser zu verstehen. Unsere Untersuchung ist also mehr als genetische Forschung. Sie bietet Einblick in das vielschichtige Gefüge der menschlichen Evolution und hilft uns, unsere gemeinsame Vergangenheit besser zu verstehen und evolutionären Pfade zu erkunden, die vor uns liegen.