Die Auferstehung des „Jesus-Gens“

Die Sankore Schriften

Was macht eigentlich …? Und so googelte ich neulich nach einem Bekannten, einem Evolutionsgenetiker aus dem Kölner Institut für Genetik, der für seinen Postdoc nach Seattle, USA gegangen war. Direkt auf der ersten Googleseite stieß ich auf ein Paper von ihm, dass bereits von Ed Yong bei Research Blogging besprochen wurde. Darin geht es um IRGM (Immunity-related GTPase M), das „Jesus-Gen“. Jesus-Gen deshalb weil es im Laufe der Evolution der Säugetiere „gestorben“ und im gemeinsamen Vorfahren der Menschenaffen „wiederauferstanden“ ist. Aber IRGM starb nicht einfach so – es wurde ermordet.

Am Anfang ein Palimpsest

Das menschliche Genom ist nicht wie die zehn Gebote auf eine Steintafel geschrieben worden, es handelt sich eher um ein Palimpsest, ein zunächst geschriebener, dann ausradierter und danach überschriebener Text, bei dem man – mit etwas Glück – noch das ursprünglich Geschriebene erkennen kann. Die bewundernswerte Leistung von Cemalettin Bekpen und seinen Kollegen von der Universität Washington in Seattle besteht darin, die verschiedenen Palimpseste von Säugetieren gelesen und die Geschichte dieses Mordes und der Auferstehung des Toten rekonstruiert zu haben [1]. …

Der Vater, der Sohn und der Heilige Geist – Nein, Scherz beiseite aber bei den meisten Säugetieren, wie z. B. Hund und Maus liegt IRGM in drei Kopien vor, die auf dem Chromosom unmittelbar nebeneinanderliegen. Das blieb auch einige Zeit so (heißt in evolutionären Maßstäben: Millionen Jahre) bis wir zu den Altwelt- und Neuweltaffen gelangen – plötzlich ist es vorbei mit dieser Trinität. Man findet nur noch eine Kopie vor, die wesentlich kürzer und inaktiv ist. Das Gen kann nicht mehr den Bauplan für das ursprüngliche, funktionsfähige Protein liefern. Aus IRGM ist ein Pseudogen geworden. Das geschah vor ungefähr 35-40 Millionen Jahren.

Who Done It?

Um uns die „Leiche“ und den „Tatort“ anschauen zu können, müssen wir die genomische DNA sequenzieren. Das haben Bekpen et al. getan und das Ergebnis grafisch in folgender Schemazeichnung zusammengefasst:

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Abb1.: Das IRGM-Pseudogen des Makaken (Beispiel für einen Altweltaffen) Die Farbe Rot und der griechische Buchstabe Ψ weisen diese Kopie von IRGM als ein Pseudogen aus. Gelb steht für eine Alu-Sequenz. FS ist die Abkürzung für Frameshiftmutation. TGA ist ein Stoppcodon.

Alu, ein bewegliches genetisches Element, hatte sich in das zweite Exon von IRGM eingebaut und zu einer Änderung des Leserasters geführt. Diese Änderung hat dazu geführt, dass sich die Proteinsequenz von IRGM geändert hat und die Translation vorzeitig abgebrochen wird. (Alusequenzen machen übrigens 11% unserer menschlichen DNA aus.)

Die Auferstehung

Vor ungefähr 20 Millionen Jahren kam es dann zur Auferstehung von IRGM. Was war geschehen? War Alu, das bewegliche genetische Element, zu neuen Ufern aufgebrochen und hatte das IRGM-Gen einfach so verlassen? Ohne Tschüss und Danke schön?

Nein, es hatte sich häuslich eingerichtet und war immer noch da. Es war viel komplizierter: IRGM bekam nämlich Besuch von einem weiteren Vagabunden, der aber ein Geschenk mitbrachte. Das Retroposon ERV9, wie Alu ein bewegliches genetisches Element, baute sich vor die Alusequenz ein und brachte IRGM einen neuen Promotor für die Genexpression mit. (ERV9 ist das Überbleibsel eines endogenen Retrovirus, der die Vorfahren des Menschen mal infizierte). Zwei weitere Ereignisse folgten: Durch eine Punktmutation entstand hinter der Alusequenz das Startcodon ATG und schließlich verlor IRGM das Stoppcodon.

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Abb.2: Das IRGM-Gen des Menschen Schwarz ist ERV9, blau eine untranslatierte 5’-region, weiß ein Intron, gelb die Alusequenz, grün ein offener Leserahmen (Open Reading Frame = ORF)

Durch den Einbau von ERV9 hat sich natürlich das Expressionsmuster und das Spleißmuster verändert. Man kann nicht alles haben 😉 IRGM-mRNA wird im Menschen in Organen wie Herz, Niere, Gehirn und Hoden exprimiert. Wobei die Expression im Hoden am stärksten ist. Allerdings wiesen Bekpen et al. nicht das IRGM-Protein nach. Vermutlich gibt es noch keine Antikörper für das IRGM-Protein. Vielleicht braucht IRGM auch nicht das Protein und wirkt durch seine RNA.

Und wofür ist das menschliche IRGM gut?

IRGM gehört zu einer Klasse von Genen die z. B. bei Mäusen Immunität gegen bestimmte intrazelluläre Krankheitserreger wie Toxoplasma gondii, Listeria monocytogenes, Mycobacterium tuberculosis vermitteln. Diese Gene codieren für GTPasen,die IRGs (Immunity Related GTPases) genannt werden [2]. Diese GTPasen kommen in verschiedenen Isoformen vor und können durch Zytokine wie z. B. Interferon Gamma induziert werden. Die Induktion von IRGM führt zu Autophagie und hilft so bei der Bekämpfung von Tuberkulosebakterien und Salmonellen. Nach meinem Wissen scheint der genaue Wirkmechanismus der GTPasen aber noch nicht bekannt zu sein [3]. Veränderungen im IRGM-Gen korrelieren stark mit der Crohn-Krankheit, wo Zellen des Immunsystems den Darm angreifen und eine chronische Entzündung auslösen.

Zum Schluss bleibt mir nur zu sagen, dass die Evolution interessante und spannende Geschichten ins Buch der Gene schreibt und ich empfinde es als Bereicherung diese Geschichten lesen zu können. Manche Geschichten scheinen abstrus und unglaublich wie die Gespenster Geschichten (Ich meine die Comics), die ich als Kind las und die mit den Worten endeten:

“Seltsam, aber so steht es geschrieben

 

Weiterführende Literatur

[1] Bekpen C, Marques-Bonet T, Alkan C, Antonacci F, Leogrande MB, et al. (2009) Death and Resurrection of the Human IRGM Gene. PLoS Genet 5(3)

[2] Taylor G, Feng C, Sher A (2004) p47 GTPases: regulators of immunity to intracellular pathogens. Nat Rev Immunol 4: 100–109.

[3] Howard J (2008) The IRG proteins: A function in search of a mechanism. Immunobiology 213: 367–375.

Weiterführende Links

The death and resurrection of IRGM – the “Jesus gene”

Das Buch “The Jesus Gene” von James Mays

Bildnachweis

Abb.1 und Abb.2 sind Teile von Figur 1 aus dem Paper [1]

Joe Dramiga

Veröffentlicht von

Joe Dramiga ist Neurogenetiker und hat Biologie an der Universität Köln und am King’s College London studiert. In seiner Doktorarbeit beschäftigte er sich mit der Genexpression in einem Mausmodell für die Frontotemporale Demenz. Die Frontotemporale Demenz ist eine Erkrankung des Gehirns, die sowohl Ähnlichkeit mit Alzheimer als auch mit Parkinson hat. Kontakt: jdramiga [at] googlemail [dot] com

3 Kommentare

  1. Wiederbelebung von altem Müll

    Palimpsestieren heisst der Vorgang des Wiederbeschreibens, obwohl das Wort Palmipsest ursprünglich reiben, abschaben bedeutete, also das genaue Gegenteil. Schon diese “Verwechslung”, die sich im Sprachgebrauch zeigt, weist darauf hin, dass es schwierig sein kann zwischen einem Verlust von Altem und einem Gewinn durch Neues abzuwägen.

    Beim Palimpsest des Archimedes hat es sich sicher gelohnt es “hervorzuholen” aus dem überdeckenden “Müll”.
    Vielleicht würde sich auch die Wieder-Wiederbelebung der Comicserie Gespenster Geschichten erschien von März 1974 bis März 2000 und dann neugestartet am 13. Oktober 2008 (einem Freitag?, nun Montag wäre auch nicht besser) lohnen.
    Die Neu-Neuauflage mnüssten natürlich immer noch enden mit „Seltsam? Aber so steht es geschrieben …“

  2. Wie finden Wissenschaftler denn heraus, wann sich welches Genom wie verändert hat? Gibt es Gesetzmäßigkeiten in der Mutationsrate; kann man ‘unterm Mikroskop’ erkennen, wie viele Generationen so ein Genom schon unmutiert weiter vererbt wurde?

  3. Mutationen im Genom

    @ K.Bronsen

    Man muss die DNA aus den Zellen verschiedener Arten, die unterschiedlich lang auf der Erde existieren, isolieren und dann deren DNA-Sequenzen miteinander vergleichen. Die DNA-Sequenz der aeltesten Art nimmt man dann sozusagen als die “Originalversion” gegen die man die anderen Sequenzen vergleicht.

    *Damit weiss man welche Veraenderungen stattgefunden haben.*

    Mutationsraten sind fuer bestimmte Arten und bestimmte Zelltypen relativ konstant. Natuerlich kommt es auch auf die genomische Region an die man sich anschaut. Manche Regionen veraendern sich schnell andere langsam. Da die Zahl der Mutationen in einem bestimmten Zeitabschnitt relativ konstant ist kann man sie nutzen um die vergangene Zeit abzuschaetzen: Je mehr Veränderungen, desto älter. Das ist das Prinzip der molekularen Uhr. Am genauesten sind molekulare Uhren, die nur Erbmaterial verwenden, dass nicht der natürlichen Selektion ausgesetzt ist (neutrale Mutationen). Da die Veränderungsrate ist jedoch für jede Art unterschiedlich ist, müssen diese Uhren “kalibriert” werden, indem man sie mit Zeiten abgleicht, die mit anderen Methoden bestimmt wurde. Oft wird auch die DNS der Mitochondrien verwendet, da diese ausschließlich von Müttern vererbt wird und damit die weibliche Abstammungslinie anzeigt; analog wird die DNS des Y-Chromosomens, das nur Männer besitzen, für die männliche Abstammungslinie verwendet.

    *Damit kann man dann abschaetzen wann diese Veraenderungen stattgefunden haben.*

    Wenn man die Generationsdauer einer bestimmten Art weiss kann man abschaetzen vor wievielen Generationen diesen Veraenderungen stattgefunden haben.

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