Stress und Transglutamination führten zu Kornifizierung

Die Hornhaut war ein wichtiger Schritt in der Evolution der Landwirbeltiere und machte es ihnen möglich das Land zu besiedeln. Die Haut der Landwirbeltiere schützt vor Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung, dem Eindringen von Krankheitserregern, und verhindert den Wasserverlust über die Haut. Aufgebaut wird die Landwirbeltierhaut von Enzymen der Familie der Transglutaminasen (TGM), insbesondere von der TGM1. Dieses Enzym quervernetzt strukturelle Proteine mit Keratinen, um eine stabile und verhornte Zellschicht aufzubauen. Mutationen in der TGM1 können mit schweren Hauterkrankungen im Menschen zusammenhängen. Die wichtigsten Substrate der TGM1 in der Haut gehören zur Gruppe des Epidermalen Differenzierungsclusters welche evolutionär von S100 Proteinen abstammen und im letzten gemeinsamen Vorfahren der Landwirbeltiere entstanden sind. S100 Proteine schützen den Organismus bei Infektionen und anderer Formen von zellulärem Stress. TGM1 wurde in allen Wirbeltieren, und den Lanzettfischen, einem Chordatier, nachgewiesen, während S100 Proteine in allen Wirbeltieren nachgewiesen wurden. Lanzettfischen, und primär aquatische Wirbeltiere, wie Neunaugen, Haie, und Knochenfische bilden keine Hornschicht auf ihrer regulären Haut. Das Enzym TGM1, welches für die Verhornung der Landwirbeltierhaut zentral ist, ist viel älter als die Landwirbeltiere selbst und seine Funktion in älteren Tierstämmen als der Landwirbeltiere ist nicht bekannt. Deshalb zielt dieses Projekt vor allem darauf ab die Funktion der TGM1 Enzyme in den Lanzettfischen zu untersuchen. Dafür werden die TGM1 Enzyme mit der Genschere CRISPR ausgeschaltet. Zusätzlich werden TGM1 und dessen S100 Substrate in der Haut der primär aquatischen Wirbeltiere untersucht. In diesem Projekt wird des Weiteren die Hypothese getestet, dass Transglutamination und Trockenstress für die Evolution der verhornten Landwirbeltierhaut von zentraler Bedeutung waren. Dafür wird der unmittelbare Einfluss von Trockenstress auf die Haut von Zebrafischen getestet, um die molekularen Mechanismen hinter der Evolution der Landwirbeltierhaut besser zu verstehen. Insgesamt wird dieses Projekt wichtige Aspekte der Biologie der Wirbeltierhaut behandeln, um das Verständnis der Evolution der Hornhaut besser zu verstehen.