Evolution der epidermalen Transglutamination

Der Übergang vom Leben im Wasser zum Leben an Land war einer der wichtigsten Schritte in der evolutionären Diversifizierung der Vertebraten und auch in der evolutionären Entwicklung, die zum Menschen führte. Eine entscheidende Anpassung an die neue trockene Umwelt war die Ausbildung einer effizienten Barrierefunktion der Haut, die in deren äußerster Schicht, also der Epidermis, lokalisiert ist. In Menschen und anderen Säugetieren benötigt eine effiziente Hautbarriere die Quervernetzung epidermaler Strukturproteine durch Transglutamination. Die Rolle der epidermalen Proteintransglutamination in anderen Vertebraten ist dagegen unbekannt. In diesem Projekt wird die Bedeutung der epidermalen Proteinquervernetzung in Vertretern aller wichtigen phylogenetischen Gruppen der Vertebraten untersucht, wobei Enzyme der Transglutaminasefamilie und deren Substrate in nichtkonventionellenModelspezies identifiziert undcharakterisiertwerden. Mittels vergleichender Genomstudien wird bestimmt, in welchen Tierarten die epidermalen Transglutaminasenund Transglutaminasesubstrate vorhanden sind,um dann ein umfassendes Modell der Evolution der Transglutamination an der Hautbarriere zu erstellen. Die Ergebnisse dieses Projekt werden zu einem besseren Verständnis der Evolution der Haut beitragen und neue Einsichten in die Bildung und Funktion der Hautbarriere zur Umwelt liefern.

Transglutaminasen sind Enzyme, die Proteine quervernetzen und so wesentlich zur mechanischen Festigkeit der Hautoberfläche beitragen. Die Ergebnisse dieses Projekts zeigen, dass Transglutaminasen bedeutende Rollen in der Evolution der Haut von Wirbeltieren gespielt haben. Der evolutionäre Ursprung der wichtigsten Transglutaminase der menschlichen Haut, nämlich Transglutaminase 1, liegt in einem gemeinsamen Vorfahren aller heute lebenden Wirbeltiere. Diese Transglutaminase existiert nicht nur in Säugetieren, Vögeln und anderen landlebenden Wirbeltieren, sondern auch in Fischen. Sogar kieferlose Fische wie die Neunaugen verfügen über Transglutaminase 1, die zur Bildung der Hornzähne dieser phylogenetisch primitiven Wirbeltiere beiträgt. Eine andere Transglutaminase hat eine ähnliche Funktion im epithelialen Eizahn, der das Schlüpfen von Vögeln aus dem Ei ermöglicht. Eine oder mehrere Transglutaminasen sind auch während des Wachstums von verhornten Krallen und Federn aktiv. Weitere Transglutaminasen, die durch die Verdoppelung und Anpassung von Genen in Säugetieren entstanden sind, tragen zum Wachstum der Haare bei. Unsere Ergebnisse belegen die Diversifizierung der Transglutaminasen während der Wirbeltierevolution und weisen überaschenderweise darauf hin, dass evolutionäre Anpassungen auch mit dem Verlust von Transglutaminasen verbunden sein können. Zusammengefasst führen die Ergebnisse dieses Projekts zu einem neuen Modell der molekularen Evolution der Haut und der Hautanhangsgebilde.