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Evolution der epidermalen Transglutamination

Evolution of epidermal transglutamination

Leopold Eckhart (ORCID: 0000-0002-5645-2036)
  • Grant-DOI 10.55776/P32777
  • Förderprogramm Einzelprojekte
  • Status beendet
  • Projektbeginn 01.01.2020
  • Projektende 30.06.2024
  • Bewilligungssumme 379.743 €

Wissenschaftsdisziplinen

Biologie (90%); Klinische Medizin (10%)

Keywords

    Epidermis, Cornification, Amphibian, Evolution, Amniotes, Skin

Abstract Endbericht

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.

Forschungsstätte(n)
  • Medizinische Universität Wien - 100%
Internationale Projektbeteiligte
  • Kris Vleminckx, Ghent University - Belgien
  • Lorenzo Alibardi, University of Bologna - Italien
  • Robert Rice, University of California at Davis - Vereinigte Staaten von Amerika

Research Output

  • 88 Zitationen
  • 21 Publikationen
  • 5 Datasets & Models
  • 2 Wissenschaftliche Auszeichnungen
Publikationen
  • 2024
    Titel The Evolution of Transglutaminases Underlies the Origin and Loss of Cornified Skin Appendages in Vertebrates.
    DOI 10.1093/molbev/msae100
    Typ Journal Article
    Autor Sachslehner Ap
    Journal Molecular biology and evolution
  • 2024
    Titel Development-Associated Genes of the Epidermal Differentiation Complex (EDC).
    DOI 10.3390/jdb12010004
    Typ Journal Article
    Autor Eckhart L
    Journal Journal of developmental biology
  • 2024
    Titel Evolution of Epidermal Cornification
    Typ PhD Thesis
    Autor Attila Placido Sachslehner
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Gene duplications and gene loss in the epidermal differentiation complex during the evolutionary land-to-water transition of cetaceans
    DOI 10.1038/s41598-021-91863-3
    Typ Journal Article
    Autor Holthaus K
    Journal Scientific Reports
    Seiten 12334
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Identification of Chicken Transglutaminase 1 and In Situ Localization of Transglutaminase Activity in Avian Skin and Esophagus
    DOI 10.3390/genes12101565
    Typ Journal Article
    Autor Sachslehner A
    Journal Genes
    Seiten 1565
    Link Publikation
  • 2021
    Titel The Trichohyalin-Like Protein Scaffoldin Is Expressed in the Multilayered Periderm during Development of Avian Beak and Egg Tooth
    DOI 10.3390/genes12020248
    Typ Journal Article
    Autor Mlitz V
    Journal Genes
    Seiten 248
    Link Publikation
  • 2024
    Titel Epidermal Differentiation Genes of the Common Wall Lizard Encode Proteins with Extremely Biased Amino Acid Contents.
    DOI 10.3390/genes15091136
    Typ Journal Article
    Autor Holthaus Kb
    Journal Genes
  • 2024
    Titel Comparative genomics of sirenians reveals evolution of filaggrin and caspase-14 upon adaptation of the epidermis to aquatic life.
    DOI 10.1038/s41598-024-60099-2
    Typ Journal Article
    Autor Sachslehner Ap
    Journal Scientific reports
    Seiten 9278
  • 2024
    Titel Comparative genomics of monotremes provides insights into the early evolution of mammalian epidermal differentiation genes.
    DOI 10.1038/s41598-024-51926-7
    Typ Journal Article
    Autor Sachslehner Ap
    Journal Scientific reports
    Seiten 1437
  • 2023
    Titel Cornification of keratinocytes is associated with differential changes in the catalytic activity and the immunoreactivity of transglutaminase-1.
    DOI 10.1038/s41598-023-48856-1
    Typ Journal Article
    Autor Surbek M
    Journal Scientific reports
    Seiten 21550
  • 2020
    Titel Cytosolic DNA sensing through cGAS and STING is inactivated by gene mutations in pangolins
    DOI 10.1007/s10495-020-01614-4
    Typ Journal Article
    Autor Fischer H
    Journal Apoptosis
    Seiten 474-480
    Link Publikation
  • 2020
    Titel Identification of epidermal differentiation genes of the tuatara provides insights into the early evolution of lepidosaurian skin
    DOI 10.1038/s41598-020-69885-0
    Typ Journal Article
    Autor Holthaus K
    Journal Scientific Reports
    Seiten 12844
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Comparative genomics reveals evolutionary loss of epiplakin in cetaceans
    DOI 10.1038/s41598-022-05087-0
    Typ Journal Article
    Autor Fuchs P
    Journal Scientific Reports
    Seiten 1112
    Link Publikation
  • 2023
    Titel Transglutaminase Activity Is Conserved in Stratified Epithelia and Skin Appendages of Mammals and Birds.
    DOI 10.3390/ijms24032193
    Typ Journal Article
    Autor Sachslehner Ap
    Journal International journal of molecular sciences
  • 2023
    Titel Heme Oxygenase-1 Is Upregulated during Differentiation of Keratinocytes but Its Expression Is Dispensable for Cornification of Murine Epidermis.
    DOI 10.3390/jdb11010012
    Typ Journal Article
    Autor Sukseree S
    Journal Journal of developmental biology
  • 2021
    Titel NOD2 and reproduction-associated NOD-like receptors have been lost during the evolution of pangolins
    DOI 10.1007/s00251-021-01230-9
    Typ Journal Article
    Autor Salova M
    Journal Immunogenetics
    Seiten 261-268
    Link Publikation
  • 2021
    Titel An In Vitro Model of Avian Skin Reveals Evolutionarily Conserved Transcriptional Regulation of Epidermal Barrier Formation
    DOI 10.1016/j.jid.2021.04.029
    Typ Journal Article
    Autor Lachner J
    Journal Journal of Investigative Dermatology
    Seiten 2829-2837
    Link Publikation
  • 2021
    Titel Comparative biology of epidermal keratinocyte differentiation
    Typ PhD Thesis
    Autor Julia Lachner
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Evolutionary diversification of epidermal barrier genes in amphibians
    DOI 10.1038/s41598-022-18053-7
    Typ Journal Article
    Autor Sachslehner A
    Journal Scientific Reports
    Seiten 13634
    Link Publikation
  • 2022
    Titel Single-cell transcriptomics defines keratinocyte differentiation in avian scutate scales
    DOI 10.1038/s41598-021-04082-1
    Typ Journal Article
    Autor Lachner J
    Journal Scientific Reports
    Seiten 126
    Link Publikation
  • 2020
    Titel TINCR is not a non-coding RNA but encodes a protein component of cornified epidermal keratinocytes
    DOI 10.1111/exd.14083
    Typ Journal Article
    Autor Eckhart L
    Journal Experimental Dermatology
    Seiten 376-379
    Link Publikation
Datasets & Models
  • 2024 Link
    Titel Coelacanth transcriptome from SRR391920
    Typ Database/Collection of data
    Öffentlich zugänglich
    Link Link
  • 2024 Link
    Titel Cornified tooth of the lamprey compared to its trunk skin
    Typ Database/Collection of data
    Öffentlich zugänglich
    Link Link
  • 2024 Link
    Titel Hoxc13-dependent gene expression in toes of Xenopus tropicalis
    Typ Database/Collection of data
    Öffentlich zugänglich
    Link Link
  • 2024 Link
    Titel Protein composition of the chicken egg tooth
    Typ Database/Collection of data
    Öffentlich zugänglich
    Link Link
  • 2024 Link
    Titel Proteome analysis of claws, clawless toe tips and back skin of Xenopus tropicalis
    Typ Database/Collection of data
    Öffentlich zugänglich
    Link Link
Wissenschaftliche Auszeichnungen
  • 2023
    Titel Keynote at Austrian Society of Dermatology and Venereology (ÖGDV) Science Days 2023 conference
    Typ Personally asked as a key note speaker to a conference
    Bekanntheitsgrad National (any country)
  • 2023
    Titel Keynote at International Pachyonychia Congenita Consortium (IPCC), a Satellite Meeting of the International Societies for Investigative Dermatology (ISID) Meeting
    Typ Personally asked as a key note speaker to a conference
    Bekanntheitsgrad Continental/International

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