Evolution des Menschen: Vom Nutzen des Arthrose-Gens

Stanford (USA) - Als die Vorfahren des modernen Menschen aus Afrika nach Asien und Europa eingewandert sind, mussten sie sich an ihre neue Umwelt anpassen, um zu überleben. Dabei kam es mehrfach zu Veränderungen im Erbgut. Amerikanische Biologen haben jetzt eine solche Mutation entdeckt, die sich zwar schnell ausgebreitet hatte, deren Vorteile aber nicht direkt erkennbar sind. Im Gegenteil: Das Genmerkmal verringert nicht nur das Knochenwachstum, sondern erhöht auch die Anfälligkeit für Arthrose. In der neuen Heimat förderte offenbar eine kleinere Statur die biologische Fitness, während das erhöhte Krankheitsrisiko von geringerer Bedeutung war. Die Vorteile könnten darin bestanden haben, dass die Gefahr von Erfrierungen und Knochenbrüchen sinkt, schreiben die Forscher im Fachblatt „Nature Genetics“. Das würde den scheinbar paradoxen Prozess erklären, durch den sich aufgrund von natürlicher Selektion ein Gen in einer Population verbreiten kann, welches das Risiko für eine Erkrankung vergrößert.

„Die mögliche medizinische Bedeutung unserer Ergebnisse ist von großem Interesse, weil so viele Menschen davon betroffen sind“, sagt David Kingsley von der Stanford University. „Viele halten die Arthrose lediglich für eine Folge von Abnutzung und Verschleiß, aber auch eine genetische Komponente spielt dabei eine Rolle.“ Kingsley und seine Kollegen untersuchten, wie das Gen GDF5 das Knochenwachstum und die Entwicklung der Gelenke beeinflusst. Es war bekannt, dass Mutationen im Bereich dieses Gens unter anderem das Wachstum der Beinknochen hemmen, was die Körpergröße um etwa einen Zentimeter verringern kann. Ungeklärt blieb bisher, warum damit auch Schädigungen von Hüft- und Kniegelenken verbunden sind, wodurch das Risiko, an einer Arthrose zu erkranken, auf das 1,2- bis 1,8-Fache steigt.

Die Forscher identifizierten erstmals einen DNA-Abschnitt in einiger Entfernung des GDF5-Gens, der als Genschalter diente. Eine Mutation in diesem sogenannten Enhancer (GROW1) verringerte die Aktivität des GDF5-Gens – mit negativen Folgen für das Knochenwachstum. Eng verbunden mit dieser Mutation waren DNA-Veränderungen in einem anderen Bereich, die das Risiko von Knie- und Hüftgelenks-Arthrose erhöhten. Vergleichende Analysen menschlicher Genome aus verschiedenen Regionen der Welt zeigten, dass diese Mutationen bei Menschen aus Europa und Asien sehr häufig sind, bei Afrikanern dagegen nur selten vorkommen. Erstaunlicherweise fanden sich die Mutationen auch im Erbgut der Neandertaler und der Denisova-Menschen, die lange vor dem Homo sapiens bis nach Asien und Europa vorgedrungen waren.

Dieses Erbmerkmal könnte durch sexuelle Kontakte des Homo sapiens mit Neandertalern oder Denisova-Menschen in unser Erbgut gelangt sein. Oder die Anlage hat sich bei allen drei Menschenformen jeweils durch positive Selektion im neuen Lebensraum ausgebreitet. Ein geringeres Knochenwachstum könnte eine Anpassung an das kältere Klima gewesen sein: Kürzere Gliedmaßen geben weniger Körperwärme ab und senken die Gefahr von Erfrierungen. Außerdem würden kürzere Oberschenkelknochen das Risiko eines Beckenbruchs senken. Beide Auswirkungen dürften die biologische Fitness auch dann erhöhen, wenn gleichzeitig das Arthrose-Risiko steigt. Denn die Gelenkserkrankung macht sich erst in höherem Alter nachteilig bemerkbar und wirkt sich nicht mehr auf die Zahl der Nachkommen aus. Es gebe Hinweise darauf, dass es noch mehr Enhancer des GDF5-Gens gibt, so die Forscher. Daher könnten weitere Untersuchungen helfen, Ursachen der Erkrankung aufzudecken und neue Therapien zu entwickeln.