Ein Forscherteam hat eine Mutation im KEAP1-Gen bei Pferden identifiziert, die ihre Energieproduktion verbessert und gleichzeitig ihre Zellen vor oxidativem Stress schützt. Diese Entdeckung, die in Science veröffentlicht wurde, beleuchtet einen einzigartigen evolutionären Trick, der bisher nur bei Viren beobachtet wurde. Pferde schreiben damit die genetischen Regeln neu, um ihre Leistung zu optimieren.
Pferde können mehr als doppelt so viel Sauerstoff verbrauchen wie die leistungsfähigsten menschlichen Athleten. Diese Fähigkeit beruht auf einer hohen mitochondrialen Dichte in ihren Muskeln, erzeugt aber auch große Mengen an freien Radikalen. Die Mutation des KEAP1-Gens ermöglicht es, ein empfindliches Gleichgewicht zwischen Energie und Schutz vor Zellschäden aufrechtzuerhalten.
Die Studie verglich das KEAP1-Gen bei 196 Säugetierarten und enthüllte eine spezifische Anpassung bei Pferdeartigen. Im Gegensatz zum üblichen Prozess wird ein vorzeitiges Stopp-Codon in eine funktionelle Aminosäure umgewandelt, was die Effizienz des Gens verbessert. Diese genetische Modifikation ist eine Premiere bei Wirbeltieren.
Diese Mutation verringert die Unterdrückung des NRF2-Proteins, das für die Bekämpfung von oxidativem Stress entscheidend ist. Sie erhöht gleichzeitig die mitochondriale Atmung und die ATP-Produktion, was Pferden einen einzigartigen energetischen Vorteil verschafft. Diese kontrollierte Aktivierung von NRF2 scheint keine schädlichen Auswirkungen zu haben.
Die Implikationen dieser Entdeckung gehen über den Bereich der Pferde hinaus. Zu verstehen, wie Pferde oxidativen Stress bewältigen, könnte Forschungen zu menschlichen Krankheiten wie Krebs oder COPD beleuchten. Diese Studie eröffnet neue Perspektiven auf genetische Anpassung und ihre potenziellen Anwendungen in der Medizin.
Wie kann ein Stopp-Codon funktionell werden?
Ein Stopp-Codon ist normalerweise ein Signal, das die Zelle anweist, die Produktion eines Proteins zu stoppen. Bei Pferden wird dieses Signal in eine Aminosäure, Cystein, umgewandelt, was es dem KEAP1-Gen ermöglicht, weiter zu funktionieren. Dieser Mechanismus zeigt, wie eine Mutation eine genetische Funktion zu einem evolutionären Vorteil umlenken kann.
Diese Umwandlung wird durch spezifische Modifikationen in der Boten-RNA ermöglicht, die die genetische Information in Proteine übersetzt. Pferde haben somit eine einzigartige Methode entwickelt, ihre DNA zu nutzen, um ihre körperliche Leistungsfähigkeit zu verbessern.
Diese Anpassung unterstreicht die Plastizität des genetischen Codes und seine Fähigkeit, sich an spezifische Bedürfnisse anzupassen. Sie bietet auch ein Beispiel dafür, wie scheinbar negative Mutationen für einen nützlichen Zweck umfunktioniert werden können.