Von PD Dr. Ursula Fleig
Gordon Lark, emeritierter Professor an der Universität von Utah, hatte seit Jahrzehnten die genetische Basis von komplexen Phänotypen bei der Sojabohne untersucht. Aber dann kam Gordon Lark vor einigen Jahren auf den Hund. Der Grund war Georgie, der portugiesische Wasserhund (Cao de Agua - PWH) der Familie Lark, der im Alter von zehn Jahren starb. Auf der Suche nach einem Nachfolger für Georgie kam Lark ins Gespräch mit einer PWH-Züchterin. Die schlug ihm eine Art Tauschhandel vor: Lark sollte versuchen, die Art der Vererbung einer spezifischen Erkrankung, die bei PWHs gehäuft vorkommt, zu eruieren, und dafür wurde er einen Welpen aus ihrem nächsten Wurf umsonst erhalten. Es wurde der teuerste Hund seines Lebens. Das "Georgie-Projekt" war geboren.
Das "Georgie-Projekt" ist eine Zusammenarbeit von Wissenschaftlern und amerikanischen PWH-Züchtern und -Haltern mit dem Ziel, zwischen spezifischen vererbbaren Merkmalen beim Hund (zum Beispiel eine Krankheit) und der genetischen Information eine Verbindung herzustellen. Die amerikanische PWH- Population ist dafür geeignet, da diese PWHs nur von einer kleinen Anzahl von bekannten Vorfahren abstammen und die Stammbäume bestens dokumentiert sind.
Züchter und Hundehalter stellten von ihren Hunden etwas Blut für die DNA-Analyse sowie Röntgenbilder ihrer Hunde für die Forschungsarbeit der Wissenschaftler zur Verfügung. Die ersten Ergebnisse dieser Zusammenarbeit wurden kürzlich in dem renommierten Wissenschaftsjournal "Proceedings of the National Academy of Science" publiziert.
Die anatomischen Merkmale der verschiedenen "Hunderassen" zeigen teilweise extreme Unterschiede. Man vergleiche einen Chihuahua mit einer Bordeaux Dogge oder Pitbull und Greyhound. Da diese morphologischen Unterschiede in relativ kurzer Zeit durch züchterische Selektion zustande gekommen sind, ging man davon aus, das nur eine kleine Anzahl von Genen für spezifische anatomische Merkmale verantwortlich ist. Die aus dem "Georgie-Projekt" gewonnenen Daten unterstützen diese Hypothese.
Mit Hilfe der Daten von 330 PWHs, die einen Querschnitt der gesamten amerikanischen PWH-Population repräsentieren, wurden einige wenige Regionen im Hundegenom identifiziert, die den Knochenbau beim Hund beeinflussen und/oder regulieren. Hierzu wurden anhand von Röntgenbildern unterschiedliche Komponenten des Skeletts vermessen und eine Analyse der skelettalen Variationen und ihrer Vererbbarkeit durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die Mehrzahl der skelettalen Variationen durch vier komplexe Phänotypen (KP1 - 4) beschrieben werden kann.
KP1 beschreibt die Gesamtgrösse des Skeletts. Hier war die Variabilität am grössten und diese wurde grösstenteils nicht durch genetische Faktoren, sondern durch externe Faktoren wie Art und Menge des Futters bestimmt.
KP2: Die Abmessung des Beckens ist invers korreliert mit der Grösse des Kopfes und des Halses. Das bedeutet, dass Hunde mit relativ kleinem Beckengürtel relativ grosse Köpfe haben.
KP3: Die Länge des Schädels sowie der Gliedmassen stehen im umgekehrten Verhältnis (invers korrelliert) zur Breite und Höhe des Hundeschädels.
KP4: Die Länge des Schädels und der Gliedmassen ist ebenfalls invers korreliert mit der Knochendicke der Gliedmassen. Das heisst zum Beispiel, dass Hunde mit längeren Beinen dünnere Gliedmassenknochen besitzen, während Hunde mit kurzen Beinen dickere Knochen haben.
Der Vergleich der Anatomie eines Greyhounds sowie eines Pitbulls illustriert am besten die beiden Extreme der beschriebenen komplexen Phänotypen.
Wie findet man nun unter den zigtausenden von Genen, die ein Hund besitzt, diejenigen Gene, welche für die oben beschriebenen komplexen Phänotypen verantwortlich sind? Das Lark-Labor führte hierzu eine Mikrosatelliten-Polymorphismus-Analyse durch. Dazu muss man wissen, dass es an vielen Stellen im Säugetiergenom DNA-Abschnitte gibt, die aus vielen Kopien einer extrem kurzen DNA-Sequenz bestehen, die direkt hintereinander vorkommen. Diese sogenannten Mikrosatelliten sind äusserst polymorph, das heisst, dass sich eine bestimmte Mikrosatellitensequenz in zwei Individuen oft unterscheidet.
Da diese Mikrosatelliten im gesamten Hundegenom verteilt sind, dienen sie als eine Art Markierung für benachbarte Gene/Genomregionen. Die Vererbung eines bestimmten Genes kann daher anhand der benachbarten Mikrosatellitenregion verfolgt werden.
Im Lark Labor wurden nun pro Hundegenom 500 bereits bekannte Mikrosatelliten-Regionen durch DNA-Analyse überprüft und nach einem Zusammenhang zwischen der Vererbung spezifischer Mikrosatelliten und den beobachteten komplexen Phänotypen gesucht. Insgesamt wurden so neun Regionen im Hundegenom auf verschiedenen Chromosomen kartiert, die einen Einfluss auf die beschriebenen komplexen Phänotypen haben. Die verantwortlichen Gene selbst wurden nicht identifiziert - das wäre eine weitere jahrelange Sisyphusarbeit geworden.
Die Sequenzierung des Hundegenoms, das von mehreren Institutionen im Augenblick durchgeführt wird, erlaubt in Zukunft eine Identifizierung der verantwortlichen Gene.
Da sehr unterschiedliche anatomische Merkmale zusammen vererbt werden, muss die Expression dieser spezifischen Gene unterschiedliche Auswirkungen auf verschiedene Knochen des Skeletts haben. Also gibt es eventuell ein Gen X, das für vermehrtes Wachstum der Kieferknochen sorgt, aber gleichzeitig dazu führt, dass der Hund von niedriger Statur ist (wie beim Pitbull).
Das könnte bedeuten, dass Gen X das Wachstum eines Knochens stimuliert, während es das weitere Wachstum eines anderen Knochens verlangsamt. Die Produkte solcher Gene regulieren daher die Expression anderer Gene, die für das Knochenwachstum benötigt werden.
Das "Georgie-Projekt" hat gezeigt, dass es möglich ist die Vererbung spezifischer Merkmale in einer "freilebenden" Population zu untersuchen. Ein nachahmenswertes Beispiel.
Die Originalanfrage der PWH Züchterin, nämlich die Art der Vererbung einer spezifischen Erkrankung, die bei PWHs gehäuft vorkommt, zu eruieren, kann vom "Georgie-Projekt" übrigens noch nicht beantwortet worden.
"Wo fass ich dich, unendliche Natur?"
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