Neandertaler und Denisova-Menschen waren die engsten Verwandten unserer Vorfahren und dem Homo sapiens schon in vielem ähnlich. Auch sie besaßen bereits ein relativ großes Gehirn, nutzten Werkzeuge und sie breiteten sich erfolgreich über weite Teile Eurasiens aus. Trotzdem starben sie aus, während der Homo sapiens als einzige Menschenart übrig blieb. Aber warum? Bekannt ist, dass sich diese Frühmenschen genetisch durch Veränderungen im Code für rund 100 Aminosäuren von uns unterschieden. Doch welche Funktionen die von diesen Veränderungen betroffenen Proteine haben und welche biologischen Unterschiede dies für den Homo sapiens brachte, ist bisher weitgehend unbekannt.
Drei Proteine auf dem Prüfstand
Sechs dieser neu vom Homo sapiens erworbenen Aminosäure-Veränderungen hat nun ein Team um Felipe Mora-Bermudez vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden näher untersucht. Diese Aminosuren liegen in drei Proteinen, die im heranwachsenden Embryo besonders stark im Neocortex, dem evolutionär jüngsten Teils unserer Großhirnrinde, aktiv sind. “Diese drei Proteine stechen heraus, weil sie Aminosäure-Änderungen tragen, die bei allen heutigen Menschen vorkommen, aber nicht bei Menschenaffen, Neandertalern oder Denisova-Menschen”, erklären die Wissenschaftler. “Jede funktionale Konsequenz dieses Aminosäure-Austauschs wäre demnach einzigartig für den modernen Menschen.” Bereits bekannt ist, dass alle drei Proteine eine wichtige Rolle bei der Zellteilung spielen: KIF18a ist ein Motorprotein, das die korrekte Positionierung der Chromosomen kurz vor ihrer Aufteilung auf die Tochterzellen sicherstellt. KNL1 gehört zum Spindelapparat und wird für die Anheftung der Mikrotubuli an die Kinetochore im Chromosomenzentrum benötigt. SPAG5 ist für die Stabilisierung dieser Anheftung wichtig.
Die Frage ist jedoch, ob und wie die menschentypischen Veränderungen in diesen drei Proteine ihre Funktion beeinflussen – und welche Folgen dies für die Hirnentwicklung des Homo sapiens im Gegensatz zu seinen beiden Verwandten hatte. Um dies zu untersuchen, änderten Mora-Bermudez und seine Kollegen bei Mäuseembryos den Bauplan dieser drei Proteine mithilfe der Genschere Crispr/Cas9 in die menschliche Variante. Dann beobachteten die Forscher das Teilungsverhalten von Zellen im Neocortex der Tiere. Es zeigte sich, dass die Mäusezellen mit der Menschenvariante der Proteine länger in der Metaphase der Zellteilung verharrten – der Phase, in der die Chromosomen vom Spindelapparat in der Mitte der Zelle aufgereiht werden. Im Schnitt dauerte die Metaphase bei normalen Mäusen 4,6 Minuten, bei den “vermenschlichten” hingegen 5,8 Minuten. Weil Mäuse bei diesen drei Proteinen mit Neandertalern und anderen Hominiden übereinstimmen, legt das nahe, dass dies ein Unterschied war, den unsere Vorfahren gegenüber ihren Vorgängern und Verwandten zeigten.
