Im Laufe der Evolution haben sich Pferde zu ausdauernden Kraftpaketen entwickelt. Da sie schon vor Millionen Jahren in offenen Landschaften grasten, war es für sie überlebenswichtig, schnell und lange laufen zu können, um Raubtieren zu entkommen. Mit zunehmender Körpergröße erhöhte sich die dafür benötigte Energie. Doch welche genetischen Anpassungen haben es ihnen ermöglicht, ihre Muskeln ausreichend mit Sauerstoff zu versorgen, um solche hohen Leistungen abrufen zu können?
Mutation verbessert Energieproduktion
Mit dieser Frage hat sich nun ein Team um Gianni Castiglione von der Vanderbilt University in Tennessee beschäftigt. „Pferde gehören zu den größten Athleten der Natur, doch die uralten molekularen Anpassungen, die ihnen ermöglichen, ihren Energiebedarf zu decken, sind kaum bekannt“, erklären die Forschenden. Um dieses Rätsel zu lösen, haben sich Castiglione und ihr Team auf eine genetische Spurensuche begeben. Dabei fokussierten sie sich auf den sogenannten NRF2/KEAP1-Signalweg, der unter anderem die Funktionsweise der zellulären Kraftwerke, der Mitochondrien, beeinflusst.
Die Mitochondrien erzeugen mit Hilfe von Sauerstoff das energiereiche Molekül ATP. Dabei entstehen allerdings sogenannte reaktive Sauerstoffspezies, die für oxidativen Stress sorgen und Gewebeschäden verursachen können. Pferde haben besonders viele Mitochondrien in ihren Muskelzellen, müssten also eigentlich besonders stark betroffen sein. Doch wie Castiglione und ihre Kollegen entdeckten, sorgt eine uralte Mutation für Schutz – und steigert zugleich die Effizienz der Energieproduktion: „Diese Mutation im KEAP1-Gen, die bei allen heute lebenden Pferden, Eseln und Zebras vorkommt, erhöht die mitochondriale Atmung und verringert gleichzeitig oxidativen Stress“, berichtet das Team.
Stopp-Codon überlesen
Das Besondere: Auf den ersten Blick wirkt die neu identifizierte DNA-Mutation so, als würde sie das von diesem Gen kodierte Protein unbrauchbar machen. Denn durch die Änderung eines einzigen Buchstabens im genetischen Code ist bei den Pferden und ihren Verwandten ein neues sogenanntes Stopp-Codon entstanden. Dieses liegt mitten in der genetischen Bauanleitung des KEAP1-Proteins. Solche vorzeitigen Stopp-Codons sorgen üblicherweise dafür, dass das entsprechende Protein an dieser Stelle abbricht und nicht funktionsfähig ist.
