Frank Ryan: Virolution – Die Macht der Viren in der Evolution, Kap. 7

Fortsetzung meiner Exzerpte von Kap. 5 und Kap. 6, ebenfalls noch nicht allgemeinverständlich aufbereitet

7. Machen endogene Retroviren uns krank?

Mutationen können in Wirbeltiergenen neue Stopcodons erzeugen, also jene Drei-Basen-Signale, die der Transkriptionsmaschinierie im Zellkern das Ende eines Gens anzeigen. Ein Stopcodon mitten in einem Gen sorgt dafür, dass die Messener-RNA zu kurz gerät und normalerweise nicht als Bauanleitung für ein funktionsfähiges Protein dienen kann.

Dasselbe kann auch in den Gensequenzen endogener Retroviren geschehen, aber diese können durch Rekombination mit dem Erbgut weiterer endogener oder exogener Viren repariert und somit „wiederbelebt“ werden. (Rekombination ist auch für die Häufigkeit und Heftigkeit von Grippe-Epidemien verantwortlich: Das „Schweinegrippe“-Virus beispielsweise ist ein Patchwork aus Menschen-, Schweine- und Vogelviren aus Nordamerika, Europa und Asien.) Zudem kann eine durch ein Stopcodon verkürzte virale Sequenz im holobiontischen Genom einfach eine neue Funktion übernehmen.  

Sobald sich exogene Viren auf eine Partnerschaft mit ihrem Wirt einlassen, kommt eine Symbiose-Dynamik in Gang, denn ein rein egoistisches Virus in der Keimbahn seines Wirts würde diesem so sehr schaden, dass es gemeinsam mit ihm zugrunde ginge. Genetische Symbiosen entwickeln sich oft viel schneller, als man es von der klassischen Evolution durch Mutation und Selektion kennt.

Die Abwehrsysteme des Wirts versuchen Viren, die in die Keimbahn eindringen, umgehend zu deaktivieren – und zwar epigenetisch, durch Methylierung.

Keines der HERVs in unserem Erbgut ist noch infektiös, also z. B. beim Geschlechtsverkehr auf andere Menschen übertragbar – selbst das erst kürzlich integrierte Virus HERV-K113 nicht mehr, das zur Zeit bei 29% der Menschen (vor allem aus Afrika, Asien und Polynesien) auf Chromosom 19 zu finden ist. Eine einzige Aminosäure-Austausch-Mutation in seiner gag-Region hat ihm die Fähigkeit zur Ansteckung geraubt.

Wenn man HERV-Genprodukte bei Kranken nachweist, ist immer schwer zu entscheiden, ob diese die Krankheit verursachen oder eigentlich zu ihrer Abwehr dienen, aber durch eine klassische Punktmutation oder durch Rekombination mit exogenen Viren, LINEs oder Alu-Sequenzen wirkungslos wurden.

Das Y-Chromosom trifft im Unterschied zu den anderen menschlichen Chromosomen bei der Fortpflanzung nie auf seinesgleichen und kann daher an der sexuellen Rekombination, die sonst viele Gendfefekte neutralisiert, nicht teilnehmen. Vielleicht finden sich deshalb auf ihm so viele HERV-Elemente. Dass während der Spermienproduktion alle 16 HERV-Promotersequenzen (Steuerungselemente in den LTRs) aktiv sind, deutet auf eine wichtige physiologische Funktion der Y-Chromosom-HERVs und ihrer Produkte hin.

LINEs und bestimmte SINEs sind Abbauprodukte symbiotischer HERVs, also virale Pendants zum verstümmelten Mitochondrien-Genom. Hätten sie keine Funktion, so wären sie wohl nicht so häufig. LINEs enthalten noch eine pol-Region, können also reverse Transkriptase und Integrase herstellen und sich so ohne fremde Hilfe vermehren und an neuen Stellen ins Genom integrieren. SINEs und Alu-Sequenzen benötigen dafür hingegen Unterstützung von HERVs oder LINEs, die ihnen die Enzyme zur Verfügung stellen.

Aus bislang unbekannten Gründen meiden LINEs genreiche Regionen des Genoms, während Alu-Sequenzen sich gerade hier drängen und das nötige genetische Spielmaterial für evolutionäre Neuerungen bereitstellen. Alu-Sequenzen sind maximal 300 Basenpaare lang und hoch repetitiv. Im Humangenom gibt es inzwischen über eine Million Kopien, von denen etwa 2000 menschenspezifisch sind. Alu-Sequenzen stammen nicht aus Viren, zeigen aber wegen ihrer Abhängigkeit von den HERVs und LINEs virusähnliche Verhaltensweisen. Man zählt sie zu den Retrotransposons.

Oft lässt sich nicht erkennen, ob ein Virus-Genprodukt an normalen physiologischen Vorgängen beteiligt ist oder pathologisch wirkt. Syncytin-1 und Syncytin-2 kommen im gesunden Gehirn in hohen Konzentrationen vor, aber HERVs (vor allem aus der HERV-W-Familie) scheinen auch bei Gehirnerkrankungen eine Rolle zu spielen. So wurden bei 35 Personen mit frischen Schizophrenie-Diagnosen in der Cerebrospinalflüssigkeit genetische Sequenzen nachgewiesen, die für das pol-Gen von HERV-W typisch sind. Womöglich lösen Umwelteinflüsse wie Wechselwirkungen mit exogenen Viren in bestimmten Organen eine „ungeplante“ HERV-Expression aus, die krank macht.

HERV-E, HERV-F, ERV9 und HERV-K weisen bei unauffälligen Individuen gehirnspezifische Expressionsmuster auf; eine HERV-K10-Unterfamilie ist dagegen schwach mit Schizophrenie und bipolaren Störungen assoziiert. Diese HERVs könnten allerdings auch zur Immunabwehr gehören und die Krankheit bekämpfen, statt sie hervorzurufen.

[Fortsetzung und Schluss: Kapitel 8]

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