Chromatinstruktur spielt Schlüsselrolle bei der Evolution des Sozialverhaltens von Hunden

Eine Studie an Hunden ergab, dass die räumliche Struktur des Chromatins eine bedeutende Rolle bei der Evolution des Sozialverhaltens spielt. Chromatin, die kompakte Form der DNA, verpackt nicht nur genetisches Material, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Genregulation.

Diese Studie, veröffentlicht in BMC Genomicszeigt, dass sowohl die lineare Sequenz der DNA als auch ihre dreidimensionale Konfiguration mit freundlichem Verhalten in Zusammenhang stehen, das durch die Domestizierung von Hunden geprägt wurde, und bietet neue Einblicke in die molekularen Mechanismen, die sozialen Merkmalen zugrunde liegen.

Verhaltensmerkmale wie Geselligkeit werden von zahlreichen Genen, deren Wechselwirkungen, Umweltfaktoren und individuellen Lebenserfahrungen beeinflusst.

Da die Wirkung eines einzelnen Gens schwer zu erkennen ist, machte es Schlagzeilen, als Dr. Bridgett vonHoldt, Professorin an der Princeton University, und ihr Team 2017 bestimmte Elemente im GTF2I-Gen bei Hunden identifizierten, die mit dem Williams-Beuren-Syndrom (WB) beim Menschen in Verbindung stehen, das durch Hypersozialität, extreme Freundlichkeit und kraniofaziale Anomalien gekennzeichnet ist.

Die Ergebnisse legten nahe, dass die Selektion auf mehr Freundlichkeit bei Hunden mit Veränderungen im GTF2I-Gen einherging.

„Dieses Gen spielt eine Rolle bei der neuronalen Entwicklung und den mit Angst und Geselligkeit verbundenen Bahnen und ist wahrscheinlich ein entscheidender Faktor für das freundliche Verhalten, das durch Domestizierung geprägt wird. In unserer aktuellen Studie wollten wir untersuchen, wie genetische Varianten die 3D-Struktur der DNA beeinflussen, die dieses Gen enthält“, sagt vonHoldt, Hauptautor der Veröffentlichung.

„Das GTF2I-Gen hat mehrere Varianten, wobei die alte, wolfsähnliche Variante bei drei von zehn Individuen vorkommt. Wir waren neugierig, wie genau die alten und die moderneren Varianten die Genfunktion beeinflussen.“ Die Genvarianten stammen von Retrotransposons, das sind bewegliche, sich selbst vervielfältigende DNA-Elemente.

Die Forscher untersuchten einen intronenförmigen Abschnitt des Gens, der kein Genprodukt erzeugt, aber wahrscheinlich die räumliche Struktur des Chromatins – des Komplexes aus DNA und Proteinen, aus denen die Chromosomen bestehen – beeinflusst und Unterschiede in der Genexpression verursacht.

Sie stützten sich auf Gehirngewebeproben von Hunden, die von der Canine Brain and Tissue Bank der ELTE-Universität in Budapest zur Verfügung gestellt wurden.

„Wir haben Hirnstammproben von Haushunden gesammelt, die aus medizinischen Gründen eingeschläfert und für die Forschung gespendet wurden. Wir haben nur Hunde einbezogen, die keine schwerwiegenden Erkrankungen des Nervensystems hatten“, erklärt Dr. Eniko Kubinyi, Leiterin der Abteilung für Ethologie an der ELTE, die die Bank zusammen mit der Genetikerin Dr. Sára Sándor und dem Tierarzt Dr. Kálmán Czeibert eingerichtet hat und sie mit Zuschüssen der Ungarischen Akademie der Wissenschaften unterhält.

„Das untersuchte Gen reguliert die Expression anderer Gene, daher ist mit seiner Expression im gesamten Gehirn zu rechnen.“

Die Studie ergab, dass die alten und modernen Varianten von GTF2I die Form der Chromatinschleife unterschiedlich beeinflussen.

„Neue regulatorische DNA-Segmente, die durch Retrotransposon-Insertionen entstehen, werden im Allgemeinen aus dem Genom eliminiert. Interessanterweise übernimmt das Genom des alten Wolfs innerhalb eines Introns des GTF2I-Gens das eingefügte Segment weitgehend, während das Genom des modernen Hundes es ablehnt“, sagte Dr. Dhriti Tandon, die Erstautorin der Studie.

„Das Vorhandensein oder Fehlen dieses Retrotransposons ist mit einer veränderten 3D-Chromatinstruktur bei GTF2I verbunden, mit möglichen Auswirkungen auf nachgelagerte Wege, die die extrazelluläre Matrix und das GTF2I-Spleißen regulieren.

„Dies ist dem Fall des Menschen ähnlich, bei dem viele WB-Patienten kraniofaziale Anomalien aufweisen, die durch Anomalien der extrazellulären Matrix und eine veränderte GTF2I-Funktion erklärt werden. Im Wesentlichen berichten wir von einer mutmaßlichen molekularen Konvergenz zwischen hypersozialem Verhalten bei Hunden und dem Williams-Beuren-Syndrom beim Menschen.“

Wenn bestimmte Arten dieselbe Mutation beibehalten, andere jedoch nicht – wie man am Unterschied zwischen Wölfen und Hunden sehen kann – ist der regulierende Effekt wahrscheinlich evolutionär bedeutsam. In Abwesenheit von Retrotransposonen bildet sich bei Hunden keine DNA-Schleife, die bei Wölfen vorhanden ist, was einige der Unterschiede in den neurokognitiven Profilen und damit im Sozialverhalten zwischen den beiden Arten erklären könnte.

Die Forscher hoffen, dass ihre Ergebnisse verdeutlichen, dass nicht nur die genomische Basensequenz, sondern auch ihre 3D-Struktur das Verhalten beeinflusst.