Rolle langer nicht-kodierender RNAs in der Haut liefert wichtige Erkenntnisse für die Evolution

Eine Studie hat gezeigt, dass eine Art nicht-kodierendes RNA-Molekül bei der Entstehung von Hautkrankheiten – wie Ekzemen oder Schuppenflechte – eine Rolle spielen könnte, und beleuchtet einen wichtigen molekularen Mechanismus für die genetische Evolution.

Die Studie von Forschern des King’s College London, veröffentlicht im EMBO Zeitschrifthat eine Rolle langer nicht-kodierender RNAs bei der Kontrolle des Gleichgewichts zwischen Stammzellen und spezialisierten Hautzellen in der äußeren Hautschicht aufgedeckt.

Nachdem das Team diesen Mechanismus in menschlichen Hautzellen entdeckt hatte, konnte es in einer Hautzelllinie, die von Affen, einer eng verwandten Art, isoliert wurde, nicht denselben Effekt feststellen. Diese Ergebnisse liefern wichtige Hinweise darauf, wie „nicht-kodierende“ Sequenzen genetischen Materials in kurzen evolutionären Zeiträumen zur Entwicklung neuer Funktionen im Genom beitragen können.

Auf der Oberfläche der Haut – der sogenannten Epidermis – teilen sich Stammzellen, um einen Klon von sich selbst zu erzeugen, oder sie verwandeln sich und entwickeln sich zu spezialisierten Hautzellen – den sogenannten Korneozyten –, die unseren Körper von der Außenwelt isolieren.

Um das richtige Gleichgewicht zwischen der Anzahl der Stammzellen und der spezialisierten Zellen aufrechtzuerhalten, wird der Prozess, der entscheidet, ob sich eine Stammzelle teilt oder sich zu einem Korneozyten entwickelt, streng reguliert. Wenn dieses Gleichgewicht gestört ist, kann dies zur Entwicklung von Hautkrankheiten wie Ekzemen oder Schuppenflechte führen.

Die Studie des Watt Lab am King’s College untersuchte eine Gruppe von Genen, die sogenannten snoRNA Host Genes (SNHGs), die für die Kontrolle dieses Gleichgewichts wichtig sind.

SNHGs erzeugen Moleküle aus langer nicht-kodierender RNA. Während RNA vor allem als das Molekül bekannt ist, das Anweisungen zur Herstellung von Proteinen aus DNA liefert, erzeugen nicht-kodierende RNA-Moleküle nicht direkt Proteine. Stattdessen haben sie andere Funktionen in Zellen, wie die Modifizierung anderer RNA-Moleküle und die Beeinflussung der Menge anderer RNAs oder Proteine, die produziert werden.

Konkret stellte das Team in dieser Studie fest, dass SNHGs Stammzellen in der Epidermis anweisen, sich stärker zu teilen, während sie gleichzeitig daran gehindert werden, sich in Korneozyten umzuwandeln. Bei einer Analyse von Modellen menschlicher Hautzellen stellte das Team fest, dass die SNHG-Produktionsniveaus bei derselben Person zwischen den von atopischer Dermatitis (Ekzem) oder Psoriasis betroffenen Bereichen und der umgebenden, nicht betroffenen Haut unterschiedlich waren.

Die Ergebnisse könnten darauf hinweisen, dass diese Moleküle zu den Hautveränderungen beitragen, die bei diesen entzündlichen Erkrankungen auftreten. Die Studie lieferte auch wichtige Erkenntnisse über die Evolution des Genoms, nachdem identische Tests in vitro ergaben, dass eine dieser RNAs – SNHG7 – keinen Einfluss auf eine aus einer Affenart isolierte Hautzelllinie hatte.

„Das bedeutet, dass SNHGs in der Zelle manchmal ‚plötzlich‘ (im evolutionären Sinne) von inert zu aktiv wechseln können. Dies könnte ein starker Treiber für die Entwicklung neuer biologischer Merkmale im Laufe der Evolution sein“, sagt Dr. Matteo Vietri Rudan.

Eine zentrale Frage der Molekularbiologie und Evolutionsbiologie besteht darin, zu verstehen, wie sich das Genom im Laufe der Evolution genau verändert, um neue Funktionen zu erlangen. Die Studie unterstreicht die Rolle, die diese nicht-kodierenden Genomsegmente hierbei spielen könnten.

Die Autoren hoffen, dass die weitere Erforschung der Funktionsweise von SNHGs auf molekularer Ebene und die Untersuchung ihrer Auswirkungen auf andere biologische Prozesse, beispielsweise während der Entwicklung, mehr Licht auf die Art und das Ausmaß werfen wird, in dem nicht-kodierende Sequenzen zur Evolution neuer Merkmale zwischen Arten und zu ihrer Anpassung an veränderte Umwelten beitragen können.