Forscherteam aus Zoologen und Molekulargenetikern identifiziert Erbinformation für neues Globin
08.04.2002
Ohne Sauerstoff geht – fast – nichts, er ist der Treibstoff aller Lebensvorgänge in höheren Lebewesen. Sauerstoffmangel führt sehr schnell zur irreparablen Schädigung etwa von Nervenzellen. Es ist daher nicht überraschend, dass die meisten Tiere spezielle sauerstoffbindende Proteine, sogenannte Globine, besitzen, die den Sauerstoff aus der Lunge zu den Organen transportieren und in besonders aktiven Geweben auch dort speichern. Gemäß ihrer enormen physiologischen Bedeutung zählen das sauerstofftransportierende Hämoglobin im Blut und das sauerstoffspeichernde Myoglobin im Muskel zu den am besten erforschten Proteinen überhaupt.
Umso verwunderlicher mutet es an, dass man die Suche nach weiteren, spezialisierten Globinen in anderen Geweben lange vernachlässigt hat. Doch gerade hier beginnt nun die Entschlüsselung der menschlichen Erbinformation Früchte zu tragen: In der Fachzeitschrift Molecular Biology and Evolution berichtet ein Forscherteam der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) um den Zoologen Prof. Dr. Thorsten Burmester und den Molekulargenetiker Prof. Dr. Thomas Hankeln, dass unerwarteterweise wohl alle Gewebe des Menschen ein neuartiges sauerstoffbindendes Eiweiß namens Cytoglobin besitzen. Die Autoren konnten die Erbinformation für das neue Globin kürzlich durch verfeinerte Suchen in Sequenzdatenbanken des Humangenoms identifizieren. Das Cytoglobin ist dabei etwa 40 Aminosäure-Bausteine länger als die bekannten Hämo- und Myoglobine. Es wird deshalb vermutet, dass Cytoglobin neben einer Sauerstoffspeicherung noch weitere Funktionen wahrnimmt, wie zum Beispiel die Messung des zellinternen Sauerstoffgehalts oder eine Entgiftung von Zellen. Ein Genstammbaum zeigt, dass Cytoglobin am nächsten mit dem Myoglobin des Muskels verwandt ist. Es scheint sogar, dass eben dieses altbekannte Myoglobin während der Evolution die muskelspezifische Variante des Cytoglobins geworden ist.
Doch was ist mit dem Organ, das neben dem Muskel den höchsten Sauerstoffbedarf hat und auf Sauerstoffmangel äußerst empfindlich reagiert? Unser Gehirn beansprucht immerhin 20 Prozent des verfügbaren Sauerstoffs, obgleich es nur zwei Prozent unseres Körpergewichts einnimmt. In der Tat konnten Burmester und Hankeln erst kürzlich zeigen, dass das Gehirn des Menschen und vermutlich aller Wirbeltiere eine weiteres spezielles und bislang unentdecktes Globin besitzt, das Neuroglobin. Neuroglobin ist ein stammesgeschichtlich sehr altes Protein, das möglicherweise parallel zur Entstehung des Nervensystems der Tiere selbst von der Evolution entwickelt wurde. Das Neuroglobin bindet den Sauerstoff mit hoher Affinität und speichert ihn vermutlich für Zeiten eines Mangels. Daten einer amerikanischen Arbeitsgruppe bestätigen dies und zeigen, dass Neuroglobin die Nervenzellen vor Schädigung bei Sauerstoffmangel schützen kann. Daher ist es verständlich, dass die neu entdeckten Globine auch für medizinische Anwendungen sehr interessant erscheinen und dabei helfen, die Versorgung von Zellen mit Sauerstoff besser zu verstehen.