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News: Östrogen war zuerst da

Indem er eine DNA-Sequenz rekonstruierte, die vor mehr als 450 Millionen Jahren existierte, lüftete ein Forscher das Geheimnis um die Entstehung neuer Hormone während der Evolution. Zum Vorschein kam, dass Östrogen das älteste aller Steroidhormone ist. Aber seine Aufgabe, die Geschlechter voneinander zu unterscheiden, entwickelte es erst viel später.
Steroidhormone spielen in vielen biologischen Prozessen eine essentielle Rolle. Doch ihre evolutionären Ursprünge waren lange ein Mysterium. Die Gruppe beinhaltet neben den Sexualhormonen Östrogen, Testosteron und Progesteron auch die Hormone Cortisol und Aldosteron, die Verhalten, Immunität und die Antwort des Körpers auf Stress und veränderte Umgebung steuern. Diese Hormone zirkulieren im Blut und passieren die Membran ihrer Zielzellen, wo sie im Zellinneren an ihre spezifischen Rezeptoren binden. Als Zusammenschluss wandern sie dann in den Zellkern und schalten hier das Ablesen spezieller Gene an. Praktisch alle Wirbeltiere, vom Fisch bis zum Mensch, besitzen Versionen dieser Steroidrezeptoren. Wirbellosen wie Insekten und Würmern fehlen sie jedoch.

Doch wie entwickelten sich Hormone und ihre zugehörigen Rezeptoren während der Evolution? Darwins Evolutionstheorie erklärt zwar, wie sich die Merkmale durch spontane Mutationen immer mehr verbesserten und den veränderten Umweltbedingungen anpassten, doch wie die Hormone zuallererst entstanden, erläutert sie nicht. Die Steroidhormone und ihre Rezeptoren sind ein schönes Beispiel hierfür. Wieso sollte ein selektiver Druck die Entstehung neuer Hormone gefördert haben, wenn sie aufgrund fehlender Rezeptoren eigentlich funktionslos waren? Oder umgekehrt, warum sollte sich der Rezeptor entwickeln, wenn noch keine Hormone vorhanden sind? Die Forscher standen hier vor dem altbekannten Problem vom Huhn und dem Ei.

Joe Thornton vom Earth Institute der Columbia University untersuchte die aufeinander folgenden Ereignisse während der Evolution der Wirbeltiere und suchte sich als Objekt die kiefernlosen Neunaugen, die sich vor etwa 450 Millionen Jahren von der Linie der weiteren Wirbeltiere abspalteten. Mit Hilfe der Polymerasekettenreaktion vervielfältigte er die Gene für die Hormonrezeptoren und wurde aber nur bei dreien fündig. So besitzen die Tiere Rezeptoren für die drei Sexualhormone, aber weder für Cortisol noch für Aldosteron – sie scheinen also auf einer Zwischenstufe in der Entwicklung des endokrinen Systems zu stehen. Und zwar noch bevor die Steroide ihre Aufgabe zur Regulierung der Geschlechterdifferenzierung aufnahmen, wie sie es in anderen Wirbeltieren tun.

Als Thornton die Sequenzen mit denen anderer Wirbeltiere verglich, zeigte sich ein zweifacher Sprung in der Evolution. Bevor sich die Neunaugen von der Linie der weiteren Wirbeltiere trennten, entstand ein erster Teil des Endokrinsystems. Der zweite Teil entwickelte sich dann in dem Zeitraum bis zur Abspaltung der Fische von den restlichen Wirbeltieren.

Doch welches Hormon entstand als erstes? Der Vergleich der Hormonrezeptoren offenbarte es: Der Östrogenrezeptor ist der älteste, da sich seine heutige Sequenz nur geringfügig von den ursprünglichen unterscheidet. Somit scheint der Rezeptor einen anderen Weg gegangen zu sein, als sich die Forscher bislang vorstellten. Da Östrogen ganz am Ende der Stoffwechselkette steht – Progesteron wird in Testosteron umgewandelt und dieses dann letztendlich in Östrogen – sollte es auch zuletzt entstanden sein. Doch das Letzte war diesmal das Erste, denn es hatte als erstes einen eigenen Rezeptor. Die Lösung des ganzen Problems sieht Thornton so: "Die Hormone kamen zuerst, aber sie waren keine Hormone und hatten keine Funktion per se, bis ihre Rezeptoren im Genom der Wirbeltiere auftauchten." Und da war Östrogen am schnellsten.

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