Menschliche Gelenke besitzen laut einer am Mittwoch im Fachjournal Nature veröffentlichten internationalen Studie nur ein Drittel bis ein Viertel so viele knorpelerhaltende Zuckermoleküle wie die von Menschenaffen. Forscher des Weizmann-Instituts und der Universität Kyoto führen dies auf genetische Veränderungen im Verlauf der Evolution zurück, die Arthrose begünstigen könnten.
Der moderne Mensch muss sich im Alltag mit Gelenken abfindern, die evolutionär bedingt deutlich weniger geschützt sind als die unserer nächsten Verwandten im Tierreich. Eine am Mittwoch im Fachjournal Nature erschienene internationale Untersuchung zeigt, dass im menschlichen Knorpel die Konzentration bestimmter Zuckermoleküle drastisch abgesenkt ist. Federführend an der Arbeit beteiligt waren das Institut für Humanbiologie der Universität Kyoto und das Weizmann-Institut für Wissenschaften in Israel.
Genetische Unterschiede und Hybridzellen im Labor
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Um die molekularen Ursachen zu ergründen, untersuchte das Forschungsteam um David Gokhman vom Weizmann-Institut und Fumitaka Inoue von der Universität Kyoto rund 561.000 Erbgutunterschiede zwischen Menschen und anderen Menschenaffen. Dabei identifizierten die Wissenschaftler mit einem speziellen Prüfverfahren genau 15.077 Stellen mit einer menschenspezifischen Regelfunktion, die die Aktivität einzelner Gene steuern.
Um die konkrete Auswirkung dieser genetischen Abweichungen zu testen, erzeugten die Forscher im Labor Hybridzellen aus menschlichen und Schimpansen- beziehungsweise Gorillazellen. In diesen Zellen befanden sich die Erbgutsätze beider Arten unter exakt gleichen Bedingungen in einem gemeinsamen Zellkern. Aus diesen Kulturen züchteten die Wissenschaftler Vorläuferzellen von Knochen und Knorpel, um gezielt zu vergleichen, welche Gene beim Menschen anders reguliert werden.
Weniger Glykosaminoglykane im menschlichen Knorpel
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Der auffälligste Befund der Analyse betraf die Bildung sogenannter Glykosaminoglykane. Hierbei handelt es sich um lange Zuckermoleküle, die im Knorpel Wasser binden und dessen Elastizität gewährleisten. Die Auswertung ergab, dass zahlreiche Gene, die für die Produktion dieser Moleküle zuständig sind, auf den menschlichen Chromosomen deutlich weniger aktiv sind als auf denen von Gorillas.
Die Zusammensetzung menschlicher Gelenke habe sich im Lauf der Evolution stark verändert. Dadurch seien sie weniger belastbar und anfälliger für Verschleißerkrankungen wie Arthrose oder Bandscheibenvorfälle.
David Gokhman, Weizmann-Institut
Der tatsächliche Gehalt dieser entscheidenden Zuckermoleküle im menschlichen Gelenk liegt der Studie zufolge etwa drei- bis viermal niedriger als bei Menschenaffen. Nadav Mishol, einer der Erstautoren der Untersuchung, wies darauf hin, dass sich die Zuckermoleküle selbst im Laufe der Zeit kaum verändert haben. Verändert hat sich stattdessen die Menge, die der Körper produziert.
Zusammenhang mit Arthrose und weltweite Verbreitung
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Die evolutionäre Umgestaltung der Gelenke könnte erklären, warum der Mensch deutlich schneller Verschleißerscheinungen zeigt. Selbst ältere Schimpansen im Alter von 60 oder 70 Jahren weisen laut den Forschern kaum entsprechende Beschwerden auf. Im Gegensatz dazu leiden weltweit rund 607 Millionen Menschen an Arthrose, was etwa 7,7 Prozent der Weltbevölkerung entspricht. Das Weizmann-Institut betont, dass diese häufigste Form der Gelenkerkrankung neben dem Knorpel im Laufe der Zeit auch Knochen, Gelenkinnenhaut und Bänder in Mitleidenschaft zieht.
Besonders häufig sind Knie, Hüften, Hände und die Wirbelsäule betroffen. Als wesentliche Risikofaktoren gelten neben der genetischen Veranlagung vor allem das Alter, frühere Verletzungen, Überlastung sowie Übergewicht. Das Forschungsteam vermutet zudem, dass die geringere Menge dieser Zuckermoleküle mit einem leichteren Skelett oder der längeren Formbarkeit des menschlichen Gehirns zusammenhängen könnte. Langfristig hoffen die Wissenschaftler, dass diese Erkenntnisse dazu beitragen, Risikogruppen früher zu identifizieren und therapeutische Ansätze zu verbessern.
