Hautfarbe und Abstammung: Genetik liefert Impulse für Melanomforschung

Der Zusammenhang zwischen Hautpigmentierung und ethnischer Zugehörigkeit ist komplizierter als bisher angenommen. Die Erkenntnis, welche Gene für die Regulierung der Hautfarbe in Abhängigkeit von der Herkunft einer Person verantwortlich sind, hat nach Ansicht des Teams von Genetikern der Penn State University weitreichende Auswirkungen auf die Genforschung, insbesondere im Hinblick auf die Vorbeugung oder Behandlung bestimmter Hautkrebsarten.

„Wir sind einen Schritt näher dran, eine Grundlage zu schaffen, um zu verstehen, woher wir kommen, wie Farbveränderungen auf molekularer Ebene ablaufen und warum die Veränderung der Hautfarbe bei Europäern stärker mit sonnenbedingten Melanomen assoziiert ist“, sagte der Mitautor Keith C. Cheng, Professor für Pathologie und Labormedizin, Biochemie und Molekularbiologie sowie Pharmakologie an der Penn State, State College, USA.

Ein Schlüssel zum Verständnis der Evolution der menschlichen Hautfarbe liegt laut Cheng im Genom einer kleinen Population im Commonwealth of Dominica. Auf der Insel Dominica lebt das Volk der Kalinago, das von allen indianischen Völkern in der Karibik die wenigsten europäischen Vorfahren hat.

Cheng nahm vor 15 Jahren zum ersten Mal Kontakt mit dem Stamm auf, dessen Abstammung hauptsächlich aus indianischen und afrikanischen Linien besteht, nachdem sein Labor das Gen identifiziert hatte, das für die hellere Hautfarbe der Europäer verantwortlich ist. Die National Institutes of Health stellten 2009 die ersten Mittel zur Verfügung, damit Cheng und sein Mitautor Khai C. Ang, mit dem geografisch und genetisch isolierten Volk der Kalinago zu arbeiten, um die Möglichkeit auszuschließen, dass dasselbe Gen auch bei amerikanischen Ureinwohnern und Ostasiaten für die Hautfarbe verantwortlich ist.

„Nachdem wir 2005 die Variante des Gens SLC24A5 identifiziert hatten, die in erster Linie zu einer helleren Hautfarbe bei Europäern beiträgt, war die nächste nahe liegende Frage: Was ist mit ähnlichen Hauttönen bei amerikanischen Ureinwohnern und Ostasiaten?“, so Cheng. „Beide Bevölkerungsgruppen sind relativ hellhäutig, aber bei Europäern ist die Wahrscheinlichkeit, an einem Melanom zu erkranken, mindestens 15 Mal höher. Warum erkranken Ostasiaten und amerikanische Ureinwohner nicht in gleichem Maße an Hautkrebs?“

Die Wissenschaft der Hautfarbe

„Die Unterschiede in der Hautfarbe sind seit langem ein Rätsel der menschlichen Biologie“, sagt Ang, Assistenzprofessorin für Pathologie und Labormedizin an der Penn State. Alle Menschen stammen ursprünglich aus Afrika, und als sie ihren Fußabdruck auf den Rest der Welt ausdehnten, bildeten sich zwei Hauptwanderungszweige heraus: der europäische Zweig, der die Völker des indischen Subkontinents und Europas umfasst, und der ostasiatische Zweig, der Ostasien und Amerika einschließt. Die Menschen in beiden Zweigen passten sich an geografisch und klimatisch unterschiedliche Gebiete an.

Eine dieser Anpassungen betraf das Melanin. Es bietet einen gewissen Schutz vor den ultravioletten (UV-)Strahlen des Sonnenlichts, die Hautzellen schädigen können. In den nördlichen Breitengraden Europas und Asiens schränke Melanin jedoch auch die Produktion von Vitamin D ein, das für die menschliche Gesundheit von entscheidender Bedeutung sei, so Ang.

„Ein biologischer Vorteil des Sonnenlichts ist das Vitamin D, das der Körper aus der UV-Strahlung bildet“, so Ang. An Orten mit geringerer UV-Strahlung können Menschen mit weniger Melanin das vorhandene Sonnenlicht besser nutzen. Aus diesem Grund scheinen sowohl amerikanische Ureinwohner als auch Ostasiaten weniger Melanin zu haben als Menschen afrikanischer Abstammung, aber sie haben ein geringeres Risiko, an einem Melanom zu erkranken als Europäer, so Ang.

„Es gibt zahlreiche Veränderungen im menschlichen Genom, die sich auf die Hautfarbe auswirken können, aber die Menschen wurden in der Vergangenheit nach ihrer Abstammung in drei große Gruppen eingeteilt: Afrikaner, Ureinwohner Amerikas/Ostasiens und Europäer/Südasiaten“, so Ang. „Die europäische Haut ist empfindlicher gegenüber UV-Schäden, obwohl sie eine ähnliche Hautfarbe hat wie die ostasiatische und die amerikanische Ureinwohnerhaut. Irgendein zellulärer und genetischer Mechanismus muss vor solchen Schäden schützen.“

Jetzt, da das Team bestätigt hat, dass in jedem Migrationszweig der Menschheit unterschiedliche Gene für die Hautfarbe verantwortlich sind, können die Forschenden besser verstehen, warum der europäische Mechanismus der helleren Haut zu höheren Melanomraten bei Europäern führt. „Diese Arbeit bestätigt, dass separate genetische Mechanismen an der Evolution der helleren Haut in jedem der menschlichen Migrationszweige beteiligt waren“, so Cheng.

Die Sache mit dem Melanin

Die Forschenden vermuteten, dass die Kalinago aufgrund ihrer Geschichte wenig europäische Vorfahren haben, und sie bestätigten, dass sie nur etwa 12 Prozent europäische Gene haben. „Mit dieser Bestätigung wussten wir, dass wir die Daten dieser Bevölkerung nutzen konnten, um uns auf die Ursprünge der helleren Pigmentierung zu konzentrieren, die höchstwahrscheinlich von gemeinsamen Vorfahren in Ostasien stammt“, so Cheng.

Alle Menschen haben den gleichen Satz von etwa 20.000 Genen, aber die Individuen tragen unterschiedliche Kombinationen dieser Gene (Allele). Gemeinsame Kombinationen von Gen-Allelen definieren die Abstammung einer Person – dies sind die Karten, die es genetischen Abstammungsdiensten wie 23andMe ermöglichen, die individuelle Abstammungsgeschichte zu verfolgen. Die meisten Allele unterscheiden sich auf subtile Art und Weise, wie die Veränderung von SLC24A5 mit nur einem Buchstaben, die weitgehend für die hellere Hautfarbe der europäischen Völker verantwortlich ist.

„Kombinationen dieser Allele definieren die Abstammung und haben einen großen Einfluss auf die Hautfarbe“, so Cheng. „Wir alle tragen mutierte Formen von Hautfarbengenen oder Allelen in uns, die zu unseren individuellen Hauttönen führen. Hautfarben-Allele programmieren die Haut einer Person so, dass sie mehr oder weniger Melanin enthält.“

Ang maß den Hautmelaninwert der Teilnehmenden mit einem Reflektometer auf der Innenseite des Oberarms. Das Gerät blitzt Licht und misst die Lichtreflexion; dunklere Haut, die mehr Melanin enthält, reflektiert weniger Licht als hellere Haut. Diese Werte werden dann quantitativ als Melanin-Index-Einheiten untersucht – je höher der Wert, desto dunkler die Haut. Ang entnahm außerdem Speichelproben, um die DNA der Teilnehmer zu untersuchen.

Insgesamt sammelte das Team Messungen und Proben von 458 Personen, das heißt von etwa 15 Prozent der Kalinago-Bevölkerung, darunter drei Personen mit Albinismus. Sie analysierten die genetische Abstammung und sequenzierten etwa 3 Millionen Marker für die Hautfarbe aus jeder Probe.

„Wir fanden heraus, dass allein die indianische/ostasiatische Abstammung mindestens 20 Melanineinheiten beiträgt“, so Ang. „Zum Vergleich: Jede europäische Mutation und das von uns identifizierte Albinismus-Allel trugen zwischen −4 und −8 Melanin-Einheiten bei. Es stellte sich heraus, dass keiner der veröffentlichten Kandidaten für indianische/ostasiatische Hautaufhellungsgene einen nachweisbaren Effekt verursachte.“

Insgesamt stellten die Forschenden fest, dass die Kalinago mehr indianische Abstammung – etwa 55 Prozent – und weniger europäische genetische Abstammung – etwa 12 Prozent – haben als jede andere karibische Bevölkerung. Etwa 32 Prozent ihrer Abstammung ist afrikanisch.

„Wir wissen jetzt, dass die bereits identifizierten Pigmentierungsgene in dieser Population nicht für die Hautfarbe verantwortlich sind“, so Cheng. „Das bedeutet, dass diese Population uns helfen könnte, herauszufinden, welche Gene wirklich für die hellere Haut der amerikanischen Ureinwohner und Ostasiaten verantwortlich sind.“