Abnormal Spindle-Like, Microcephaly associated

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Abnormal spindle-like microcephaly-associated protein, auch abnormal spindle protein homolog oder kürzer asp homolog, kurz ASPM, ist ein Protein, das im Menschen vom Gen für ASPM kodiert wird.[1] Dieses Gen ASPM[2] sitzt auf Chromosom 1 (Genlocus 1q31; MCPH5).[3] Defekte Formen des Gens sind wahrscheinlich eine der möglichen Ursachen für die autosomal rezessive Form der primären Mikrozephalie.[1]

Bändermodell des ASPM-Proteins

ASPM ist der Kurzname des Proteins, der als Akronym für engl. „abnormal spindle-like, microcephaly-associated“ Bezug nimmt auf das orthologe Protein Asp („Abnormal spindle“) bei Drosophila melanogaster. Dieses 1954 Aminosäuren lange „Protein abnormal spindle“ als Produkt des Gens asp der Taufliege enthält 5 Bindungsdomänen mit IQ-Motiven für Calmodulin und ist unter anderem wichtig für einen normal funktionierenden mitotischen Spindelapparat in embryonalen Neuroblasten.[3]

Das Mausgen Aspm wird unter anderem pränatal im Cortex cerebri während der Neurogenese exprimiert und codiert das homologe Protein ASPM (3122 AS, 32 IQ-Domänen).[4] Der Unterschied zwischen den Genen Aspm der Maus und ASPM des Menschen besteht vorwiegend in einer einzigen großen Insertion, die für repetitive IQ-Motive im menschlichen Protein ASPM (3477 AS, 39 IQ-Domänen) kodiert.[5] Studien an Mäusen zeigen, dass das Genprodukt von Aspm auch hier bei der Spindelregulation beteiligt ist.[6] Diese Funktion ist offenbar evolutionär konserviert, denn das vom Fadenwurm Caenorhabditis elegans-Gen aspm-1 exprimierte Protein ASPM-1 (1186 AS, mit 2 IQ-Domänen) konnte ebenfalls an Spindelfasern lokalisiert werden, wo es bei den meiotischen Zellkernteilungen die Rotation der Kernteilungsspindel und bei der mitotischen die Organisation und Lage der Spindelpole durch Interaktionen mit Calmodulin und Dynein sowie LIN-5 reguliert.[7]

Evolution

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Beim Menschen trat ein neues Allel des ASPM etwa vor 14100 bis 500 Jahren auf (geschätzter Mittelwert etwa 5800 Jahre). Das neue Allel hat heute eine Genfrequenz von etwa 50 % im Mittleren Osten und Europa, es ist weniger oft in Ostasien zu finden, und nur wenig in Sub-Sahara-Afrika.[8] Man findet es in großer Durchdringung auch unter den Menschen in Papua-Neuguinea, mit einer Frequenz von 59,4 %.[9]

Das grob mit dem statistischen Mittelwert von 5800 Jahren geschätzte Auftreten des neuen ASPM-Allels würde damit ungefähr in die Zeit der kulturellen Entwicklung von Landwirtschaft, Städten und Schrift fallen.[10] Derzeit existieren zwei Allele dieses Gens: das ältere (etwa über 5800 Jahre alt) und das neuere (etwa jünger als 5800 Jahre). Etwa 10 % aller Menschen haben zwei Kopien des neuen Allels, während etwa 50 % zwei Kopien des alten Allels besitzen. Der Rest von 40 % aller Menschen besitzen je eine von beiden. Die Hälfte der 50 % mit mindestens einem neuen Allel haben eine identische Kopie des neuen Allels.[8][11] Dies weist auf eine rasche Verbreitung der originalen Mutante von ASPM hin. Nach der „selective sweep“-Hypothese spricht eine sich rasch verbreitende Mutation für eine, in irgendeiner Form damit einhergehende, vorteilhafte Weise für das betroffene Individuum.[9][12]

Testet man den IQ derer mit neuem bzw. altem ASPM-Allel, so findet man keine Unterschiede, sodass die Annahme, dieses Gen würde Intelligenz beeinflussen, nicht haltbar ist.[12][13][14] Andererseits zeigen statistische Untersuchungen, dass die ältere Form des Gens überdurchschnittlich oft in Populationen gefunden wird, die Tonsprachen wie Chinesisch oder afrikanische Sprachen der Sahara sprechen.[15] Allerdings wird das Gen für ASPM nicht nur während der embryonalen Neurogenese in neuronalen Vorläuferzellen exprimiert, sondern beispielsweise auch während der Spermatogenese bzw. der Oogenese in Zellen der Keimbahn, so bei Mäusen.[16]

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Einzelnachweise

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  1. ↑ a b Lisa Pattison, Yanick J. Crow, V. Jayne Deeble, Andrew P. Jackson, Hussain Jafri, Yasmin Rashid, Emma Roberts, C. Geoffrey Woods: A fifth locus for primary autosomal recessive microcephaly maps to chromosome 1q31. In: Am. J. Hum. Genet. 67. Jahrgang, Nr. 6, Dezember 2000, S. 1578–1580, doi:10.1086/316910, PMID 11078481, PMC 1287934 (freier Volltext).
  2. ↑ Die Namen, Kurznamen und Symbole von Genen werden – wenn es, wie in diesem Zusammenhang, zwischen Gen und Genprodukt zu unterscheiden notwendig ist – den üblichen Konventionen folgend in kursiver Schrift angegeben, die von Proteinen nicht.
  3. ↑ a b Jacquelyn Bond, Emma Roberts, Ganesh H. Mochida, Daniel J. Hampshire, Sheila Scott, Jonathan M. Askham, Kelly Springell, Meera Mahadevan, Yanick J. Crow, Alexander F. Markham, Christopher A. Walsh, C. Geoffrey Woods: ASPM is a major determinant of cerebral cortical size. In: Nat. Genet. 32. Jahrgang, Nr. 2, Oktober 2002, S. 316–20, doi:10.1038/ng995, PMID 12355089.
  4. ↑ siehe Eintrag UniProtKB - Q8CJ27 (ASPM_MOUSE) in der bioinformatischen Datenbank für Proteine UniProt.
  5. ↑ M. Bähler, A. Rhoads: Calmodulin signaling via the IQ motif. In: FEBS Lett. 513. Jahrgang, Nr. 1, Februar 2002, S. 107–113, doi:10.1016/S0014-5793(01)03239-2, PMID 11911888.
  6. ↑ J. L. Fish, Y. Kosodo, W. Enard, S. Pääbo, W. B. Huttner: Aspm specifically maintains symmetric proliferative divisions of neuroepithelial cells. In: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103. Jahrgang, Nr. 27, Juli 2006, S. 10438–10443, doi:10.1073/pnas.0604066103, PMID 16798874, PMC 1502476 (freier Volltext), bibcode:2006PNAS..10310438F.
  7. ↑ Monique van der Voet, Christian W. H. Berends, Audrey Perreault, Tu Nguyen-Ngoc, Pierre Gönczy, Marc Vidal, Mike Boxem, Sander van den Heuvel: NuMA-related LIN-5, ASPM-1, calmodulin and dynein promote meiotic spindle rotation independently of cortical LIN-5/GPR/Gα. In: Nature Cell Biology. 11. Jahrgang, Nr. 3, 2009, ISSN 1465-7392, S. 269–277, doi:10.1038/ncb1834.
  8. ↑ a b Patrick D. Evans, Sandra L. Gilbert, Nitzan Mekel-Bobrov, Eric J. Vallender, Jeffrey R. Anderson, Leila M. Vaez-Azizi, Sarah A. Tishkoff, Richard R. Hudson, Bruce T. Lahn: Microcephalin, a gene regulating brain size, continues to evolve adaptively in humans. In: Science. 309. Jahrgang, Nr. 5741, September 2005, S. 1717, doi:10.1126/science.1113722, PMID 16151009, bibcode:2005Sci...309.1717E (nytimes.com).
  9. ↑ a b Nitzan Mekel-Bobrov, Sandra L. Gilbert, Patrick D. Evans, Eric J. Vallender, Jeffrey R. Anderson, Richard R. Hudson, Sarah A. Tishkoff, Bruce T. Lahn: Ongoing adaptive evolution of ASPM, a brain size determinant in Homo sapiens. In: Science. 309. Jahrgang, Nr. 5741, September 2005, S. 1720–1722, doi:10.1126/science.1116815, PMID 16151010, bibcode:2005Sci...309.1720M.
  10. ↑ What Makes Us Human?Discovery Channel/Channel 4, 2006 (Dokumentarserie).
  11. ↑ Mason Inman: Human brains enjoy ongoing evolution. In: newscientist.com. New Scientist, abgerufen am 20. Februar 2016 (englisch).
  12. ↑ a b Mathias Currat, Laurent Excoffier, Wayne Maddison, Sarah P. Otto, Nicolas Ray, Michael C. Whitlock, Sam Yeaman: Comment on "Ongoing adaptive evolution of ASPM, a brain size determinant in Homo sapiens" and "Microcephalin, a gene regulating brain size, continues to evolve adaptively in humans". In: Science. 313. Jahrgang, Nr. 5784, Juli 2006, S. 172; author reply 172, doi:10.1126/science.1122712, PMID 16840683.
  13. ↑ Roger P. Woods, Nelson B. Freimer, Joseph A. De Young, Scott C. Fears, Nancy L. Sicotte, Susan K. Service, Daniel J. Valentino, Arthur W. Toga, John C. Mazziotta: Normal variants of Microcephalin and ASPM do not account for brain size variability. In: Hum. Mol. Genet. 15. Jahrgang, Nr. 12, Juni 2006, S. 2025–2029, doi:10.1093/hmg/ddl126, PMID 16687438.
  14. ↑ Nitzan Mekel-Bobrov, Danielle Posthuma, Sandra L. Gilbert, Penelope Lind, M. Florencia Gosso, Michelle Luciano, Sarah E. Harris, Timothy C. Batesm Tinca J.C. Polderman, Lawrence J. Whalley, Helen Fox, John M. Starr, Patrick D. Evans, Grant W. Montgomery, Croydon Fernandes, Peter Heutink, Nicholas G. Martin, Dorret I. Boomsma, Ian J. Deary, Margaret J. Wright, Eco J. C. de Geus, Bruce T. Lahn: The ongoing adaptive evolution of ASPM and Microcephalin is not explained by increased intelligence. In: Hum. Mol. Genet. 16. Jahrgang, Nr. 6, März 2007, S. 600–608, doi:10.1093/hmg/ddl487, PMID 17220170.
  15. ↑ Dan Dediu, D. Robert Ladd: Linguistic tone is related to the population frequency of the adaptive haplogroups of two brain size genes, ASPM and Microcephalin. In: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104. Jahrgang, Nr. 26, Juni 2007, S. 10944–10949, doi:10.1073/pnas.0610848104, PMID 17537923, PMC 1904158 (freier Volltext), bibcode:2007PNAS..10410944D (newscientist.com).
  16. ↑ Jeremy N. Pulvers, Jarosław Bryk, Jennifer L. Fish, Michaela Wilsch-Bräuninger, Yoko Arai, Dora Schreier, Ronald Naumann, Jussi Helppi, Bianca Habermann, Johannes Vogt, Robert Nitsch, Attila Tóth, Wolfgang Enard, Svante Pääbo, Wieland B. Huttnera: Mutations in mouse Aspm (abnormal spindle-like microcephaly associated) cause not only microcephaly but also major defects in the germline. In: Proc Natl Acad Sci (PNAS). 107. Jahrgang, Nr. 38, September 2010, S. 16595–16600, doi:10.1073/pnas.1010494107, PMC 2944708 (freier Volltext).
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