Ein Eimer für die Armut, zwei Eimer für den Reichtum? Ihre Fingerabdrücke bergen diese Geheimnisse

„Ein Dou bedeutet Armut, zwei Dou bedeuten Reichtum, drei Dou und vier Dou bedeuten Tofu verkaufen …“ Wie das Sprichwort sagt, verbergen die „Dou“ (kreisförmige Linien) und „Boji“ (nicht kreisförmige Linien) auf Fingerabdrücken die Codes der Weisheit und des Reichtums und bestimmen sogar den Reichtum oder die Armut einer Person.

Eine neue Studie eines Forscherteams der Universität Fudan und des Shanghai Institute of Nutrition and Health der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zeigt, dass Fingerabdrücke zwar nichts mit Reichtum oder Armut zu tun haben, aber dennoch Gesundheitssignale enthalten können. Die Hautstruktur wird durch wichtige Gene für die Entwicklung der Gliedmaßen beeinflusst und steht in Zusammenhang mit Wachstum, Entwicklung und Erkrankungen.

Am 7. Januar wurde in der ersten Ausgabe von Cell im Jahr 2022 die entsprechende Forschungsarbeit veröffentlicht, die dazu beitragen wird, den Zusammenhang zwischen menschlichen Genen und phänotypischen Merkmalen besser zu entschlüsseln.

Erstaunliche Fingermuster

Fingerabdrücke sind ungleichmäßige Linien auf der Haut der Finger. Da sie so häufig vorkommen, wurde dem genetischen Code, der ihnen zugrunde liegt, nicht viel Aufmerksamkeit geschenkt.

„Anfangs wurde diese Arbeit aus reiner Neugier unternommen.“

„Später entdeckten wir jedoch, dass Fingerabdruckmuster mit Genen für das Gliedmaßenwachstum in Zusammenhang stehen und das Gliedmaßenwachstum für die fötale Entwicklung von entscheidender Bedeutung ist“, sagte Wang Sijia, Mitautor der Studie und Forscher am Shanghai Institute of Nutrition and Health der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, gegenüber China Science Daily.

Mit fortschreitender Forschung stoßen Wissenschaftler auf immer mehr ungelöste Rätsel: Wie entstehen die Muster menschlicher Fingerabdrücke? Welches Gen spielt eine führende Rolle? Gibt es einen biologischen Mechanismus für die Bildung von Phänotypen wie Fingerabdrücken?

Um diese Rätsel zu lösen, haben das Team von Wang Sijia, das Team von Professor Denis Headon an der Universität Edinburgh und das Team von Akademiemitglied Jin Li an der Universität Fudan in Zusammenarbeit mit mehr als zehn wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen im In- und Ausland eingehende Untersuchungen zu diesem Thema durchgeführt. Durch die Analyse einer großen Stichprobenpopulation konnten sie die Fingerabdruckmuster multiethnischer Gruppen genau quantifizieren.

Nach der Analyse der Beziehung zwischen Millionen genetischer Loci und Fingerabdruckmustern stellten sie fest, dass Gene, die mit der Entwicklung menschlicher Gliedmaßen in Zusammenhang stehen, eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Fingerabdruckmusterphänotypen spielen.

„Die Form des Fingerabdrucks – ob es sich um einen Eimer oder eine Kehrschaufel handelt – wird von den Genen beeinflusst, die für die Entwicklung der Gliedmaßen verantwortlich sind“, sagte Wang. „Dies ist ein typisches Beispiel dafür, dass mehrere Phänotypen miteinander in Beziehung stehen und von denselben Genen beeinflusst werden.“

Fingerabdruckmuster werden normalerweise in drei Typen unterteilt: Bogen, Schleife und Spirale. Im dritten Monat der Entwicklung des Fötus beginnen sich diese Rillen und Furchen an den Fingern und Zehen zu bilden. Wissenschaftler vermuten, dass sich Fingerabdrücke möglicherweise entwickelt haben, um das Greifen von Objekten und das Erfassen ihrer Beschaffenheit zu erleichtern. Wie diese Muster jedoch genau entstanden, war unbekannt.

Gene „kontrollieren“ Fingerabdrücke

Um herauszufinden, welche Gene mit dem Phänotyp des Fingerabdruckmusters in Zusammenhang stehen und welcher genetische Mechanismus dahinter steckt, gingen die Forscher von den genetischen Variationen aus, die mit dem Phänotyp des Fingerabdruckmusters in Zusammenhang stehen, führten Assoziationsscans des gesamten Genoms und Metaanalysen mehrerer Populationen bei mehr als 23.000 Personen durch und identifizierten 43 genetische Loci, die mit menschlichen Fingerabdruckmustern in Zusammenhang stehen.

„Wir haben beobachtet, dass diese Gene in Signalwegen, die mit der Entwicklung und Bildung von Gliedmaßen in Zusammenhang stehen, deutlich angereichert waren, und nicht in Signalwegen, die mit der Entwicklung der Haut in Zusammenhang stehen“, sagte Wang Sijia.

Das Team war von der Entdeckung begeistert.

Um diese Erkenntnisse zu überprüfen, führten die Forscher experimentelle Beobachtungen anhand von Mausmodellen und menschlichem Embryogewebe durch und fanden heraus, dass in der Reihe der Prozesse von der Entwicklung der Gliedmaßen bis zur Bildung von Hautstreifen in menschlichem Fötusgewebe die während der Entwicklungsphase der Gliedmaßen exprimierten mesenchymalen Zellen und nicht die während der Entwicklungsphase der Haut exprimierten Epithelzellen das EVI1-Gen dabei unterstützen, eine Rolle bei der Formung von Gliedmaßen und Fingern zu spielen.

Dies bestätigt die Schlussfolgerung der Forschung: Mit Fingerabdrücken in Zusammenhang stehende Gene beeinflussen die Bildung von Fingerabdruckmustern, indem sie die Entwicklung der Gliedmaßen regulieren.

Durch eine multiphänotypische Assoziationsanalyse fanden die Forscher heraus, dass Fingerabdruckmuster eng mit dem Verhältnis der Fingerlängen zusammenhängen und dass beide auf derselben genetischen Basis beruhen. Je länger beispielsweise der kleine Finger und je kürzer die Handfläche ist, desto mehr eimerförmige Muster gibt es auf beiden Händen. Und je länger das distale Fingerknöchel des Zeigefingers ist (wo die Fingerabdrücke entstehen), desto weniger eimerförmige Muster gibt es.

Neues Paradigma bringt „Navigationskarte“

„Wir wissen nicht, wie Fingerabdruckmuster genetisch bestimmt werden, aber es könnte durch die Wachstumskräfte auf der Handballenfläche des embryonalen Gewebes bestimmt werden, die eine wichtige Rolle bei der Bildung verschiedener Fingerabdruckmuster spielen.“

„Wenn die Hand des Fötus wächst, dehnen und verlängern sich Handfläche und Finger“, sagte Li Jinxi, einer der Erstautoren der Studie und Postdoktorand am Institute of Human Phenome und der School of Life Sciences der Universität Fudan. „Diese Kräfte können beispielsweise ein Spiralmuster in eine Schleife verwandeln.“

„Es ist erwähnenswert, dass frühere Studien gezeigt haben, dass EVI1 mit dem Risiko einer Leukämie in Zusammenhang steht.“ Wang Sijia nannte ein Beispiel: „Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat einen Zusammenhang zwischen verschiedenen dermatoglyphischen Phänotypen und zahlreichen angeborenen genetischen Erkrankungen festgestellt. Menschen mit Down-Syndrom können beispielsweise Merkmale wie gebrochene Handflächen und gewölbte Ballenmuster an den großen Zehen aufweisen.“

Wang Sijia ist davon überzeugt, dass diese Studie eine wichtige theoretische Grundlage für die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Hautstruktur und anderen Phänotypen und Erkrankungen des menschlichen Körpers bietet. Sie dürfte auch die Verbindung und Wirkungsweise zwischen makroskopischen und mikroskopischen Phänotypen aufdecken und es ermöglichen, „Krankheiten anhand der Betrachtung der Hände zu identifizieren“.

Derzeit arbeitet das Team von Wang Sijia mit medizinischen Einrichtungen wie dem Kinderkrankenhaus der Universität Fudan zusammen und hofft, die relevanten Forschungsergebnisse so schnell wie möglich für die Früherkennung angeborener Krankheiten bei Neugeborenen einsetzen zu können, um eine frühzeitige Diagnose und Behandlung zu ermöglichen.

„Dies ist ein klassischer Fall der menschlichen Phänotypforschung, der deutlich zeigt, dass die menschliche Phänotypforschung als neues Paradigma eine große wissenschaftliche Bedeutung als Quelle der Innovation hat.“ Jin Li, Co-Autor des Artikels, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Professor an der Universität Fudan, sagte gegenüber China Science Daily:

Derzeit arbeitet ein Team chinesischer Wissenschaftler aus verschiedenen Institutionen zusammen, um die weltweit erste „Navigationskarte menschlicher Phänotypengruppen“ zu erstellen. Die Grundlage hierfür bildet eine Kohortenstudie mit mehr als 800 Personen, die von der Fudan-Universität in Shanghai durchgeführt wurde. Dabei wurden für jede Person fast 30.000 Phänotypen gemessen. Sie haben mehr als 1,5 Millionen starke Korrelationen entdeckt, von denen 39 % starke domänenübergreifende Korrelationen sind und die meisten davon zum ersten Mal in der wissenschaftlichen Gemeinschaft entdeckt wurden.

„Diese ‚Navigationskarte‘ hat der wissenschaftlichen Gemeinschaft viele ‚Fragen‘ aufgeworfen, die darauf warten, von Wissenschaftlern weiter untersucht und beantwortet zu werden“, sagte Jin Li. „Dies ist auch einer unserer nächsten Arbeitsschwerpunkte.“

Quelle: China Science Daily

Autor: Xu Rui

Zugehörige Papierinformationen:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.12.008

Die Bilder in diesem Artikel mit dem Wasserzeichen „Science Popularization China“ stammen alle aus der Copyright-Galerie. Der Nachdruck der Bilder ist nicht gestattet.