Epigenetik: Wie die Umwelt das Genom formt

   

Was formt den Menschen - Gene oder Umwelt? Eine alte Frage, die aber in die Irre führt: Umwelt und Genom sind keine Gegenspieler, sondern arbeiten Hand in Hand.

Eine neues Forschungsfeld widmet sich diesem Wechsel­spiel: Die Epigenetik untersucht, wie die Umwelt Markierungen im Genom hinterlässt und welche Folgen das hat. Diese Markierungen sind dauerhaft und werden bei einer Zellteilung weitergegeben. Und sie schaffen eine neue Informations­ebene auf dem Genom - das Epigenom (epi: griech. auf).

Epigenetik und Umwelt

Spuren im Erbgut: Die Umwelt beeinflusst das Genom und steuert die Aktivität der Gene.

Die Wirkung des Epigenoms entfaltet sich in Körper­zellen. Und für eine Zelle ist die Umwelt überschaubar: Es ist das Gewebe, in dem sie sich befindet. Diese Umwelt ist voller Signalmoleküle, die wichtige Informationen trans­portieren.

Gelee Royal und Epigenetik

Doch die Wirkung mancher Signale geht tiefer: Sie formen das Epigenom und fixieren den aktuellen Zustand der Zelle. Daher wird eine Zelle, die in der Haut sitzt, sich nicht spontan zu einer Muskelzelle ent­wickeln. Jede Zelle erfüllt so exakt ihre vorgegebene Aufgabe, ohne durch unkoordiniertes Verhalten den Organismus zu gefährden. Das ist eine wesentliche Aufgabe des Epigenoms: Es ermöglicht die Entwicklung von komplizierten Lebewesen.

Unter den vielen Umweltreizen ist einer von zentraler Bedeutung: die Nahrung. Diese hat großen Einfluss auf die Entwicklung, bei Bienenlarven sogar auf dramatische Weise. Erhalten die Larven viel Gelee Royal, werden sie zur Königin; ansonsten fällt ihnen das Los der Arbeiterin zu.

Die Erklärung dafür: Das Gelee Royal nimmt massiv Einfluss auf das Epigenom der Biene und verändert die Aktivität vieler Gene - allein im Gehirn sind es mehr als 500. Und so wird aus der aktiven, aber sterilen Arbeiterin die träge, aber fortpflanzungsfähige Königin. Die Ernährung prägt das Epigenom, und das entscheidet über das Schicksal der Biene.

Soziale Kontakte verändern das Epigenom

Auch die Beziehung zur Mutter ist ein Teil der Umwelt. Die prägende Wirkung auf Kinder hinterlässt sogar Spuren im Epigenom, zumindest bei Ratten: Ängstliche Mütter nehmen sich wenig Zeit für die Brutpflege, und dies hat Auswirkungen auf mehr als 300 Gene im kindlichen Gehirn.

Eines davon ist der Glucocorticoid-Rezeptor, der eine wichtige Rolle bei der Stressbewältigung spielt. Epigenetische Mar­kierungen reduzieren die Aktivität des Gens ein Leben lang: Die erwachsenen Tiere reagieren genauso ängstlich wie die Mutter. Ein Kindheits­trauma, im Epigenom konserviert.

Und beim Menschen? Auch hier gibt es Hinweise, dass die Ernährung (besonders in frühen Entwicklungsphasen) und soziale Kontakte epigenetische Spuren hinterlassen. Doch das Wissen ist noch arg begrenzt. Für konkrete Hinweise, wie das Epigenom von Kindern positiv beeinflusst werden kann, ist es daher eindeutig noch zu früh. Forscher warnen sogar davor - derartige Ratschläge stellen nur eine überflüssige und ungerechtfertigte Belastung der Eltern dar2.

1 Deans und Maggert, What do you mean,“epigenetic”?, Genetics 2015 (link)
2 Richardson et al., Don't blame the mothers, Nature 2014 (link)

Epigenetik und Umwelt

Spuren im Erbgut: Die Umwelt beeinflusst das Genom und steuert die Aktivität der Gene.

Definition der Epigenetik

Die Erforschung von Phänomenen und Mechanismen, die erbliche Veränderungen an den Chromosomen hervorrufen und die Aktivität von Genen beeinflussen, ohne die Sequenz der DNA zu verändern6.

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Kurz und knapp

  • Epigenetik untersucht den Einfluss der Umwelt auf die Gene
  • epigenetische Markierungen werden bei der Teilung auf Tochterzellen weiter gegeben
  • sie bilden quasi ein Gedächtnis für vergangene Ereignisse
  • die Mechanismen der Epigenetik regulieren die Aktivität von Genen, ohne die Basensequenz der DNA zu ändern
  • sie ermöglichen die Entwicklung multizellulärer Organismen