Epigenetik Fehlregulierten Genen auf der Spur

Umwelteinflüsse, Lebensstil und Alterungsprozesse hinterlassen Spuren auf unserem Erbgut. Wie Krankheiten dadurch entstehen können, damit befasst sich die Epigenetik. Und sie fördert Erstaunliches an den Tag. Erkenntnisse aus diesem noch jungen Wissenschaftszweig werden uns in wenigen Jahren einen Riesenschritt näher zur personalisierten Medizin führen.
Methyl-Markierungen (leuchtende Kugeln) an der DNA-Doppelhelix bremsen das Tumorwachstum.
Methyl-Markierungen (leuchtende Kugeln) an der DNA-Doppelhelix bremsen das Tumorwachstum.

Es war wie ein Erdbeben, als die Wissenschaft im Jahre 2000 die Entschlüsselung des menschlichen Genoms bekannt gab. Der Bauplan des Menschen war gefunden, Heureka! Zwar fand man statt der erwarteten 100 000 Gene nur gerade 20 000, genauso viele besitzt auch ein Fadenwurm. Die Götterdämmerung liess allerdings nicht lange auf sich warten: Die Forscher merkten, dass der Mensch nicht einfach nur die Summe seiner Gene ist. Die molekularen Anweisungen, welche Gene zu welchem Zeitpunkt in welchen Geweben aktiviert werden, spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Markierungen an den Genen bestimmen, ob und wann Gene ein- und ausgeschaltet werden. Die Markierungsmuster, die unter anderem durch Umwelteinflüsse und Lebensstil sowie Alterungsprozesse beeinflusst werden, können Ursache von Krankheiten sein.

Die Epigenetik, eine noch junge Wissenschaft, hat die Biologie verändert. Sie untersucht die Mechanismen, die die Vererbung der Aktivitätsmuster der Gene kontrollieren. Ein Beispiel, wie die Ernährung einen Einfluss auf die Aktivität der Gene haben kann, und das sogar für zukünftige Generationen: Ein Team von Wissenschaftern fütterte Ratten über einige Wochen mit kalorien- und fettreicher Nahrung. Wie nicht anders zu erwarten war, wurden die Ratten übergewichtig, fettleibig und wiesen bereits Anzeichen von Diabetes auf. Nach einiger Zeit untersuchten Forscher die weiblichen Nachkommen dieser übergewichtigen Ratten. Trotz normalem Futter zeigten diese bei der Analyse ebenfalls Symptome der Zuckerkrankheit.

Eine epigenetische Prägung kann sich aber auch über mehrere Generationen zeigen. Das zeigt eine Studie aus den USA, die Anfang dieses Jahres in «Nature Neuroscience» publiziert wurde: Forscher setzten trächtige Ratten Nikotin oder einer Scheinsubstanz aus. Danach untersuchten sie die Nachkommen. Wie erwartet hatte der durch Nikotin vergiftete Nachwuchs ein erhöhtes Asthma-Risiko. Ähnliche Schäden zeigten aber auch die Enkel, obwohl deren Eltern nie in Kontakt mit Nikotin gekommen waren. Für die Forscher war klar: Es fand eine epigenetische Veränderung in den Keimzellen der Tiere statt. Diese Effekte könnten auch den starken Anstieg der Asthma-Erkrankungen bei Menschen erklären. Und schwangere Frauen, die rauchen, sollten bedenken, dass sie nicht nur das ungeborene Baby gefährden, sondern auch ihre noch nicht gezeugten Enkel.

Tröstlich ist allerdings, dass epigenetische Veränderungen reversibel sind. Dazu Prof. Susan Gasser, Direktorin des Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research in Basel: «Was wir essen oder was wir erleben, kann unsere Gene an- oder ausschalten, sodass ein spezifisches Eiweiss oder Enzym produziert wird oder nicht. Solche Umschaltungen können kurzfristig sein oder aber auch länger andauern.» Die Bausteine der länger andauernden Umschaltung seien winzige chemische Moleküle, zum Beispiel Methylgruppen. Diese würden an spezifische Gene angefügt oder von ihnen entfernt und würden so deren Aktivität kontrollieren. «Wir kennen die Enzyme, die für die Veränderungen an der DNA zuständig sind, und haben Hinweise darauf, wie die Schalter funktionieren», fügt die im vergangenen Jahr mit dem Women in Science Award ausgezeichneten Wissenschafterin hinzu. Ob die Ernährung Einfluss auf die epigenetische Prägung von Krankheiten wie Krebs hat oder sie verhindern kann, wird momentan in einer grossen europäischen Studie namens EPIC untersucht.

CHECK
Epigenetik: das Gedächtnis der Gene

  • Die gesamte Erbinformation lebender Zellen und Organismen ist in der DNA oder DNS – Englisch: desoxyribonucleinacid, Deutsch: Desoxyribonukleinsäure – enthalten. Die DNA ist sozusagen unser «Buch des Lebens».
  • Epigenetik ist das Gedächtnis der Gene, das heisst, ein ungesunder Lebensstil kann langfristige Folgen haben, sogar auf zukünftige Generationen. Die positive Seite: Es besteht die Möglichkeit, dass negative Gene durch einen gesunden Lebensstil kompensiert werden.
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