Epigenetik

Ein Code jenseits der DNA

Das Methylierungsmuster von Chromosom 12 sieht bei dreijährigen Zwillingen (links) noch fast gleich aus, wie man an der gelben Färbung erkennen kann. Bei einem 50-jährigen Zwillingspaar (rechts) treten dagegen deutliche Änderungen auf. Bild vergrößern
Das Methylierungsmuster von Chromosom 12 sieht bei dreijährigen Zwillingen (links) noch fast gleich aus, wie man an der gelben Färbung erkennen kann. Bei einem 50-jährigen Zwillingspaar (rechts) treten dagegen deutliche Änderungen auf.

Das Repertoire an Möglichkeiten ist groß, um Histone zu verändern. Richtig wirksam werden sie offenbar aber erst in Kombination. Das haben Wissenschaftler um Silke Sperling vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik in Berlin festgestellt. Sie untersuchten die Kombinationsmöglichkeiten vier verschiedener Histonmodifikationen an bestimmten Positionen im Genom von Herz- und Skelettmuskelzellen: „Und was wir herausgefunden haben, ist, dass die Kombination von Veränderungen darüber entscheidet, wann und wie stark ein Gen abgelesen wird“, sagt die Molekularbiologin. Tatsächlich war der Einfluss bestimmter Kombinationen auf die Transkriptionsrate eines Gens höher als die Summe der Effekte jeder einzelnen Veränderung. Die chemischen Markierungen auf der "Histon-Verpackung" sind also möglicherweise eine Art Code, der kontextabhängig ausgelesen wird und die Umsetzung der Erbinformation steuert. Auf diese Weise wird letztlich der genetische "Basiscode" erweitert, die Vielfalt der Expressionsmuster nimmt zu.

Da sich epigenetische Signaturen viel leichter ändern lassen als die zugrunde liegende DNA-Sequenz, eröffnet sich damit ein Weg, um auf Umweltänderungen und -einflüsse zu reagieren. Dass die Umwelt ebenfalls epigenetische Veränderungen anregen kann, wissen die Forscher aus verschiedenen Studien. Und deshalb unterscheiden sich Menschen auch häufig in den Mustern der Genaktivität und damit eben in ihren Eigenschaften, selbst wenn sie über exakt die gleichen Gene verfügen, wie beispielsweise eineiige Zwillinge. Zwillingsstudien bieten Forschern die einmalige Gelegenheit, einer heiß diskutierten Frage nachzugehen: Wer hat mehr Einfluss? Gene oder Umwelt? Vermutlich ist es wie so oft im Leben – die Welt ist eben nicht schwarz oder weiß, sondern präsentiert sich in verschiedenen Grautönen, soll heißen: Gene und Umwelt wirken zusammen.

Wissenschaftler vom Nationalen Spanischen Krebszentrum in Madrid haben das DNA-Methylierungsmuster eineiiger Zwillinge im Alter zwischen drei und 74 Jahren untersucht. Die Methylierung von Cytosin-Bausteinen der DNA scheint bei Wirbeltieren ein wichtiger epigenetischer Mechanismus zur Unterscheidung von aktiven und inaktiven Genen zu sein. Ist die DNA methyliert, so ermöglicht das die Bindung bestimmter Proteine, die durch eine weitere Änderung der Chromatinstruktur die entsprechenden Gene komplett ausschalten (Silencing). In der Studie der spanischen Forscher zeigte etwa ein Drittel der untersuchten Zwillingspärchen deutliche Unterschiede in ihrem DNA-Methylierungsmuster, die mit verschiedenen Umwelteinflüssen (Ernährung, körperliche Aktivität etc.) korrelierten. Während bei den Jüngsten die Gene noch nahezu gleich "tickten", nahmen die Differenzen mit steigendem Lebensalter immer mehr zu: Bei älteren Zwillingen traten die epigenetischen Unterschiede fast viermal so häufig auf. Als besonders eigen erwiesen sich jene Pärchen, die schon früh getrennte Wege gegangen waren.

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