- Lange Zeit fragte man sich, was den den Menschen formt - Gene oder Umwelt? Doch die Frage ist wohl falsch gestellt: Immer mehr Beispiele zeigen, wie die Umwelt direkt auf das Genom einwirkt und die Aktivität der Gene steuert.
-
Epigenetik und Umwelt
Die Umwelt kann Markierungen im Genom hinterlassen: Diese steuern die Aktivität der Gene.
- Gene und Umwelt sind also keine konkurrierenden Einflüsse, die unabhängig voneinander agieren - sie arbeiten Hand in Hand, um eine optimale Anpassung an den Lebensraum zu ermöglichen.
- 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).
- Die Wirkung des Epigenoms entfaltet sich bei den Körperzellen. Und für eine Zelle ist die Umwelt überschaubar: Es ist das Gewebe, in dem sie sich befindet. Diese Umwelt ist voller Signalmoleküle, die überlebenswichtige Informationen
- transportieren. 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.
-
Definition der Epigenetik
Die Erforschung von mitotisch oder meiotisch vererbbaren Änderungen der Genfunktion, die nicht durch ein Veränderung der DNA-Sequenz erklärt werden können1.
-
Mehr zu diesem Thema
-
In Kürze
- 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
- 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 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.
- 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.
-
1 Russo, Martienssen und Riggs, Epigenetic Mechanisms of Gene Regulation, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1996