Frühkindliche Erfahrungen verändern DNA - wissenschaft.de
Anzeige
Anzeige

Gesundheit+Medizin

Frühkindliche Erfahrungen verändern DNA

Maus-Hippocampus
In den Hippocampus-Zellen dieser Maus sind springende Gene (grün) besonders aktiv. (Grafik: Salk Institute)

Unser Erbgut könnte weniger unveränderlich sein als bisher angenommen. Denn frühkindliche Erfahrungen beeinflussen nicht nur Anlagerungen an der DNA, sie könnten sogar die Kopienzahl und Position bestimmter Gene verändern. Hinweise auf solche umweltbedingten Veränderungen des Gencodes haben US-Forscher nun bei Mäusen entdeckt. Wuchsen diese vernachlässigt auf, waren bestimmte „springende Gene“ im Erbgut ihrer Hirnzellen aktiver: Sie erzeugten vermehrt Kopien ihrer selbst und änderten ihre Position im Genom.

In der frühen Kindheit und sogar schon im Mutterleib werden entscheidende Weichen für unsere Gesundheit und unser Leben gestellt. Stress, Umweltschadstoffe oder Mangelernährung in diesem frühen Alter hinterlassen Spuren – auch an unserem Erbgut. Studien belegen, dass beispielsweise die Ernährung oder Gemütslage der Mutter bestimmte Anlagerungen an der DNA ihres ungeborenen Kindes beeinflusst. Diese sogenannte Methylierung, die Präsenz von Methylgruppen (-CH3) am Genom, bestimmt, wie gut die Gene zugänglich sind und prägt damit entscheidend die Genaktivität. Die DNA-Sequenz jedoch bleibt dabei unverändert – so dachte man jedenfalls bisher. „Wir bekommen gelehrt, dass unsere DNA etwas Stabiles und Unveränderliches ist, aber in Wirklichkeit ist sie viel dynamischer“, sagt Seniorautor Fred Gage vom Salk Institute für Biological Studies in Kalifornien.

Der Forscher erklärt: „Es gibt Gene in unseren Zellen, die sich selbst kopieren und im Erbgut bewegen können.“ Bei diesen Genen handelt es sich um die sogenannten Long Interspersed Nuclear Elements (LINE), auch als „springende Gene“ bekannt. Diese typischerweise rund 6000 Basenpaare langen DNA-Abschnitte können sich selbst kopieren und dann an anderer Stelle des Genoms wiedereinsetzen. Dadurch kann es vorkommen, dass beispielsweise Zellen in bestimmten Gehirnbereichen des Menschen sich untereinander in der Zahl ihrer LINE-Kopien unterschieden. „Auf gewisse Weise kann sich daher unsere DNA sehr wohl verändern“, sagt Gage. Das häufigste unter den bisher bekannten LINEs bei Säugetieren ist LINE-1, es macht rund 17 Prozent des menschlichen Genoms aus. Bisher war jedoch unklar, durch welche Faktoren die „springenden Gene“ mobilisiert werden und ob dies zufällig geschieht oder nicht.

Vernachlässigte Mäuse und springende Gene

Eine mögliche Antwort könnten nun Gage und seine Kollegen durch Versuche mit Mäusen gefunden haben. Für ihre Studie hatten sie die DNA im Gehirn von Mäusekindern verglichen, die entweder bei fürsorglichen Müttern aufwuchsen oder aber vernachlässigt wurden. Um erbliche Effekte auszuschließen, nutzten die Forscher dabei in einigen Durchgängen auch „Adoptivkinder“: Sie ließen den Nachwuchs von fürsorglichen Müttern von nachlässigen aufziehen und umgekehrt. Als die Jungtiere 21 Tage alt waren, untersuchten die Wissenschaftler die LINE-Sequenzen im Hippocampus ihres Gehirns – diese Region ist dafür bekannt, dass hier die springenden Gene besonders aktiv sind.

Das Ergebnis: Die Mäuse, die von Geburt an vernachlässigt worden waren, hatten auffällig viele LINE-1-Kopien im Erbgut ihrer Hippocampus-Zellen – deutlich mehr als ihre Artgenossen mit fürsorglichen Müttern. Das galt sowohl für die von ihren eigenen Müttern aufgezogenen Mäuse als auch für die „Adoptivkinder. „Schon länger spekuliert man darüber, dass die Veränderungen bei den LINEs nicht zufällig passieren“, sagt Gage. „Unsere Ergebnisse deuten nun darauf hin, dass diese Plastizität auf der Ebene der DNA-Sequenz als Reaktion auf Umweltfaktoren auftreten könnte.“ Im Falle der Mäusekinder könnte der erhöhte Stress durch die Vernachlässigung die vermehrte Aktivität der springenden Gene verursacht haben, mutmaßen die Forscher. Sollte sich dies bestätigen, dann wäre dies der erste Nachweis einer DNA-Veränderung durch äußere Einflüsse.

Anzeige

DNA-Anlagerungen als Auslöser?

Die Wissenschaftler haben auch erste Hinweise darauf gefunden, auf welche Weise der frühkindliche Stress es schafft, den Gencode zu beeinflussen. Denn als sie das Erbgut der Mäusekinder näher untersuchten, stellten sie auch Unterschiede in der Methylierung der DNA fest. Die Mäusejungen, die vernachlässigt worden waren, trugen weniger Anlagerungen an ihrem Erbgut als die Tiere mit fürsorglichen Müttern. Die Forscher vermuten, dass die Menge der Anlagerungen das Verhalten und die Mobilität der springenden Gene beeinflusst: Je weniger Anlagerungen in den Genbereichen mit LINE-1-Elementen vorhanden sind, desto leichter können diese sich kopieren und bewegen. „Unterschiede in der Methylierung und Expression könnten daher zu den Mechanismen gehören, die zu den Veränderungen in der Kopienzahl der LINE-1-Elemente führen“, schreiben sie.

Ob und welche Folgen solche Veränderungen in der Zahl der springenden Gene haben, ist bisher unklar. Theoretisch wäre es jedoch möglich, dass neu eingefügte Zusatzkopien die Aktivität und das Ablesen benachbarter Gene beeinflussen, wie die Forscher erklären. Geklärt werden müsse auch, inwieweit diese Ergebnisse auf den Menschen übertragbar sind. Bekannt ist bereits, dass frühkindliche Erfahrungen auch bei uns das Muster der Anlagerungen am Erbgut anhaltend verändern können. Allerdings sind unsere LINE-Sequenzen weniger zahlreich und beweglich wie die der Mäuse. Ob es dennoch zu den Veränderungen bei unseren springenden Genen kommt, muss nun noch untersucht werden.

Tracy Bedrosian (Salk Institute für Biological Studies, La Jolla) et al., Science, doi: 10.1126/science.aah3378

Anzeige

bild der wissenschaft | Aktuelles Heft

Anzeige

Dossiers

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

Er|näh|rungs|be|ra|ter  〈m. 3〉 jmd., der (meist im Auftrag von Krankenkassen, Krankenhäusern, Altersheimen od. Fitnessstudios) eine Ernährungsberatung durchführt

Uhu  〈m. 6; Zool.〉 größte europ. Eule mit auffälligen Federohren, lebt u. nistet in waldigen Vorgebirgen: Bubo bubo [lautmalend nach dem Vogelruf]

Funk|aus|stel|lung  〈f. 20〉 Ausstellung neuer Geräte u. Technologien im Bereich der Funk– u. Fernsehtechnik

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige