Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forschungsergebnisse der Epigenetik: Wie Gene am Beginn eines neuen Lebens neu programmiert werden

15.03.2011
Epigenetische Markierungen auf dem Erbgut des Menschen bestimmen, ob ein Gen aktiviert wird oder stumm bleibt. Diese zusätzlichen Signale helfen, unsere Gene in jeder spezifischen Zelle des Körpers anders zu interpretieren. Die epigenetischen Markierungen werden kurz nach der Entstehung neuen Lebens in der befruchteten Eizelle völlig neu programmiert.

Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Jörn Walter, Professor für Epigenetik an der Universität des Saarlandes, hat nun vollkommen neue Einblicke in die Vorgänge erlangt, die die epigenetische Reprogrammierung am Beginn eines neuen Lebens steuern. Die Ergebnisse der Studie erscheinen im Forschungsmagazin „Nature Communication“.


Mütterliche und väterliche Chromosomen einer befruchteten Eizelle einer Maus am Ende der ersten Zellteilung. Die väterlichen Chromosomen erscheinen komplett rot – ihre epigenetischen Markierungen wurden bereits vollständig umprogrammiert. Das mütterliche Erbmaterial (blau dargestellt) ist vor diesem Prozess geschützt. Foto: Uni – Epigenetik Walter.

Jede menschliche Zelle des Körpers enthält die komplette einzigartige genetische Information eines Individuums. Die circa 25000 bis 30000 Gene des Genoms sind in jeder Zelle auf eine ganz spezifische Art und Weise „an- oder abgeschaltet“. Ob die Gene in den verschiedenen Zellen aktiv sind oder stumm bleiben, entscheiden zusätzliche epigenetische Veränderungen, beispielsweise Methylgruppen (CH3-Gruppen), die an die DNS-Bausteine angeheftet werden. Das universelle Genom des Menschen ist in jeder Zelle des Körpers von einem charakteristischen Netz dieser epigenetischen Schalter überzogen.

Zum Beginn eines neuen Lebens werden die Epigenome umprogrammiert, um zunächst einmal das neue Genom auf seine vielen Aufgaben vorzubereiten, aber auch, um sicher zu stellen, dass epigenetische Fehler der Eltern nicht an die Folgegeneration weitergegeben werden. Nach dem Verschmelzen von Eizelle und Spermium werden daher die epigenetischen Markierungen der elterlichen Chromosomen auf eine neue epigenetische Programmstufe gesetzt. Diese umfassende Dekodierung wird als epigenetische Reprogrammierung bezeichnet.

Völlig neue Einblicke in die molekularen Mechanismen, die dabei ablaufen, hat nun ein internationales Wissenschaftler-Team unter der Leitung von Jörn Walter gewonnen. Der Professor für Epigenetik an der Universität des Saarlandes erläutert: „Damit sich ein Embryo normal entwickeln kann, ist eine kontrollierte epigenetische Dekodierung des mütterlichen und väterlichen Erbmaterials kurz nach der Entstehung neuen Lebens von zentraler Bedeutung.“ Die Forscher fanden jetzt heraus, dass bei der Reprogrammierung die Methylgruppen auf der DNA chemisch verändert werden. Hierdurch verändern die Chromosomen schlagartig ihre epigenetische Struktur. Die neuen Erkenntnisse über die molekularen Abläufe haben weitreichende Bedeutungen für viele Fragen der Entwicklungsbiologie und liefern vollkommen neue Ansatzmöglichkeiten, um epigenetisch bedingte Erbgutveränderungen im Verlauf des Lebens und daraus resultierende Erkrankungen zu entschlüsseln.

Kurz nach ihrer Befruchtung beginnt die Eizelle, die in Chromosomen geordneten Strukturen des väterlichen Erbmaterials erst zu „entpacken“ und dann epigenetisch zu dekodieren. Das mütterliche Erbmaterial bleibt dagegen weitgehend geschützt. Diese mütterliche „Dominanz“ über die väterlich vererbten Chromosomen wurde vor über zehn Jahren von den Autoren entdeckt. Das Forscherteam fand nun heraus, wie die epigenetische Dekodierung der väterlichen Chromosomen im frühen Embryonenstadium abläuft: Ein erster Schritt ist das zusätzliche Anhängen einer einfachen Hydroxyl-Gruppe (OH-Gruppe) an die bereits bekannte modifizierte Base 5-methyl-Cytosin. Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler den an diesem Vorgang beteiligten enzymatischen Prozess entschlüsseln. Sie wiesen nach, dass das Enzym Tet3 als ein zentrales Schaltenzym für den Umwandlungsprozess verantwortlich ist. Auch in der Frage, warum nur die vom Vater stammenden Chromosomen dekodiert werden, während die mütterlichen größtenteils geschützt sind, kamen die Wissenschaftler einen wesentlichen Schritt weiter: Sie konnten zeigen, dass die Eizelle ihr eigenes Erbgut vor dem Vorgang der Reprogrammierung durch ein Protein namens Stella schützt. Die mütterliche Eizelle bestimmt also mit sehr ausgeklügelten epigenetischen Werkzeugen über die Interpretation des väterlichen Genoms. Bereits vor zehn Jahren hatten die Wissenschaftler diesen Kampf der Geschlechter beschrieben – aber erst jetzt sind sie den Mechanismen auf die Spur gekommen. Die genauen biologischen Konsequenzen der massiven, einseitigen Umwandlung väterlicher Chromosomen bleiben zwar ein noch zu lösendes Rätsel, die Erkenntnisse der Forscher eröffnen aber vollkommen neue Perspektiven, diese in Zukunft zu lösen.

„Die schnelle Reprogrammierung der epigenetischen Information des väterlichen Genoms erfüllt vermutlich zwei „Aufgaben“: Zum Einen werden die epigenetischen Fehler des Vaters gelöscht und gleichzeitig wird das Genom für die Vielzahl der neuen Aufgaben vorbereitet, die für eine totipotente, also vollständige Entwicklung wichtig sind“, erläutert Jörn Walter. „Unsere Arbeit trägt dazu bei, die molekularen Signale und Schalter zu verstehen, die für die epigenetische Reprogrammierung entscheidend sind. Da epigenetische Programmfehler in unmittelbarem Zusammenhang mit der Entstehung komplexer Erkrankungen wie Krebs, Immun- und Stoffwechselerkrankungen oder Neuronalen Erkrankungen zu sehen sind, haben die von uns gefundenen Mechanismen eine vermutlich viel weitreichende Bedeutung als „nur“ für die Steuerung erster Lebensvorgänge“, sagt der Epigenetiker.

Die aktuelle Studie ist unter folgendem Titel in „Nature Communication“ erschienen: „5-Hydroxymethylcytosine in the mammalian zygote is linked with epigenetic reprogramming“.

Link zur Studie nach Erscheinen des Artikels: http://dx.doi.org/
Die DOI lautet: 10.1038/ncomms1240
Kontakt und weitere Informationen:
Prof. Dr. Jörn Walter
Universität des Saarlandes
Tel. (0681) 302 - 4367
E-Mail: j.walter@mx.uni-saarland.de
Hinweis für Hörfunk-Journalisten: Sie können Telefoninterviews in Studioqualität mit Wissenschaftlern und Studenten der Universität des Saarlandes führen, über Rundfunk-ISDN-Codec. Interviewwünsche bitte an die Pressestelle (0681/302-3610) richten.

Gerhild Sieber | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.uni-saarland.de
http://dx.doi.org/
http://www.uni-saarland.de/nc/aktuelles/presse.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics