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 Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen
20.11.2017 | Technische Universität München

nachricht Satellitenbilder zur Erfassung von Biodiversität nur bedingt tauglich
20.11.2017 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

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: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

500 Kommunikatoren zu Gast in Braunschweig

20.11.2017 | Veranstaltungen

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Künstliche neuronale Netze: 5-Achs-Fräsbearbeitung lernt, sich selbst zu optimieren

20.11.2017 | Informationstechnologie

Tonmineral bewässert Erdmantel von innen

20.11.2017 | Geowissenschaften

Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen

20.11.2017 | Biowissenschaften Chemie