Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Umwelteinflüsse hinterlassen Spuren im Erbgut

22.05.2014

Fettreiche Ernährung und Tageslänge verändern epigenetische Markierungen in Wildmäusen

Eineiige Zwillinge sind sich als Kinder sehr viel ähnlicher als im Alter. Einer der Gründe dafür sind sogenannte epigenetische Veränderungen – chemische Anhängsel an die DNA oder ihre Verpackungsproteine. Umwelteinflüsse können diese Markierungen im Laufe des Lebens verändern.


Die ursprünglich wildlebenden Mäuse leben im Experiment in einer der Natur nachempfundenen Umgebung in Versuchsräumen statt in Käfigen. Sie können in Nestern Familien und Gruppen ausbilden, in denen Weibchen gemeinschaftlich ihre Nachkommen aufziehen.

© A. Börsch-Haubold

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön haben jetzt erstmals eine solche epigenetische Veränderung bei Wildmäusen untersucht und dabei herausgefunden, dass fettreiche Nahrung und längeres Tageslicht die Markierung verändert. Dadurch werden Stoffwechsel-Gene in der Leber aktiv, mit denen die Tiere die energiereiche Nahrung effektiver verwerten können.

Diese Anpassungen an vergleichsweise milde Umweltveränderungen werden jedoch nicht an die Nachkommen weitergegeben. Auch beim Menschen könnten solche Umweltschwankungen epigenetische Markierungen regulieren.

Sowohl das DNA-Molekül als auch die Histon-Verpackungsproteine können epigenetisch verändert sein. Verschiedene Umweltfaktoren können die epigenetischen Veränderungen beeinflussen. Dazu zählen beispielsweise die Ernährung, Populationsdichte und Stress. Eine solche Veränderung ist die dreifache Methylierung einer Lysin-Aminosäure der Histone. Dadurch können die Gene auf dem benachbarten Abschnitt des DNA-Moleküls abgelesen und aktiviert werden.

Viele Epigenetik-Studien arbeiten mit Zellkulturen oder ingezüchteten Labormäusen und halten so die natürlichen Unterschiede zwischen den Individuen möglichst gering. Epigenetische Veränderungen, wie sie unter natürlichen Bedingungen auftreten, lassen sich so allerdings nicht erforschen. Die Evolutionsforscher am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie haben die Histon-Methylierung deshalb an aus der Natur stammenden Hausmäusen (Mus musculus) untersucht, wie Unterschiede im Futter und Tageslänge die epigenetische Veränderung der Histone beeinflussen.

Sie ließen dafür zwei Gruppen von Mäusen in halb-natürlichen Gehegen mit unterschiedlichem Futter und Lichtverhältnissen aufwachsen. Statt eines Futters, das elf Prozent der verwertbaren Energie als Fett enthält, erhielt eine Gruppe Nahrung mit 22 Prozent Fettanteil. Diese Population lebte zudem unter einem 18-Stunden-Tag – beides ist typisch für den Sommer.

Die Plöner Forscher beobachteten acht Monate lang mehrere Generationen der beiden Mäusepopulationen. Für ihre Untersuchung wählten sie junge Tiere aus, deren Eltern bereits während des Experiments geboren wurden, und analysierten das Muster der Lysin-Methylierung der Histone im gesamten Erbgut von Zellen in der Leber.

Das veränderte Verhältnis von Fett, Kohlenhydraten und Protein in der Nahrung führt demnach nicht dazu, dass Markierungen abgebaut oder neu gesetzt werden. "Eine gesunde Leberzelle ist und bleibt eine gesunde Leberzelle - zusätzliche epigenetische Marker würden vermutlich eine krankhafte Veränderung darstellen", erklärt Angelika Börsch-Haubold vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie.

Mithilfe einer eigens entwickelten Datenbank und Analyse-Programmen entdeckten die Plöner Forscher, dass die epigenetischen Markierungen von Stoffwechsel- und ihren Steuerungs-Genen auf das Futter reagierten. Dabei wurden Steuerungsgene für den Fett- und Cholesterin-Stoffwechsel sowie für die Gallenflüssigkeit aktiviert. "Mit diesen Veränderungen können die Tiere schnell auf die energiereiche Nahrung reagieren und sie besser verwerten", sagt Börsch-Haubold.

Die Veränderungen wurden aber nicht an die Nachkommen weitergegeben. Einschneidende Ereignisse wie Hungerperioden oder traumatische Erlebnisse können dagegen epigenetische Veränderungen hervorrufen, die über mehrere Generationen hinweg stabil sind. Weniger drastische Ereignisse wirken sich also nicht auf die Nachkommenschaft aus. "Unsere Studie zeigt somit zum ersten Mal, wie natürliche Umweltveränderungen das Erbgut von Wildtieren beeinflussen", so Börsch-Haubold. Als nächstes wollen die Wissenschaftler untersuchen, in welchem Lebensabschnitt die Umwelt das Epigenom verändert.

Ansprechpartner 

Prof. Dr. Bernhard Haubold

Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön

Telefon: +49 4522 763-276

 

Dr. Angelika Börsch-Haubold

Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön

Telefon: +49 4522 763-274

 

Originalpublikation

 
Angelika G. Börsch-Haubold, Inka Montero, Kathryn Konrad, and Bernhard Haubold
Genome-wide quantitative analysis of histone H3 lysine 4 trimethylation in wild house mouse liver: Environmental change causes epigenetic plasticity
PLoSOne, 16. Mai 2014

Prof. Dr. Bernhard Haubold | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/8207847/umwelt_epigenetik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen
12.12.2017 | Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

nachricht Undercover im Kampf gegen Tuberkulose
12.12.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mit Quantenmechanik zu neuen Solarzellen: Forschungspreis für Bayreuther Physikerin

12.12.2017 | Förderungen Preise

Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen

12.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

E-Mobilität: Neues Hybridspeicherkonzept soll Reichweite und Leistung erhöhen

12.12.2017 | Energie und Elektrotechnik