Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vererbung mitochondrialer Krankheiten: neue Erkenntnisse aus der biologischen Grundlagenforschung

08.10.2012
Max-Planck-Forscher decken mit neuem Modellsystem Vererbungsprozesse auf: Ob mitochondriale Krankheiten vererbt werden, entscheidet sich weitgehend schon, wenn die künftige Mutter selbst noch ein Embryo ist.

Wenn die Mitochondrien nicht richtig funktionieren, kann das für die betreffende Person Stoffwechselstörungen bedeuten. Mutationen in der mitochondrialen DNA (mtDNA) können auch Muskelschwäche verursachen, neurodegenerative Erkrankungen, Herzprobleme und Diabetes.

Zudem werden sie mit dem Alterungsprozess in Verbindung gebracht. Aber wann und wie entscheidet sich, in welchem Maße potentiell krank machende Mutationen der mtDNA weitervererbt werden? Bisher gab es noch kein geeignetes Modellsystem, mit dem man diese Frage hätte beantworten können. Der Max-Planck-Wissenschaftler Christoph Freyer hat ein neues Modell entwickelt – und jetzt gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam Antworten gefunden: Innerfamiliäre Unterschiede im Mutationsgrad von mitochondrialen Genen werden weitgehend schon vor der Geburt der Mutter selbst bestimmt.

Der genetische Bauplan von Lebewesen ist vor allem im Zellkern hinterlegt, in Form von DNA. Aber auch die Mitochondrien einer Zelle enthalten eigene Erbinformationen. Hier spricht man von der „mtDNA“. Da die Mitochondrien eine zentrale Rolle für die Energiegewinnung des Körpers spielen, können sich Mutationen in den Genen der mtDNA stark auf die Gesundheit auswirken. Und die entsprechenden Erkrankungen können über die mutierten Gene an die nächste Generation vererbt werden. Dabei wird die mtDNA ausschließlich von der Mutter weitergegeben.

Die Meinungen über das genaue „Wie und Wann?“ der Vererbung gesundheitsgefährdender mitochondrialer Mutationen gingen bislang jedoch auseinander, da die Vererbung von mtDNA nicht der klassischen Mendelschen Vererbung unterliegt, bei der je ein Satz Erbinformation von Vater und Mutter beigesteuert wird. Christoph Freyer, Wissenschaftler am Kölner Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns und am Karolinska Institut in Stockholm, hat daher ein neues Mausmodell entwickelt: Die Hauptrolle spielt hier eine pathogene, also krank machende Mutation in einem mitochondrialen Gen namens „tRNA Methionin“. Mutationen in mitochondrialen tRNA Genen verursachen einen Großteil der bekannten mitochondrialen Krankheiten, obwohl tRNA Gene nur einen Bruchteil der mtDNA ausmachen. Diese Diskrepanz war bisher nicht ausreichend erklärt.

Freyer hat jetzt anhand der tRNA Methionin untersucht, wie sich in der Maus das Mischungsverhältnis zwischen mutierten und nicht mutierten Genen, der „Mutationsgrad“, in drei verschiedenen Phasen des Vererbungsprozesses darstellt: Zunächst hat er die Keimzellen von Mausembryonen analysiert und hier jeweils den Mutationsgrad bestimmt, der von Keimzelle zu Keimzelle variieren kann. Nach der Geburt der Maus hat er erneut die Mutationsgrade in den unreifen Eizellen untersucht. Später nahm er dann die Mutationsgrade in der mtDNA der Nachkommen unter die Lupe.

Diese Erkenntnisse der Grundlagenforschung decken einen Aspekt der mütterlichen Genetik auf, der den Weg für neue Möglichkeiten der genetischen Diagnose ebnen könnte

Freyers zentrale Erkenntnisse zeigen nun, dass die weibliche Keimbahn Mutationen in tRNA Genen nicht aussortiert, im Gegensatz zu Protein-kodierenden Genen, die nach dem aktuellen Wissensstand einer vorgeburtlichen Selektion unterliegen. Ob und in welchem Maße mutierte Gene dann an die nächste Generation weitergegeben werden können, entscheidet sich also großenteils schon, wenn die künftige Mutter selbst noch ein Embryo ist, während der Entwicklung ihrer Keimzellen. Wenn mutierte Gene in den Mitochondrien mit normalen Genen koexistieren, nennt man das „Heteroplasmie“. Das entsprechende Mischungsverhältnis kann von Eizelle zu Eizelle variieren. Der Mutationsgrad wird somit zufällig an die nächste Generation vererbt. So erklären sich auch die Unterschiede innerhalb einer Familie.

Mit diesen wissenschaftlichen Erkenntnissen haben die Forscher um Christoph Freyer einen Aspekt der mütterlichen Genetik aufgedeckt, der den Weg zu neuen Möglichkeiten der genetischen Diagnose ebnen könnte.

Und: Die Beobachtung, dass auch in diesem Modell die Mitochondrien der Maus versuchen, durch Mutationen bedingte Defekte zu kompensieren, eröffnet weitere Einblicke in den Vererbungsprozess mitochondrialer Krankheiten. „Vielleicht“, so Freyer, „könnte man diese Kompensation medikamentös anregen“. Der junge Wissenschaftler möchte sein Mausmodell künftig auch dazu nutzen, Therapien zu testen, die eine Vererbung von Mutationen der mtDNA verhindern könnten.

Originalarbeit:
Christoph Freyer, Lynsey M. Cree, Arnaud Mourier, James B. Stewart, Camilla Koolmeister, Dusanka Milenkovic, Timothy Wai, Erik Hagström, Emmanouella E. Chatzidaki, Rudolph Wiesner, David C. Samuels, Nils-Göran Larsson, Patrick F. Chinnery.
Variation in germ line mtDNA heteroplasmy is determined prenatally but modified during subsequent transmission.
nature genetics November 2012 – Vol 44 No 11 (vorab online publiziert: 7. Oktober 2012)

Kontakt:
Dr. Christoph Freyer
Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns, Köln
Mobil: +46 734 424959
E-Mail: christoph.freyer@age.mpg.de

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit:
Sabine Dzuck
Tel.: +49 (0)221 478 89605
E-Mail: sabine.dzuck@age.mpg.de

Sabine Dzuck | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.age.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht
25.04.2018 | Universitätsklinikum Heidelberg

nachricht Demographie beeinflusst Brutfürsorge bei Regenpfeifern
25.04.2018 | Max-Planck-Institut für Ornithologie

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: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

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

Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht

25.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Erkheimer Ökohaus-Pionier eröffnet neues Musterhaus „Heimat 4.0“

25.04.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

25.04.2018 | Energie und Elektrotechnik

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