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 Unordnung in der Leber
23.10.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Bonobos: Menschenaffen mit "hohen Tönen"
23.10.2018 | Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie

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: Mit Gravitationswellen die Dunkle Materie ausleuchten

Schwarze Löcher stossen zusammen, Gravitationswellen breiten sich durch die Raumzeit aus - und ein riesiges Messgerät ermöglicht es, die Struktur des Universums zu erkunden. Dies könnte bald Realität werden, wenn die Raumantenne LISA ihren Betrieb aufnimmt. UZH-Forschende zeigen nun, dass LISA auch Aufschluss über die schwer fassbaren Partikel der Dunklen Materie geben könnte.

Dank der Laserinterferometer-Raumantenne (LISA) können Astrophysiker Gravitationswellen beobachten, die von Schwarzen Löchern ausgesendet werden. Diese...

Im Focus: Auf dem Weg zu maßgeschneiderten Naturstoffen

Biotechnologen entschlüsseln Struktur und Funktion von Docking Domänen bei der Biosynthese von Peptid-Wirkstoffen

Mikroorganismen bauen Naturstoffe oft wie am Fließband zusammen. Dabei spielen bestimmte Enzyme, die nicht-ribosomalen Peptid Synthetasen (NRPS), eine...

Im Focus: Größter Galaxien-Proto-Superhaufen entdeckt

Astronomen enttarnen mit dem ESO Very Large Telescope einen kosmischen Titanen, der im frühen Universum lauert

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Cucciati vom Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) Bologna hat mit dem VIMOS-Instrument am Very Large...

Im Focus: Auf Wiedersehen, Silizium? Auf dem Weg zu neuen Materalien für die Elektronik

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, welches ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese...

Im Focus: Goodbye, silicon? On the way to new electronic materials with metal-organic networks

Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz (Germany) together with scientists from Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgaria) and Madrid (Spain) have now developed and characterized a novel, metal-organic material which displays electrical properties mimicking those of highly crystalline silicon. The material which can easily be fabricated at room temperature could serve as a replacement for expensive conventional inorganic materials used in optoelectronics.

Silicon, a so called semiconductor, is currently widely employed for the development of components such as solar cells, LEDs or computer chips. High purity...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Lehren und Lernen mit digitalen Medien im Fokus

22.10.2018 | Veranstaltungen

Natürlich intelligent

19.10.2018 | Veranstaltungen

Rettungsdienst und Feuerwehr - Beschaffung von Rettungsdienstfahrzeugen, -Geräten und -Material

18.10.2018 | Veranstaltungen

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

Was die Zelle entarten lässt

23.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Zukunft der Energieversorgung: Kombinierter Energiespeicher als Schlüsseltechnologie

23.10.2018 | Energie und Elektrotechnik

Ein Gespenst am Südhimmel

23.10.2018 | Physik Astronomie

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