Das Genom und seine Regisseure

Zusammenfassung

Im Jahr 2003 wurde die erste Basensequenz eines Humangenoms vorgestellt. Seitdem konzentriert sich die Wissenschaft vermehrt auf den Forschungszweig der Epigenetik. Dieser Zweig erkundet molekulare Strukturen, die nahe bei oder direkt an den Genen sind, die Genregulation beeinflussen und von Zellen an deren Tochterzellen weitergegeben werden. Epigenetische Marker wirken wie Schalter, die die Aktivierbarkeit der Gene dauerhaft verändern können. Sie verleihen einer Zelle ihre Identität, indem sie Genaktivitätsmuster fixieren. Epigenetische Veränderungen sorgen für die Ausdifferenzierung von Zellen, können aber auch eine Reaktion auf Umweltsignale sein. Diese Erkenntnisse der Epigenetik erklären, warum Einflüsse wie Ernährung, Stress, Erziehung oder Lebensstil den Menschen prägen, besonders vor der Geburt und in der frühesten Kindheit, wenn die Organe sich entwickeln. Die Bedeutung der mütterlichen Ernährung in der Schwangerschaft für die spätere Gesundheit der Nachkommen unterstreicht das Modell der Yellow-Agouti-Mäuse. Sie haben eine Gen-Mutation, die für ein gelbes Fell, Übergewicht und Krankheitsanfälligkeit verantwortlich ist. Eine gezielte Ernährung unterstützt die epigenetische Maschinerie so, dass das Yellow-Agouti-Gen bei vielen Mäusen abgeschaltet wird und die Jungtiere mit braunem Fell und schlank zur Welt kommen. Das Zeitalter der Epigenetik beendet die alte Diskussion, was ererbt und was anerzogen ist: Die Umwelt beeinflusst die Gene und umgekehrt.

Abstract

The first base sequence of the human genome was presented to the public in 2003. Since then, science has increasingly concentrated on epigenetics as a branch of research subject. Epigenetics explores molecular structures close by or directly on the genes that influence gene regulation and are passed on from cells to their daughter cells. Epigenetic markers act like switches that switch genes permanently on or off. They give a cell its identity by fixing gene activity patterns. Epigenetic changes lead to the differentiation of cells but can also be a reaction to environmental signals. Insights gleaned from epigenetics explain why factors such as diet, stress, upbringing and education, or lifestyle shape humans, especially before birth and during the earliest stages of childhood, when organs develop. The importance of maternal nutrition during pregnancy for the later health of the offspring is illustrated by the yellow agouti mouse model. These mice have a gene mutation that is responsible for a yellow pelt, overweight, and susceptibility to diseases. Targeted nutrition supports the epigenetic mechanisms so that the yellow agouti gene is switched off in many mice and their offspring are born with a brown pelt and a slim shape. The era of epigenetics puts an end to the age-old discussion of nature versus nurture: the environment influences the genes, and vice versa.

Schlüsselwörter

Humangenomprojekt - epigenetischer Code - epigenetische Schalter - DNA-Methylierung - Histoncode - nichtcodierende RNA - Mikro-RNA - epigenetische Landschaft - Yellow-Agouti-Mäuse

Keywords

Human Genome Project - epigenetic code - epigenetic switch - DNA methylation - histone code - non-coding RNA - micro-RNA - epigenetic landscape - yellow agouti mice

• Literatur

• 1 Spork P. Der zweite Code. Reinbek: Rowohlt; 2009
• 2 Colbourne JK et al. The ecoresponsive genome of Daphnia pulex. Science 2011; 331: 555-561
• 3 Allis CD, Jenuwein T, Reinberg D Hrsg. Epigenetics. Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2007
• 4 Bonasio R et al. Genetic comparison of the ants Camponatus floridanus and Harpognathos saltator . Science 2010; 239: 1068-1071
• 5 Lyko F. The Honey Bee epigenomes: Differential methylation of brain DNA in queens and workers. PLoS Biology 2010; 8
• 6 Poulsen P et al. The epigenetic basis of twin discordance in age-related diseases. Pediatr Res 2007; 61: 38R-42R
• 7 Slack JMW, Waddington CH. The last Renaissance biologist?. Nature Reviews Genetics 2002; 3: 889-895
• 8 Waterland RA, Jirtle RL. Transposable elements: Targets for early nutritional effects on epigenetic gene regulation. Mol Cell Biol 2003; 23: 5293-5300
• 9 Dolinoy DC et al. Maternal genistein alters coat color and protects Avy mouse offspring from obesity by modifying the fetal epigenome. Environ Health Perspect 2006; 114: 567-572
• 10 Kaati G et al. Transgenerational response to nutrition, early life circumstances and longevity. Europ J Hum Gen 2007; 15: 784-790
• 11 Cavalli C, Paro R. The Drosophila Fab-7 chromosomal element conveys epigenetic inheritance during mitosis and meiosis. Cell 1998; 93: 505-518
• 12 Greer EL et al. Transgenerational epigenetic inheritance of longevity in Caenorhabditis elegans . Nature 2011; 479: 365-371