Neben den Genen
Eine Einführung in die Epigenetik für interessierte Laien und Fachleute aus Bereichen wie Medizin, Psychologie, Soziologie oder den Gesundheitswissenschaften.
Teil zwei des Erbe&Umwelt Schwerpunkts Epigenetik
Einleitung
Programme zur Prävention von Alters- und Volkskrankheiten empfehlen in der Regel eine ausgewogene Ernährung, ausreichenden Schlaf und vor allem regelmäßige körperliche Aktivität. Sie berufen sich dabei auf eine Fülle epidemiologischer Studien, die keinen Zweifel daran lassen, dass derartige Lebensstilfaktoren unsere Gesundheit positiv beeinflussen können.
Gleichzeitig ist aber sehr wenig über die zugrunde liegenden physiologischen und molekularbiologischen Prozesse bekannt. Nicht nur an diesem Punkt verändert sich derzeit dank einer jungen Wissenschaft das Bild. Die Epigenetik ist eine Tochterdisziplin der Genetik und scheint die entscheidende Schnittstelle zwischen Umwelteinflüssen und Lebensstilfaktoren auf der einen Seite sowie der Regulation der Gene in den einzelnen Organen, Zellen und Geweben auf der anderen Seite zu sein.
Die Epigenetik erklärt, wie es äußeren Signalen gelingt, das tiefste Innere der menschlichen Physiologie – die Genregulation – mehr oder weniger dauerhaft zu prägen. Damit erklärt sie auch, wie es höhere Lebewesen schaffen, sich sogar binnen kurzer Zeiträume an wandelnde Umweltbedingungen anzupassen. Und sie erklärt, warum die perinatale Phase – die Zeit im Mutterleib und ungefähr im ersten Lebensjahr – so besonders wichtig für die spätere Widerstandskraft eines Menschen ist. In dieser Zeit reifen die meisten Organe, weshalb sie besonders sensibel und tiefgreifend mit epigenetischen Veränderungen auf äußere Einflüsse reagieren. (Für eine ausführliche Einführung in die Epigenetik siehe [1], für neueste Erkenntnisse zur perinatalen Programmierung und dem aus der Epigenetik resultierenden gewandelte Verständnis von Gesundheit siehe [2].)
Die Epigenetik untersucht dabei nicht den eigentlichen Code des zentralen Erbgutmoleküls Desoxyribonukleinsäure (DNA). Er ist beim Menschen ein rund 3,3 Milliarden „Buchstaben“ umfassender und auf mehrere Chromosomen verteilter „Text“, der aus den vier möglichen Nukleotiden der DNA zusammengesetzt ist. Die Epigenetik beschäftigt sich stattdessen mit biochemischen Anhängseln, die entweder direkt an die DNA oder an mit der DNA assoziierte Proteine angelagert werden und die Aktivierbarkeit der Gene verändern. Das heißt, epigenetische Veränderungen lassen das genetische Erbe – den Text der Gene – völlig unberührt. Sie beeinflussen aber, ob und wie gut die Zelle bestimmte Gene ablesen kann. Damit hat die Epigenetik entscheidenden Einfluss auf den Phänotyp von Zellen und Geweben – und somit auf unser Erkrankungsrisiko.
Eine gesunde Lebensweise sowohl der Eltern vor und während der Schwangerschaft als auch der Kinder in den ersten Lebensjahren verbunden mit geringen Mengen an toxischem Stress und einer guten Eltern-Kind-Bindung entfalten deshalb sehr wahrscheinlich eine bis ins Alter anhaltende präventive Wirkung. Neueste Studien legen nahe, dass dadurch sogar die Gesundheit mehrerer folgender Generationen positiv beeinflusst werden kann [2].
Das zelluläre Gedächtnis für Umwelteinflüsse
Zentrale Aufgabe epigenetischer Markierungen ist es, die Identität der Zelle festzulegen, etwa als eine der rund 300 verschiedenen Zelltypen des Körpers. Nerven-, Haut- oder Muskelzellen sind zum Beispiel völlig verschieden obwohl sie genetisch nahezu identisch sind. Sie arbeiten aber in verschiedenen epigenetischen Programmen. Auch für die Ausdifferenzierung von pluripotenten Stammzellen über Vorläuferzellen zu spezifischen, so genannten adulten oder reifen Zellen sind Veränderungen der zellulären Epigenome verantwortlich.
Als Epigenom wird dabei die Gesamtheit der epigenetischen Strukturen in der Zelle bezeichnet, vergleichbar dem Genom als Gesamtheit des genetischen Textes. Dieser Aspekt unterstreicht, dass die Epigenetik eines Menschen sehr viel komplexer ist als seine Genetik: Wir besitzen in der Regel nur ein Genom, aber wir haben Abertausende, vielleicht sogar Abermillionen verschiedene Epigenome.
Der Begriff Epigenetik wurde vom britischen Entwicklungsgenetiker Conrad Hal Waddington in den 1940er Jahren geprägt. Das erste epigenetisch aktive Enzym identifizierten Charles David Allis und Kolleg*innen im Jahr 1996 [3]. (Für eine aktuelle Übersicht über die Geschichte der Epigenetik siehe [4].)
Die griechische Vorsilbe „Epi“ bedeutet so viel wie „neben“, „über“, „zusätzlich“ oder „anbei“. Nach der bekanntesten Definition ist die Epigenetik tatsächlich eine Art Nebengenetik: Sie beschreibt alle nicht im DNA-Code gespeicherten Strukturen, die die Eigenschaften und den Stoffwechsel einer Zelle kontrollieren und von ihr an Tochterzellen weitergegeben werden {5]. So sind mitotisch – also ungeschlechtlich – vererbte epigenetische Markierungen beispielsweise verantwortlich dafür, dass aus einer Blutstammzelle immer nur Blutzellen werden, während sich neue Haut immer nur aus Hautvorläuferzellen entwickelt und so weiter.
Eine neure, besonders elegante Definitionen der Epigenetik lautet: „Epigenetik ist die Weitergabe erworbener Information ohne Veränderung der DNA-Sequenz“ [6]. Noch umfassender sollte man vielleicht sogar schlicht von erworbenen molekularbiologischen Umweltanpassungen sprechen, die nicht in der DNA-Sequenz gespeichert sind. Letztlich geht es nämlich nicht nur um die Weitergabe der Information, sondern auch um deren Speicherung, also um eine Art zelluläres Gedächtnis für Umwelteinflüsse. Nervenzellen leben beispielsweise meistens bis zum Tod eines Menschen und teilen sich nie. Dennoch können sie epigenetische Programme dauerhaft einfrieren und aufbewahren.
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Epigenetische Schalter und Dimmer
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Gesundheit ist kein Zufall
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Perinatale Programmierung und Gesundheit
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Transgenerationelle Epigenetik und Ausblick
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Zusammenfassung
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Zu Autor und Buch
Dr. rer. nat. Peter Spork, geboren 1965 in Frankfurt am Main, ist laut Deutschlandfunk nicht nur „einer der führenden deutschen Wissenschaftsautoren“ sondern auch „der Mann, der die Epigenetik populär machte“. Er studierte Biologie, Anthropologie und Psychologie in Marburg und Hamburg und arbeitet seit 1991 als Wissenschaftsjournalist. Spork ist Autor vieler Sachbücher, die in mehr als zehn Sprachen übersetzt wurden. Sein Buch „Der zweite Code“ ist das erste populärwissenschaftliche Sachbuch über Epigenetik. Sein aktueller Spiegel-Bestseller „Gesundheit ist kein Zufall“ war nominiert für das Wissensbuch des Jahres 2017 in Deutschland und das Wissenschaftsbuch des Jahres 2018 in Österreich. Zudem tritt Spork seit Jahren regelmäßig als Festredner, Keynote-Speaker oder Gesprächspartner im TV und Radio auf. Seit 2010 ist er Autor und Herausgeber des „Newsletter Epigenetik“, seit 2018 gibt er bei „Riffreporter“ sein eigenes Online-Magazin „Erbe&Umwelt“ heraus.
Autoren-Webseite: www.peter-spork.de
Newsletter Epigenetik: www.newsletter-epigenetik.de
Online-Magazin Erbe&Umwelt: www.riffreporter.de/erbe-umwelt-peter-spork/
Interessenkonflikt
Der Autor hat zwei populärwissenschaftliche Bücher über Epigenetik geschrieben, gibt den „Newsletter Epigenetik“ heraus und beschäftigt sich in seinem Online-Magazin „Erbe&Umwelt“ häufig mit Epigenetik. Alle diese Produkte sind redaktionell unabhängig. Außerdem hält er zahlreiche Vorträge zum Thema, die zum Teil von privaten Firmen auch aus dem Pharma-Bereich oder öffentlichen Institutionen wie Krankenkassen honoriert werden.
Dieser Text erschien zuerst in der Fachzeitschrift gyne.