Vererben ohne Gene

Der winzige, im Boden lebende Fadenwurm „Caenorhabditis elegans“ ist das Lieblingsversuchstier vieler Wissenschaftler. An ihnen wird unter anderem erforscht, welche Genvarianten eine lebensverlängernde Wirkung haben. Forscher um Anne Brunet von der Stanford University haben dazu im Fachjournal Nature erstaunliche Ergebnisse veröffentlicht: Offenbar können die Würmer ihren Nachkommen ein längeres Leben vererben, ohne dass in den Genen, die Einfluss auf die Lebensdauer haben, entsprechende Mutationen zu finden sind. Eine Lamarck‘sche Vererbung neu erworbener Eigenschaften also?

Nein, dabei handelt es sich um sogenannte „epigenetische“ Veränderungen, die nicht mit Mutationen der DNA-Bausteine A(denin), G(uanin), C(ytosin) und T(ymin) einhergehen, sondern die chemischen Akteure betreffen, die sozusagen auf den Genen sitzen. Die griechische Vorsilbe „epi“ bedeutet „auf“. Bisher sind zwei Hauptarten von epigenetischen Modifikationen bekannt: Zum einen können auf den Cytosin-Bausteinen winzige chemische Kappen in Form einer Methylgruppe sitzen; ihr Vorhandensein oder Fehlen entscheidet darüber, ob ein Gen abgeschaltet und inaktiv oder angeschaltet und aktiv ist. Zum anderen können „Lockenwickler“-ähnliche Proteine, auf die der Erbgutfaden aufgewickelt ist, verändert sein. Auch diese sogenannten Histone haben einen Einfluss darauf, ob ein Gen an- oder abgeschaltet ist. Ist die DNA enger auf sie aufgewickelt, können die betroffenen Gene nicht abgelesen werden und sind effektiv abgeschaltet; bei einer lockeren Aufwicklung hingegen sind die Gene gut zugänglich und damit auch ablesbar.

Brunets Gruppe hatte einen Proteinkomplex namens ASH-2 untersucht, der den Grad der Aufwicklung beeinflussen kann und normalerweise für eine lockere Aufwicklung und damit gute Ablesbarkeit sorgt. Als Brunets Doktorand Eric Greer diesen Proteinkomplex künstlich außer Funktion setzte, indem er den Genbauplan von drei beteiligten Proteinen veränderte, verlängerte sie die übliche Lebensdauer der Versuchswürmer – bis zu einem Drittel von 20 auf 27 Tage. Wahrscheinlich werden bestimmte Gene, die für Alterungsprozesse verantwortlich sind, durch die nun wieder engere Aufwicklung nicht mehr abgelesen, sagt Brunet.

In einem zweiten Schritt kreuzte Greer diese langlebigen Würmer dann mit Artgenossen, die korrekte ASH-2-Gene und damit eine normaler Lebenserwartung besaßen – solange, bis alle Nachkommen wieder den ursprünglichen Genbauplan besaßen. Nach den bekannten Regeln der Vererbung hätten sie nun nicht mehr länger leben dürfen, taten es aber trotzdem. Offenbar wurde der positive Effekt über einen bisher unbekannten epigenetischen Weg weitergegeben. Welcher Mechanismus dahinter steckt, wissen die Forscher noch nicht.

Weltweit versuchen allerdings eine ganze Reihe von Forschungsgruppen seit einiger Zeit, die Ursachen für solche generationsübergreifenden Vererbungen aufzuklären. Der Mechanismus wurde auch schon bei höher entwickelten Tieren wie Mäusen beobachtet. Und auch beim Menschen gibt es Hinweise darauf, dass bestimmte Eigenschaften wie Unterschiede in Körperhöhe und Gewicht nur durch die transgenerationale Vererbung erklärbar sind.

Andere epigenetische Effekte, die etwa durch veränderte Methylierungsmuster vererbt wurden, sind schon länger bekannt. Wenn zum Beispiel Mäuse besonderes Futter bekamen, das dieses Methylierungsmuster modifizierte, veränderte sich damit die Fellfarbe der Nachkommen. In einem anderen Versuch fütterten Forscher Versuchsmäuse mit fettreicher Nahrung und stellten fest, dass auch ihre Nachkommen dick wurden und an Diabetes erkrankten. Über die Nahrung ließ sich auch die Fähigkeit von Mäusen, Cholesterin abzubauen, verändern und diese Änderung an die Nachkommen weitergeben. In allen drei Fällen haben die Elterntiere neu erworbene Eigenschaften weiter, ohne dass dabei Mutationen der Gene selbst im Spiel waren.

Noch lässt sich allerdings nicht sagen, ob sich Brunets Fadenwurm-Ergebnisse auch auf Wirbeltiere wie Mäusen und Menschen übertragen lassen. Dafür sind weitere Untersuchungen notwendig. (vsz)