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Genetik und Epigenetik: Grundkonzepte. Epigenetik: Was steuert unseren genetischen Code? Genetische und epigenetische Regulation des Zellzyklus




Die Epigenetik ist ein relativ neuer Zweig der Genetik und gilt seit der Entdeckung der DNA als eine der wichtigsten biologischen Entdeckungen. Früher glaubte man, dass die Gene, mit denen wir geboren wurden, unwiderruflich unser Leben bestimmen. Mittlerweile ist jedoch bekannt, dass Gene unter dem Einfluss verschiedener Lebensstilfaktoren ein- und ausgeschaltet und mehr oder weniger exprimiert werden können.

Auf der Website erfahren Sie, was Epigenetik ist, wie sie funktioniert und was Sie tun können, um Ihre Gewinnchancen bei der Gesundheitslotterie zu erhöhen.

Epigenetik: Änderungen des Lebensstils sind der Schlüssel zur Veränderung von Genen

Epigenetik - eine Wissenschaft, die die Prozesse untersucht, die zu einer Veränderung der Aktivität von Genen führen, ohne die DNA-Sequenz zu verändern. Vereinfacht gesagt untersucht die Epigenetik den Einfluss äußerer Faktoren auf die Aktivität von Genen.

Das Human Genome Project hat 25.000 Gene in der menschlichen DNA identifiziert. DNA kann als der Code bezeichnet werden, den ein Organismus verwendet, um sich selbst aufzubauen und wieder aufzubauen. Gene selbst benötigen jedoch „Anweisungen“, anhand derer sie die notwendigen Maßnahmen und den Zeitpunkt ihrer Umsetzung bestimmen.

Epigenetische Modifikationen sind diese Anweisungen.

Es gibt verschiedene Arten solcher Modifikationen, aber die beiden wichtigsten betreffen Methylgruppen (Kohlenstoff und Wasserstoff) und Histone (Proteine).

Um zu verstehen, wie Modifikationen funktionieren, stellen Sie sich vor, dass ein Gen eine Glühbirne ist. Methylgruppen fungieren als Lichtschalter (d. h. ein Gen) und Histone fungieren als Lichtintensitätsregulator (d. h. sie regulieren den Grad der Genaktivität). Man geht also davon aus, dass ein Mensch über vier Millionen dieser Schalter verfügt, die unter dem Einfluss des Lebensstils und äußerer Faktoren aktiviert werden.

Der Schlüssel zum Verständnis des Einflusses externer Faktoren auf die Aktivität von Genen war die Beobachtung des Lebens eineiiger Zwillinge. Beobachtungen haben gezeigt, wie stark die Veränderungen in den Genen solcher Zwillinge sein können, die unter unterschiedlichen äußeren Bedingungen einen anderen Lebensstil führen.

Eineiige Zwillinge sollen „häufige“ Krankheiten haben, doch das ist oft nicht der Fall: Alkoholismus, Alzheimer, bipolare Störung, Schizophrenie, Diabetes, Krebs, Morbus Crohn und rheumatoide Arthritis können abhängig von verschiedenen Faktoren nur bei einem Zwilling auftreten. Der Grund dafür ist epigenetische Drift- altersbedingte Veränderung der Genexpression.

Geheimnisse der Epigenetik: Wie Lebensstilfaktoren Gene beeinflussen

Forschungen in der Epigenetik haben gezeigt, dass nur 5 % der krankheitsassoziierten Genmutationen vollständig deterministisch sind; die restlichen 95 % können durch Ernährung, Verhalten und andere Umweltfaktoren beeinflusst werden. Mit einem Programm für einen gesunden Lebensstil können Sie die Aktivität von 4.000 bis 5.000 verschiedenen Genen verändern.

Wir sind nicht nur die Summe der Gene, mit denen wir geboren wurden. Es ist der Mensch, der es nutzt, er ist es, der seine Gene kontrolliert. Dabei ist es nicht so wichtig, welche „genetischen Karten“ Ihnen die Natur gegeben hat – es kommt darauf an, was Sie damit machen.

Die Epigenetik steckt noch in den Kinderschuhen und es bleibt noch viel zu lernen, aber es gibt Hinweise darauf, welche Lebensstilfaktoren die Genexpression hauptsächlich beeinflussen.

  1. Ernährung, Schlaf und Bewegung

Es überrascht nicht, dass die Ernährung den Zustand der DNA beeinflussen kann. Eine Ernährung mit hohem Anteil an verarbeiteten Kohlenhydraten führt dazu, dass die DNA durch hohe Glukosewerte im Blut „angegriffen“ wird. Andererseits kann ein DNA-Schaden rückgängig gemacht werden durch:

  • Sulforaphan (in Brokkoli enthalten);
  • Curcumin (als Bestandteil von Kurkuma);
  • Epigallocatechin-3-gallat (in grünem Tee enthalten);
  • Resveratrol (in Trauben und Wein enthalten).

Wenn es um den Schlaf geht, wirkt sich bereits eine Woche Schlafmangel negativ auf die Aktivität von mehr als 700 Genen aus. Die Expression von Genen (117) wird durch Sport positiv beeinflusst.

  1. Stress, Beziehungen und sogar Gedanken

Epigenetiker argumentieren, dass es nicht nur „greifbare“ Faktoren wie Ernährung, Schlaf und Bewegung sind, die Gene beeinflussen. Wie sich herausstellt, sind Stress, Beziehungen zu Menschen und Ihre Gedanken ebenfalls wichtige Faktoren, die die Genexpression beeinflussen. Also:

  • Meditation unterdrückt die Expression entzündungsfördernder Gene und hilft so, Entzündungen zu bekämpfen, d. h. schützt vor Alzheimer, Krebs, Herzerkrankungen und Diabetes; gleichzeitig ist die Wirkung einer solchen Praxis nach 8 Unterrichtsstunden sichtbar;
  • 400 wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass Dankbarkeit, Freundlichkeit, Optimismus und verschiedene Techniken, die Geist und Körper einbeziehen, einen positiven Einfluss auf die Genexpression haben;
  • Bewegungsmangel, schlechte Ernährung, ständige negative Emotionen, Giftstoffe und schlechte Gewohnheiten sowie Traumata und Stress lösen negative epigenetische Veränderungen aus.

Dauer der Ergebnisse epigenetischer Veränderungen und die Zukunft der Epigenetik

Eine der verblüffendsten und umstrittensten Entdeckungen ist, dass epigenetische Veränderungen an die nächste Generation weitergegeben werden, ohne dass sich die Gensequenz ändert. Dr. Mitchell Gaynor, Autor von „The Gene Therapy Plan: Take Control of Your Genetic Fate Through Diet and Lifestyle“, glaubt, dass die Genexpression auch vererbt wird.

Die Epigenetik, sagt Dr. Randy Jirtle, beweist, dass wir auch für die Integrität unseres Genoms verantwortlich sind. Früher dachten wir, dass alles von den Genen abhängt. Die Epigenetik ermöglicht es uns zu verstehen, dass unser Verhalten und unsere Gewohnheiten die Expression von Genen in zukünftigen Generationen beeinflussen können.

Epigenetik ist eine komplexe Wissenschaft mit großem Potenzial. Es gibt noch viel zu tun, um herauszufinden, welche Umweltfaktoren genau unsere Gene beeinflussen und wie wir Krankheiten rückgängig machen oder ihnen am effektivsten vorbeugen können (und können).

Organismus mit der Umwelt während der Bildung des Phänotyps. Es untersucht die Mechanismen, durch die auf der Grundlage der in einer Zelle (Zygote) enthaltenen genetischen Information aufgrund der unterschiedlichen Expression von Genen in verschiedenen Zelltypen die Entwicklung eines vielzelligen Organismus bestehend aus differenzierten Zellen erfolgen kann. Es ist anzumerken, dass viele Forscher der Epigenetik immer noch skeptisch gegenüberstehen, da sie die Möglichkeit einer nichtgenomischen Vererbung als adaptive Reaktion auf Veränderungen in der Umwelt zulässt, was dem derzeit vorherrschenden genozentrischen Paradigma widerspricht.

Beispiele

Ein Beispiel für epigenetische Veränderungen bei Eukaryoten ist der Prozess der Zelldifferenzierung. Während der Morphogenese bilden totipotente Stammzellen verschiedene pluripotente embryonale Zelllinien, aus denen wiederum vollständig differenzierte Zellen entstehen. Mit anderen Worten: Eine befruchtete Eizelle – eine Zygote – differenziert sich durch mehrere Teilungen in verschiedene Zelltypen, darunter Neuronen, Muskelzellen, Epithel, Gefäßendothel usw. Dies wird erreicht, indem durch epigenetische Mechanismen einige Gene aktiviert und gleichzeitig andere gehemmt werden.

Ein zweites Beispiel lässt sich an Feldmäusen demonstrieren. Im Herbst, vor einem Kälteeinbruch, werden sie mit einem längeren und dickeren Fell als im Frühjahr geboren, obwohl die intrauterine Entwicklung von „Frühlings“- und „Herbst“-Mäusen vor dem Hintergrund nahezu der gleichen Bedingungen (Temperatur, Tageslichtstunden, Luftfeuchtigkeit) erfolgt , usw.). Studien haben gezeigt, dass das Signal, das epigenetische Veränderungen auslöst, die zu einer Zunahme der Haarlänge führen, eine Änderung des Melatonin-Konzentrationsgradienten im Blut ist (er nimmt im Frühling ab und steigt im Herbst an). So werden bereits vor Einsetzen der Kälte epigenetische Anpassungsveränderungen (Zunahme der Haarlänge) induziert, deren Anpassung für den Organismus von Vorteil ist.

Etymologie und Definitionen

Der Begriff „Epigenetik“ (sowie „epigenetische Landschaft“) wurde 1942 von Conrad Waddington als Ableitung der Wörter Genetik und Epigenese vorgeschlagen. Als Waddington den Begriff prägte, war die physikalische Natur von Genen noch nicht vollständig bekannt, weshalb er ihn als konzeptionelles Modell dafür verwendete, wie Gene mit ihrer Umgebung interagieren können, um einen Phänotyp zu bilden.

Robin Holliday definierte Epigenetik als „die Untersuchung der Mechanismen der zeitlichen und räumlichen Kontrolle der Genaktivität während der Entwicklung von Organismen“. Somit können mit dem Begriff „Epigenetik“ alle inneren Faktoren beschrieben werden, die die Entwicklung eines Organismus beeinflussen, mit Ausnahme der DNA-Sequenz selbst.

Die moderne Verwendung des Wortes im wissenschaftlichen Diskurs ist enger. Das griechische Präfix epi- im Wort bedeutet Faktoren, die „zusätzlich zu“ oder „zusätzlich“ zu genetischen Faktoren Einfluss haben, was bedeutet, dass epigenetische Faktoren zusätzlich zu oder zusätzlich zu den traditionellen molekularen Faktoren der Vererbung wirken.

Die Ähnlichkeit mit dem Wort „Genetik“ hat zu vielen Analogien in der Verwendung des Begriffs geführt. „Epigenom“ ist analog zum Begriff „Genom“ und definiert den gesamten epigenetischen Zustand der Zelle. Auch die Metapher „genetischer Code“ wurde angepasst, und der Begriff „epigenetischer Code“ wird verwendet, um den Satz epigenetischer Merkmale zu beschreiben, die in verschiedenen Zellen unterschiedliche Phänotypen erzeugen. Der weit verbreitete Begriff „Epimutation“ bezieht sich auf eine Veränderung des normalen Epigenoms, die durch sporadische Faktoren verursacht wird und über mehrere Zellgenerationen übertragen wird.

Molekulare Grundlagen der Epigenetik

Die molekulare Grundlage der Epigenetik ist recht komplex, da sie nicht die Struktur der DNA beeinflusst, sondern die Aktivität bestimmter Gene verändert. Dies erklärt, warum in differenzierten Zellen eines vielzelligen Organismus nur die Gene exprimiert werden, die für ihre spezifische Aktivität notwendig sind. Ein Merkmal epigenetischer Veränderungen ist, dass sie während der Zellteilung erhalten bleiben. Es ist bekannt, dass sich die meisten epigenetischen Veränderungen nur innerhalb der Lebensdauer eines Organismus manifestieren. Wenn es gleichzeitig zu einer Veränderung der DNA in einem Spermium oder einer Eizelle kommt, können einige epigenetische Manifestationen von einer Generation auf die andere übertragen werden. Dies wirft die Frage auf: Können epigenetische Veränderungen in einem Organismus tatsächlich die Grundstruktur seiner DNA verändern? (siehe Evolution).

Im Rahmen der Epigenetik werden Prozesse wie Paramutation, genetisches Bookmarking, genomisches Prägen, X-Chromosomen-Inaktivierung, Positionseffekt, maternale Effekte sowie andere Mechanismen der Genexpressionsregulation umfassend untersucht.

Epigenetische Studien nutzen eine breite Palette molekularbiologischer Techniken, darunter Chromatin-Immunpräzipitation (verschiedene Modifikationen von ChIP-on-Chip und ChIP-Seq), In-situ-Hybridisierung, methylierungsempfindliche Restriktionsenzyme, DNA-Adenin-Methyltransferase-Identifizierung (DamID) und Bisulfit-Sequenzierung . Darüber hinaus spielt der Einsatz bioinformatischer Methoden (computergestützte Epigenetik) eine immer wichtigere Rolle.

Mechanismen

DNA-Methylierung und Chromatin-Remodellierung

Epigenetische Faktoren beeinflussen die Expressionsaktivität bestimmter Gene auf mehreren Ebenen, was zu einer Veränderung des Phänotyps einer Zelle oder eines Organismus führt. Einer der Mechanismen eines solchen Einflusses ist die Chromatin-Remodulation. Chromatin ist ein Komplex aus DNA und Histonproteinen: Die DNA ist um Histonproteine ​​gewickelt, die durch kugelförmige Strukturen (Nukleosomen) dargestellt werden, wodurch ihre Verdichtung im Zellkern gewährleistet wird. Die Intensität der Genexpression hängt von der Histonedichte in den aktiv exprimierten Regionen des Genoms ab. Beim Chromatin-Remodelling handelt es sich um einen Prozess der aktiven Veränderung der „Dichte“ von Nukleosomen und der Affinität von Histonen zur DNA. Dies wird auf zwei im Folgenden beschriebene Weise erreicht.

DNA-Methylierung

Der bisher am besten untersuchte epigenetische Mechanismus ist die Methylierung von DNA-Cytosinbasen. Der Beginn intensiver Studien zur Rolle der Methylierung bei der Regulierung der genetischen Expression, auch während des Alterns, wurde in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts durch die bahnbrechenden Arbeiten von Vanyushin B. F. und Berdyshev G. D. et al. gelegt. Der Prozess der DNA-Methylierung besteht in der Anbindung einer Methylgruppe an Cytosin als Teil eines CpG-Dinukleotids an der C5-Position des Cytosinrings. DNA-Methylierung ist hauptsächlich Eukaryoten inhärent. Beim Menschen ist etwa 1 % der genomischen DNA methyliert. Für den Prozess der DNA-Methylierung sind drei Enzyme verantwortlich, die DNA-Methyltransferasen 1, 3a und 3b (DNMT1, DNMT3a und DNMT3b). Es wird angenommen, dass DNMT3a und DNMT3b De-novo-Methyltransferasen sind, die die Bildung des DNA-Methylierungsmusters in den frühen Entwicklungsstadien durchführen, und dass DNMT1 die DNA-Methylierung in späteren Lebensstadien des Organismus durchführt. Die Funktion der Methylierung besteht darin, ein Gen zu aktivieren/inaktivieren. In den meisten Fällen führt die Methylierung zur Unterdrückung der Genaktivität, insbesondere wenn ihre Promotorregionen methyliert sind, und die Demethylierung führt zu ihrer Aktivierung. Es hat sich gezeigt, dass selbst geringfügige Änderungen im Grad der DNA-Methylierung das Ausmaß der genetischen Expression erheblich verändern können.

Histonmodifikationen

Obwohl Aminosäuremodifikationen in Histonen im gesamten Proteinmolekül auftreten, treten N-Schwanz-Modifikationen viel häufiger auf. Zu diesen Modifikationen gehören: Phosphorylierung, Ubiquitylierung, Acetylierung, Methylierung, Sumoylierung. Die Acetylierung ist die am besten untersuchte Histonmodifikation. Somit korreliert die Acetylierung von Lysinen im H3-Histonschwanz durch die Acetyltransferasen K14 und K9 mit der Transkriptionsaktivität in dieser Region des Chromosoms. Dies liegt daran, dass die Acetylierung von Lysin seine positive Ladung in eine neutrale Ladung umwandelt, was es ihm unmöglich macht, an die negativ geladenen Phosphatgruppen in der DNA zu binden. Dadurch werden Histone von der DNA gelöst, was zur Anlagerung des SWI/SNF-Komplexes und anderer Transkriptionsfaktoren an nackte DNA führt, die die Transkription auslösen. Dies ist das „cis“-Modell der epigenetischen Regulation.

Histone sind in der Lage, ihren veränderten Zustand beizubehalten und als Vorlage für die Modifikation neuer Histone zu fungieren, die nach der Replikation an die DNA binden.

Der Mechanismus der Reproduktion epigenetischer Markierungen ist für die DNA-Methylierung besser verstanden als für Histonmodifikationen. Somit hat das DNMT1-Enzym eine hohe Affinität zu 5-Methylcytosin. Wenn DNMT1 eine „halbmethylierte Stelle“ findet (eine Stelle, an der Cytosin nur an einem DNA-Strang methyliert ist), methyliert es das Cytosin am zweiten Strang an derselben Stelle.

Prionen

miRNA

In letzter Zeit wurde viel Aufmerksamkeit auf die Untersuchung der Rolle von Small Interfering RNA (si-RNA) bei der Regulierung der genetischen Aktivität von Small Interfering RNAs gelenkt. Störende RNAs können die mRNA-Stabilität und -Translation verändern, indem sie die Polysomenfunktion und die Chromatinstruktur modellieren.

Bedeutung

Die epigenetische Vererbung in somatischen Zellen spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung eines vielzelligen Organismus. Das Genom aller Zellen ist nahezu gleich; gleichzeitig enthält ein vielzelliger Organismus unterschiedlich differenzierte Zellen, die Umweltsignale unterschiedlich wahrnehmen und unterschiedliche Funktionen erfüllen. Es sind epigenetische Faktoren, die für das „zelluläre Gedächtnis“ sorgen.

Medizin

Sowohl genetische als auch epigenetische Phänomene haben erhebliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Es sind mehrere Krankheiten bekannt, die auf eine Verletzung der Genmethylierung sowie auf Hemizygotie für ein Gen zurückzuführen sind, das einer genomischen Prägung unterliegt. Für viele Organismen wurde der Zusammenhang zwischen der Histonacetylierungs-/Deacetylierungsaktivität und der Lebensdauer nachgewiesen. Vielleicht wirken sich dieselben Prozesse auf die Lebenserwartung der Menschen aus.

Evolution

Obwohl die Epigenetik hauptsächlich im Zusammenhang mit dem zellulären Gedächtnis betrachtet wird, gibt es auch eine Reihe transgenerativer epigenetischer Effekte, bei denen genetische Veränderungen an die Nachkommen weitergegeben werden. Im Gegensatz zu Mutationen sind epigenetische Veränderungen reversibel und möglicherweise gerichtet (adaptiv). Da die meisten von ihnen nach einigen Generationen verschwinden, kann es sich nur um vorübergehende Anpassungen handeln. Aktiv diskutiert wird auch die Möglichkeit des Einflusses der Epigenetik auf die Häufigkeit von Mutationen in einem bestimmten Gen. Es wurde gezeigt, dass die APOBEC/AID-Familie der Cytosin-Desaminase-Proteine ​​über ähnliche molekulare Mechanismen sowohl an der genetischen als auch an der epigenetischen Vererbung beteiligt ist. In vielen Organismen wurden über 100 Fälle transgenerativer epigenetischer Phänomene gefunden.

Epigenetische Effekte beim Menschen

Genomische Prägung und verwandte Krankheiten

Einige menschliche Erkrankungen sind mit genomischer Prägung verbunden, einem Phänomen, bei dem dieselben Gene je nach Geschlecht ihres Elternteils ein unterschiedliches Methylierungsmuster aufweisen. Die bekanntesten Fälle prägungsbedingter Erkrankungen sind das Angelman-Syndrom und das Prader-Willi-Syndrom. Der Grund für die Entwicklung beider ist eine teilweise Löschung in der 15q-Region. Dies ist auf das Vorhandensein einer genomischen Prägung an diesem Ort zurückzuführen.

Transgenerative epigenetische Effekte

Marcus Pembrey et al. fanden heraus, dass Enkelkinder (aber nicht Enkelinnen) von Männern, die im Schweden des 19. Jahrhunderts anfällig für Hungersnöte waren, weniger anfällig für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, aber anfälliger für Diabetes waren, was der Autor als Beispiel für epigenetische Vererbung ansieht.

Krebs und Entwicklungsstörungen

Viele Stoffe haben die Eigenschaften epigenetischer Karzinogene: Sie führen zu einem Anstieg der Tumorhäufigkeit, ohne eine mutagene Wirkung zu zeigen (zum Beispiel: Diethylstilbestrol-Arsenit, Hexachlorbenzol und Nickelverbindungen). Viele Teratogene, insbesondere Diethylstilbestrol, haben auf epigenetischer Ebene eine spezifische Wirkung auf den Fötus.

Veränderungen in der Histonacetylierung und DNA-Methylierung führen zur Entstehung von Prostatakrebs, indem sie die Aktivität verschiedener Gene verändern. Die Genaktivität bei Prostatakrebs kann durch Ernährung und Lebensstil beeinflusst werden.

Im Jahr 2008 kündigten die US-amerikanischen National Institutes of Health an, dass in den nächsten fünf Jahren 190 Millionen US-Dollar für die epigenetische Forschung ausgegeben würden. Laut einigen Forschern, die die Finanzierung vorangetrieben haben, könnte die Epigenetik bei der Behandlung menschlicher Krankheiten eine größere Rolle spielen als die Genetik.

Epigenom und Altern

In den letzten Jahren haben sich zahlreiche Hinweise darauf angesammelt, dass epigenetische Prozesse in späteren Lebensabschnitten eine wichtige Rolle spielen. Insbesondere mit zunehmendem Alter kommt es zu weitreichenden Veränderungen der Methylierungsmuster. Es wird angenommen, dass diese Prozesse unter genetischer Kontrolle stehen. Normalerweise wird die größte Menge an methylierten Cytosinbasen in DNA beobachtet, die aus Embryonen oder neugeborenen Tieren isoliert wurde, und diese Menge nimmt mit zunehmendem Alter allmählich ab. Eine ähnliche Abnahme der DNA-Methylierung wurde in kultivierten Lymphozyten von Mäusen, Hamstern und Menschen festgestellt. Es hat einen systematischen Charakter, kann aber gewebe- und genspezifisch sein. Beispielsweise haben Tra et al. (Tra et al., 2002) ergab beim Vergleich von mehr als 2000 Loci in T-Lymphozyten, die aus dem peripheren Blut von Neugeborenen sowie von Menschen mittleren und höheren Alters isoliert wurden, dass 23 dieser Loci mit zunehmendem Alter einer Hypermethylierung und 6 Hypomethylierung unterliegen , und ähnliche Veränderungen in der Art der Methylierung wurden auch in anderen Geweben gefunden: der Bauchspeicheldrüse, der Lunge und der Speiseröhre. Bei Patienten mit Hutchinson-Gilford-Progyrie wurden ausgeprägte epigenetische Störungen festgestellt.

Es wird vermutet, dass die Demethylierung mit zunehmendem Alter aufgrund der Aktivierung transponierbarer genetischer Elemente (MGEs) zu Chromosomenumlagerungen führt, die normalerweise durch DNA-Methylierung unterdrückt werden (Barbot et al., 2002; Bennett-Baker, 2003). Der systematische altersbedingte Rückgang der Methylierung kann zumindest teilweise die Ursache für viele komplexe Krankheiten sein, die mit klassischen genetischen Konzepten nicht erklärt werden können. Ein weiterer Prozess, der in der Ontogenese parallel zur Demethylierung abläuft und die Prozesse der epigenetischen Regulation beeinflusst, ist die Chromatinkondensation (Heterochromatinisierung), die mit zunehmendem Alter zu einer Abnahme der genetischen Aktivität führt. In einer Reihe von Studien konnten auch altersabhängige epigenetische Veränderungen in Keimzellen nachgewiesen werden; Die Richtung dieser Veränderungen ist offenbar genspezifisch.

Literatur

  • Nessa Carey. Epigenetik: Wie die moderne Biologie unser Verständnis von Genetik, Krankheit und Vererbung neu definiert. – Rostow am Don: Phoenix, 2012. – ISBN 978-5-222-18837-8.

Anmerkungen

  1. Neue Forschungsergebnisse bringen häufige RNA-Modifikationen mit Fettleibigkeit in Verbindung
  2. http://woman.health-ua.com/article/475.html Epigenetische Epidemiologie altersassoziierter Krankheiten
  4. Holliday, R., 1990. Mechanismen zur Kontrolle der Genaktivität während der Entwicklung. Biol. Rev. Cambr. Philos. soc. 65, 431-471
  5. „Epigenetik“. BioMedicine.org. Abgerufen am 21.05.2011.
  6. V.L. Chandler (2007). Paramutation: Vom Mais zur Maus. Zelle 128(4): 641-645. doi:10.1016/j.cell.2007.02.007. PMID 17320501 .
  7. Jan Sapp, Jenseits des Gens. 1987 Oxford University Press. Jan Sapp, „Konzepte der Organisation: die Hebelwirkung von Ciliaten-Protozoen“. In S. Gilbert ed., Developmental Biology: A Comprehensive Synthesis, (New York: Plenum Press, 1991), 229-258. Jan Sapp, Genesis: The Evolution of Biology Oxford University Press, 2003.
  8. Oyama, Susan; Paul E. Griffiths, Russell D. Gray (2001). MIT Press. ISBN 0-26-265063-0.
  9. Verdel et al., 2004
  10. Matzke, Birchler, 2005
  11. O.J. Rando und K.J. Verstrepen (2007). „Zeitskalen der genetischen und epigenetischen Vererbung“. Zelle 128(4): 655-668. doi:10.1016/j.cell.2007.01.023. PMID 17320504 .
  12. Jablonka, Eva; Gal Raz (Juni 2009). „Transgenerationale epigenetische Vererbung: Prävalenz, Mechanismen und Implikationen für das Studium von Vererbung und Evolution“. The Quarterly Review of Biology 84(2): 131-176. doi:10.1086/598822. PMID 19606595 .
  13. J.H.M. Knoll, R.D. Nicholls, R.E. Magenis, J.M. Graham Jr., M. Lalande, S.A. Latt (1989). „Angelman- und Prader-Willi-Syndrome weisen eine gemeinsame Chromosomendeletion auf, unterscheiden sich jedoch im elterlichen Ursprung der Deletion.“ American Journal of Medical Genetics 32(2): 285-290. doi:10.1002/ajmg.1320320235. PMID 2564739.
  14. Pembrey ME, Bygren LO, Kaati G, et al.. Geschlechtsspezifische transgenerationale Reaktionen männlicher Linie beim Menschen. Eur J Hum Genet 2006; 14:159-66. PMID 16391557 . Robert Winston bezieht sich in einem Vortrag auf diese Studie; siehe auch Diskussion an der Leeds University, hier

Die DNA-Sequenzierung des menschlichen Genoms und der Genome vieler Modellorganismen hat in den letzten Jahren in der biomedizinischen Gemeinschaft und in der breiten Öffentlichkeit für große Aufregung gesorgt. Diese genetischen Baupläne, die die allgemein anerkannten Regeln der Mendelschen Vererbung veranschaulichen, stehen nun für eine sorgfältige Analyse zur Verfügung und öffnen die Tür zu einem tieferen Verständnis der menschlichen Biologie und Krankheiten. Dieses Wissen weckt auch neue Hoffnungen für neue Behandlungsstrategien. Allerdings bleiben viele grundsätzliche Fragen unbeantwortet. Wie funktioniert beispielsweise die normale Entwicklung, wenn jede Zelle über die gleichen genetischen Informationen verfügt und dennoch ihren eigenen Entwicklungspfad mit hoher zeitlicher und räumlicher Präzision verfolgt? Wie entscheidet die Zelle, wann sie sich teilt und differenziert und wann sie ihre zelluläre Identität unverändert beibehält und entsprechend ihrem normalen Entwicklungsprogramm reagiert und sich manifestiert? Fehler, die bei den oben genannten Prozessen auftreten, können zu Krankheiten wie Krebs führen. Sind diese Fehler in fehlerhaften Blaupausen kodiert, die wir von einem oder beiden unserer Eltern geerbt haben, oder gibt es andere Schichten regulatorischer Informationen, die nicht korrekt gelesen und entschlüsselt wurden?

Beim Menschen ist die genetische Information (DNA) in 23 Chromosomenpaaren organisiert, die aus etwa 25.000 Genen bestehen. Diese Chromosomen können mit Bibliotheken verglichen werden, die verschiedene Büchersammlungen enthalten, die zusammen Anweisungen für die Entwicklung des gesamten menschlichen Organismus liefern. Die Nukleotidsequenz der DNA unseres Genoms besteht aus ungefähr (3 x 10 hoch 9) Basen, in dieser Reihenfolge durch die vier Buchstaben A, C, G und T abgekürzt, die bestimmte Wörter (Gene), Sätze, Kapitel und Bücher. Es bleibt jedoch alles andere als klar, was genau bestimmt, wann und in welcher Reihenfolge diese verschiedenen Bücher gelesen werden sollten. Die Antwort auf diese außergewöhnliche Herausforderung besteht wahrscheinlich darin, herauszufinden, wie zelluläre Ereignisse während der normalen und abnormalen Entwicklung koordiniert werden.

Wenn man alle Chromosomen zusammenfasst, ist das DNA-Molekül in höheren Eukaryoten etwa 2 Meter lang und muss daher so weit wie möglich – etwa 10.000 Mal – verdichtet werden, um in den Zellkern zu passen – den Raum der Zelle, in dem unsere Chromosomen gespeichert sind Genmaterial. Das Aufwickeln von DNA auf Proteinspulen, sogenannte Histonproteine, bietet eine elegante Lösung für dieses Verpackungsproblem und führt zu einem Polymer, in dem sich Protein:DNA-Komplexe wiederholen, dem sogenannten Chromatin. Bei der Verpackung der DNA für den begrenzten Platz wird die Aufgabe jedoch schwieriger – ähnlich wie beim Ordnen zu vieler Bücher in den Regalen der Bibliothek: Es wird immer schwieriger, das Buch zu finden und zu lesen der Wahlmöglichkeit, und daher wird ein Indexierungssystem notwendig. .

Eine solche Indizierung wird durch Chromatin als Plattform für die Organisation des Genoms bereitgestellt. Chromatin ist in seiner Struktur nicht homogen; Es kommt in verschiedenen Verpackungsformen vor, von einer Fibrille aus hochkondensiertem Chromatin (bekannt als Heterochromatin) bis zu einer weniger kompakten Form, in der Gene normalerweise exprimiert werden (bekannt als Euchromatin). Veränderungen können in das Kernchromatinpolymer eingeführt werden, indem ungewöhnliche Histonproteine ​​(bekannt als Histonvarianten), veränderte Chromatinstrukturen (bekannt als Chromatin-Remodelling) und chemische Markierungen zu den Histonproteinen selbst (bekannt als kovalente Modifikationen) eingebaut werden. Darüber hinaus kann die Hinzufügung einer Methylgruppe direkt an eine Cytosinbase (C) in der DNA-Matrize (bekannt als DNA-Methylierung) Proteinbindungsstellen schaffen, um den Chromatinzustand zu ändern oder die kovalente Modifikation residenter Histone zu beeinflussen.

Aktuelle Daten deuten darauf hin, dass nichtkodierende RNAs den Übergang spezialisierter Genomregionen zu kompakteren Chromatinzuständen „steuern“ können. Daher sollte Chromatin als dynamisches Polymer betrachtet werden, das das Genom indizieren und Signale aus der äußeren Umgebung verstärken kann, wodurch letztendlich bestimmt wird, welche Gene exprimiert werden sollen und welche nicht.

Zusammengenommen verleihen diese regulatorischen Fähigkeiten dem Chromatin eine Art genomorganisierenden Ansatz, der als „Epigenetik“ bekannt ist. In einigen Fällen wird festgestellt, dass epigenetische Indexierungsmuster während der Zellteilung vererbt werden und so ein zelluläres „Gedächtnis“ bereitstellen, das das Potenzial für im genetischen (DNA-)Code enthaltene vererbte Informationen erweitern kann. Somit kann Epigenetik im engeren Sinne als Veränderungen in der Gentranskription aufgrund von Chromatinmodulationen definiert werden, die nicht das Ergebnis von Veränderungen in der DNA-Nukleotidsequenz sind.

Dieser Aufsatz stellt die wichtigsten Konzepte im Zusammenhang mit Chromatin und Epigenetik vor und erörtert, wie die epigenetische Kontrolle uns den Schlüssel zur Lösung einiger seit langem bestehender Rätsel wie Zellidentität, Tumorwachstum, Stammzellplastizität, Regeneration und Alterung liefern kann. Beim Durcharbeiten der folgenden Kapitel empfehlen wir den Lesern, auf eine Vielzahl experimenteller Modelle zu achten, die offenbar auf epigenetischer (nicht DNA-)Basis basieren. Mechanistisch ausgedrückt dürfte das Verständnis der Funktionsweise der Epigenetik wichtige und weitreichende Auswirkungen auf die menschliche Biologie und Krankheit in dieser „postgenomischen“ Ära haben.

Die vielleicht umfassendste und zugleich präziseste Definition der Epigenetik stammt vom herausragenden englischen Biologen, Nobelpreisträger Peter Medawar: „Genetik schlägt vor, aber Epigenetik verfügt.“

Alexey Rzheshevsky Alexander Vaisermann

Wussten Sie, dass unsere Zellen ein Gedächtnis haben? Sie erinnern sich nicht nur daran, was Sie normalerweise zum Frühstück essen, sondern auch daran, was Ihre Mutter und Großmutter während der Schwangerschaft gegessen haben. Ihre Zellen merken sich gut, ob Sie Sport treiben und wie oft Sie Alkohol trinken. Das Gedächtnis der Zellen speichert Ihre Begegnungen mit Viren und wie sehr Sie als Kind geliebt wurden. Das zelluläre Gedächtnis entscheidet darüber, ob Sie anfällig für Fettleibigkeit und Depressionen sind. Vor allem aufgrund des zellulären Gedächtnisses sind wir nicht wie Schimpansen, obwohl wir mit ihnen ungefähr die gleiche Genomzusammensetzung haben. Und die Wissenschaft der Epigenetik hat dazu beigetragen, diese erstaunliche Eigenschaft unserer Zellen zu verstehen.

Die Epigenetik ist ein recht junges Gebiet der modernen Wissenschaft und bisher nicht so bekannt wie ihre „Schwester“-Genetik. Aus dem Griechischen übersetzt bedeutet die Präposition „epi-“ „oben“, „über“, „oben“. Wenn die Genetik die Prozesse untersucht, die zu Veränderungen in unseren Genen, in der DNA, führen, dann untersucht die Epigenetik Veränderungen in der Genaktivität, in denen Die DNA-Struktur bleibt erhalten. Wir können uns vorstellen, dass ein „Kommandant“ als Reaktion auf äußere Reize wie Ernährung, emotionaler Stress, körperliche Aktivität unseren Genen den Befehl gibt, ihre Aktivität zu steigern oder umgekehrt abzuschwächen.


Epigenetische Prozesse werden auf mehreren Ebenen realisiert. Die Methylierung erfolgt auf der Ebene einzelner Nukleotide. Die nächste Stufe ist die Modifikation von Histonen, Proteinen, die an der Verpackung von DNA-Strängen beteiligt sind. Auch die Prozesse der Transkription und DNA-Replikation hängen von dieser Verpackung ab. Ein separater wissenschaftlicher Zweig – die RNA-Epigenetik – untersucht die mit RNA verbundenen epigenetischen Prozesse, einschließlich der Methylierung von Boten-RNA.

Mutationskontrolle

Die Entwicklung der Epigenetik als eigenständiger Zweig der Molekularbiologie begann in den 1940er Jahren. Dann formulierte der englische Genetiker Conrad Waddington das Konzept der „epigenetischen Landschaft“, das den Prozess der Organismenbildung erklärt. Lange Zeit wurde angenommen, dass epigenetische Transformationen nur für das Anfangsstadium der Entwicklung des Organismus typisch sind und im Erwachsenenalter nicht beobachtet werden. In den letzten Jahren wurden jedoch eine ganze Reihe experimenteller Beweise gewonnen, die in der Biologie und Genetik einen Bombeneffekt auslösten.

Eine Revolution in der genetischen Weltanschauung fand Ende des letzten Jahrhunderts statt. In mehreren Labors wurden gleichzeitig eine Reihe experimenteller Daten gewonnen, die Genetiker zum Nachdenken anregten. So führten Schweizer Forscher um Renato Paro von der Universität Basel 1998 Experimente mit Fruchtfliegen durch, die aufgrund von Mutationen gelbe Augen hatten. Es wurde festgestellt, dass unter dem Einfluss eines Temperaturanstiegs bei mutierten Fruchtfliegen Nachkommen nicht mit gelben, sondern mit roten (wie normal) Augen geboren wurden. Sie aktivierten ein chromosomales Element, das die Augenfarbe veränderte.


Zur Überraschung der Forscher blieb die rote Farbe der Augen bei den Nachkommen dieser Fliegen noch vier Generationen lang bestehen, obwohl sie keiner Hitze mehr ausgesetzt waren. Das heißt, die erworbenen Eigenschaften werden vererbt. Wissenschaftler mussten eine sensationelle Schlussfolgerung ziehen: Stressbedingte epigenetische Veränderungen, die sich nicht auf das Genom selbst auswirken, können behoben und an die nächsten Generationen weitergegeben werden.

Aber vielleicht passiert das nur bei Drosophila? Nicht nur. Später stellte sich heraus, dass auch beim Menschen der Einfluss epigenetischer Mechanismen eine sehr wichtige Rolle spielt. Beispielsweise wurde ein Muster identifiziert, dass die Veranlagung von Erwachsenen für Typ-2-Diabetes weitgehend vom Monat ihrer Geburt abhängen kann. Und das, obwohl zwischen dem Einfluss bestimmter Jahreszeitenfaktoren und dem Ausbruch der Krankheit selbst 50-60 Jahre vergehen. Dies ist ein klares Beispiel für die sogenannte epigenetische Programmierung.

Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Veranlagung zu Diabetes und dem Geburtsdatum? Den neuseeländischen Wissenschaftlern Peter Gluckman und Mark Hanson ist es gelungen, eine logische Erklärung für dieses Paradoxon zu formulieren. Sie schlugen eine „Mismatch-Hypothese“ vor, nach der es in einem sich entwickelnden Organismus zu einer „prognostischen“ Anpassung an die nach der Geburt zu erwartenden Umweltbedingungen kommen kann. Wenn sich die Prognose bestätigt, erhöht dies die Überlebenschancen des Organismus in der Welt, in der er leben wird. Wenn nicht, wird die Anpassung zur Fehlanpassung, also zur Krankheit.


Wenn der Fötus beispielsweise während der intrauterinen Entwicklung nicht genügend Nahrung erhält, kommt es zu Stoffwechselveränderungen, die darauf abzielen, Nahrungsressourcen für die zukünftige Verwendung „für einen regnerischen Tag“ zu speichern. Wenn nach der Geburt wirklich wenig Nahrung vorhanden ist, hilft das dem Körper beim Überleben. Wenn sich herausstellt, dass die Welt, die ein Mensch nach der Geburt betritt, wohlhabender ist als vorhergesagt, kann dieses „sparsame“ Stoffwechselmuster später im Leben zu Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes führen.

Die 2003 von den amerikanischen Wissenschaftlern der Duke University Randy Jirtle und Robert Waterland durchgeführten Experimente sind bereits zu Lehrbüchern geworden. Einige Jahre zuvor war es Jirtle gelungen, gewöhnlichen Mäusen ein künstliches Gen einzuschleusen, das dazu führte, dass diese gelb, fett und kränklich geboren wurden. Nachdem Jirtle und seine Kollegen solche Mäuse geschaffen hatten, beschlossen sie zu prüfen: Ist es möglich, sie normal zu machen, ohne das defekte Gen zu entfernen? Es stellte sich heraus, dass es möglich war: Sie fügten dem Futter schwangerer Agouti-Mäuse (wie sie begannen, die gelben Mäuse „Monster“ zu nennen) Folsäure, Vitamin B12, Cholin und Methionin hinzu, und als Ergebnis erschienen normale Nachkommen. Ernährungsfaktoren konnten Mutationen in Genen neutralisieren. Darüber hinaus hielt die Wirkung der Ernährung über mehrere Generationen hinweg an: Agouti-Mäusebabys, die dank Nahrungsergänzungsmitteln normal zur Welt kamen, brachten selbst normale Mäuse zur Welt, obwohl sie bereits ihre übliche Ernährung erhielten.


Methylgruppen lagern sich an Cytosinbasen an, ohne die DNA zu zerstören oder zu verändern, beeinflussen aber die Aktivität der entsprechenden Gene. Es gibt auch einen umgekehrten Prozess – die Demethylierung, bei der Methylgruppen entfernt und die ursprüngliche Aktivität der Gene wiederhergestellt wird.

Wir können mit Sicherheit sagen, dass die Schwangerschaft und die ersten Lebensmonate im Leben aller Säugetiere, einschließlich des Menschen, am wichtigsten sind. Wie der deutsche Neurowissenschaftler Peter Spork es treffend formulierte: „Unsere Gesundheit im Alter wird manchmal viel stärker von der Ernährung unserer Mutter während der Schwangerschaft beeinflusst als von der Ernährung im aktuellen Moment des Lebens.“

Schicksal durch Erbschaft

Der am besten untersuchte Mechanismus der epigenetischen Regulierung der Genaktivität ist der Methylierungsprozess, der darin besteht, den Cytosinbasen der DNA eine Methylgruppe (ein Kohlenstoffatom und drei Wasserstoffatome) hinzuzufügen. Methylierung kann die Aktivität von Genen auf verschiedene Weise beeinflussen. Insbesondere können Methylgruppen physikalisch verhindern, dass der Transkriptionsfaktor (ein Protein, das den Prozess der Messenger-RNA-Synthese auf einer DNA-Matrize steuert) mit bestimmten DNA-Regionen in Kontakt kommt. Andererseits arbeiten sie mit Methylcytosin-bindenden Proteinen zusammen und sind am Prozess der Umgestaltung von Chromatin beteiligt, der Substanz, aus der die Chromosomen bestehen und die die Erbinformationen speichert.

Verantwortlich für Zufälligkeit

Fast alle Frauen wissen, dass die Einnahme von Folsäure während der Schwangerschaft sehr wichtig ist. Folsäure dient zusammen mit Vitamin B12 und der Aminosäure Methionin als Spender und Lieferant von Methylgruppen, die für den normalen Ablauf des Methylierungsprozesses notwendig sind. Vitamin B12 und Methionin sind aus einer vegetarischen Ernährung kaum zu gewinnen, da sie hauptsächlich in tierischen Produkten vorkommen, sodass die entlastende Ernährung der werdenden Mutter für das Kind unangenehmste Folgen haben kann. In jüngerer Zeit wurde festgestellt, dass ein Mangel an diesen beiden Substanzen sowie an Folsäure in der Ernährung zu einer Verletzung der Chromosomendivergenz beim Fötus führen kann. Und dadurch erhöht sich das Risiko, ein Kind mit Down-Syndrom zu bekommen, was normalerweise nur als tragischer Unfall angesehen wird, erheblich.
Es ist auch bekannt, dass Unterernährung und Stress während der Schwangerschaft die Konzentration einer Reihe von Hormonen im Körper der Mutter und des Fötus verschlechtern – Glukokortikoide, Katecholamine, Insulin, Wachstumshormon usw. Aus diesem Grund beginnen negative epigenetische Veränderungen kommen im Embryo in den Zellen des Hypothalamus und der Hypophyse vor. Dies ist mit der Tatsache behaftet, dass das Baby mit einer gestörten Funktion des Hypothalamus-Hypophysen-Regulationssystems geboren wird. Aus diesem Grund wird es weniger in der Lage sein, Stress ganz anderer Art zu bewältigen: mit Infektionen, körperlichem und geistigem Stress usw. Es ist ganz offensichtlich, dass eine Mutter ihr ungeborenes Kind durch schlechte Ernährung und Sorgen während der Schwangerschaft zu einem Problem macht Verletzlicher Verlierer von allen Seiten.

Methylierung ist an vielen Prozessen beteiligt, die mit der Entwicklung und Bildung aller Organe und Systeme des Menschen zusammenhängen. Eine davon ist die Inaktivierung der X-Chromosomen im Embryo. Wie Sie wissen, besitzen weibliche Säugetiere zwei Kopien der Geschlechtschromosomen, das sogenannte Um die Menge der produzierten Genprodukte (RNA und Proteine) bei Männern und Frauen anzugleichen, werden bei Frauen die meisten Gene auf einem der X-Chromosomen ausgeschaltet.


Der Höhepunkt dieses Prozesses findet im Blastozystenstadium statt, wenn der Embryo aus 50–100 Zellen besteht. In jeder Zelle wird das zu inaktivierende Chromosom (väterlich oder mütterlicherseits) zufällig ausgewählt und bleibt in allen nachfolgenden Generationen dieser Zelle inaktiv. Mit diesem Prozess der „Vermischung“ der väterlichen und mütterlichen Chromosomen ist die Tatsache verbunden, dass Frauen viel seltener an Krankheiten leiden, die mit dem X-Chromosom in Zusammenhang stehen.

Methylierung spielt eine wichtige Rolle bei der Zelldifferenzierung, dem Prozess, durch den sich „universelle“ embryonale Zellen zu spezialisierten Zellen in Geweben und Organen entwickeln. Muskelfasern, Knochengewebe, Nervenzellen – sie alle entstehen aufgrund der Aktivität eines genau definierten Teils des Genoms. Es ist auch bekannt, dass Methylierung eine führende Rolle bei der Unterdrückung der meisten Arten von Onkogenen sowie einiger Viren spielt.

Unter allen epigenetischen Mechanismen ist die DNA-Methylierung von größter praktischer Bedeutung, da sie in direktem Zusammenhang mit der Ernährung, dem emotionalen Status, der Gehirnaktivität und anderen externen Faktoren steht.

Daten, die diese Schlussfolgerung gut bestätigen, wurden zu Beginn dieses Jahrhunderts von amerikanischen und europäischen Forschern erhoben. Wissenschaftler untersuchten ältere Niederländer, die unmittelbar nach dem Krieg geboren wurden. Die Schwangerschaft ihrer Mütter fiel mit einer sehr schwierigen Zeit zusammen, als es im Winter 1944-1945 in Holland zu einer wahren Hungersnot kam. Wissenschaftler konnten feststellen, dass starker emotionaler Stress und eine halbverhungerte Ernährung von Müttern die Gesundheit zukünftiger Kinder am negativsten beeinflussten. Da sie mit geringem Gewicht geboren wurden, war die Wahrscheinlichkeit, im Erwachsenenalter an Herzerkrankungen, Fettleibigkeit und Diabetes zu leiden, um ein Vielfaches höher als bei ihren Landsleuten, die ein oder zwei Jahre später (oder früher) geboren wurden.


Eine Analyse ihres Genoms zeigte, dass die DNA-Methylierung genau in den Bereichen fehlt, in denen sie den Erhalt der Gesundheit gewährleistet. Bei älteren Niederländern, deren Mütter die Hungersnot überlebten, war die Methylierung des Gens für den insulinähnlichen Wachstumsfaktor (IGF) merklich verringert, wodurch die Menge an IGF im Blut zunahm. Und dieser Faktor steht, wie Wissenschaftlern wohlbekannt ist, in einem umgekehrten Verhältnis zur Lebenserwartung: Je höher der IGF-Spiegel im Körper, desto kürzer das Leben.

Später entdeckte der amerikanische Wissenschaftler Lambert Lumet, dass in der nächsten Generation auch Kinder, die in den Familien dieser Niederländer geboren wurden, mit ungewöhnlich niedrigem Gewicht geboren wurden und häufiger als andere an allen altersbedingten Krankheiten litten, obwohl ihre Eltern recht gut lebten und gut gegessen. Die Gene merkten sich die Information über die Hungerperiode in der Schwangerschaft der Großmütter und gaben sie auch noch nach einer Generation an ihre Enkelkinder weiter.

Gene sind kein Satz

Neben Stress und Unterernährung kann die Gesundheit des Fötus durch zahlreiche Substanzen beeinträchtigt werden, die die normalen Prozesse der Hormonregulation stören. Sie werden „endokrine Disruptoren“ (Zerstörer) genannt. Diese Stoffe sind in der Regel künstlicher Natur: Der Mensch erhält sie industriell für seinen Bedarf.

Das auffälligste und negativste Beispiel ist vielleicht Bisphenol-A, das seit vielen Jahren als Härter bei der Herstellung von Kunststoffprodukten verwendet wird. Es kommt in einigen Arten von Kunststoffbehältern vor – Flaschen für Wasser und Getränke, Lebensmittelbehälter.


Die negative Wirkung von Bisphenol-A auf den Körper liegt in der Fähigkeit, die für die Methylierung notwendigen freien Methylgruppen zu „zerstören“ und die Enzyme zu hemmen, die diese Gruppen an die DNA binden. Biologen der Harvard Medical School haben die Fähigkeit von Bisphenol-A entdeckt, die Reifung der Eizelle zu hemmen und dadurch zu Unfruchtbarkeit zu führen. Ihre Kollegen von der Columbia University haben die Fähigkeit von Bisphenol-A entdeckt, die Unterschiede zwischen den Geschlechtern zu beseitigen und die Geburt von Nachkommen mit homosexuellen Neigungen zu stimulieren. Unter dem Einfluss von Bisphenol wurde die normale Methylierung von Genen gestört, die Rezeptoren für Östrogene, weibliche Sexualhormone, kodieren. Aus diesem Grund wurden männliche Mäuse mit einem „weiblichen“ Charakter geboren, gefällig und ruhig.

Glücklicherweise gibt es Lebensmittel, die sich positiv auf das Epigenom auswirken. Beispielsweise kann der regelmäßige Konsum von grünem Tee das Krebsrisiko senken, da dieser einen bestimmten Stoff (Epigallocatechin-3-gallat) enthält, der Tumorsuppressorgene (Suppressoren) durch Demethylierung ihrer DNA aktivieren kann. In den letzten Jahren ist ein beliebter Modulator epigenetischer Prozesse, Genistein, in Sojaprodukten enthalten. Viele Forscher bringen den Sojagehalt in der Ernährung Asiaten mit deren geringerer Anfälligkeit für bestimmte altersbedingte Krankheiten in Verbindung.

Die Untersuchung epigenetischer Mechanismen hat dazu beigetragen, eine wichtige Wahrheit zu verstehen: Vieles im Leben hängt von uns ab. Im Gegensatz zu relativ stabilen genetischen Informationen können epigenetische „Markierungen“ unter bestimmten Bedingungen reversibel sein. Diese Tatsache ermöglicht es uns, auf grundlegend neue Methoden zur Bekämpfung häufiger Krankheiten zu zählen, die auf der Beseitigung jener epigenetischen Veränderungen basieren, die beim Menschen unter dem Einfluss ungünstiger Faktoren entstanden sind. Der Einsatz von Ansätzen zur Anpassung des Epigenoms eröffnet uns große Perspektiven.