Epigenetik
Die Epigenetik beschäftigt
sich mit der Wirkung von Genen auf das physische Erscheinungsbild eines
Organismus. Aber bleibt am Ende mehr zu analysieren als nur der genetische
Code?
Können auch menschliche Entscheidungen, Handlungen und Lebensstile
Einfluss auf unsere Nachkommen haben?
Die Dokumentation erkundet das Gedächtnis der Gene, jene verborgene
Erbschicht, die in jeder Zelle des Körpers liegt. Im Hinblick auf zahlreiche
Themen, von der künstlichen Befruchtung über das posttraumatische Stresssyndrom
bis hin zur Nahrung, die frühere Generationen zu sich nahmen, könnte die
durchaus umstrittene Wissenschaft der Epigenetik das Verständnis von Vererbung
grundlegend verändern.
Im Zentrum dieses neuen Forschungsgebiets steht die einfache, aber heftig
diskutierte Vorstellung, dass Gene über ein "Gedächtnis" verfügen.
Dass das Leben unserer Großeltern - die Luft, die sie atmeten, die
Nahrung, die sie zu sich nahmen, ja sogar, was sie sahen - ihre Nachkommen,
noch Jahrzehnte später unmittelbar beeinflussen kann, obwohl die diese Dinge
selbst nie erfahren haben.
Die Epigenetik steht für eine Abkehr von der herkömmlichen Vorstellung, dass
die DNA die gesamte Erbinformation enthalte und dass nichts, was ein Mensch in
seinem Leben tut, biologisch an seine Kinder weitergegeben werde. Die meisten
Wissenschaftler empfinden diese Lehre als Ketzerei, denn sie stellt die
bisherige Betrachtungsweise der DNA-Sequenz als Grundstein der modernen
Biologie infrage. Doch Wissenschaftler haben nun eine ganz neue Grundlage der
Vererbung jenseits der DNA entdeckt. Sie konnten nachweisen, dass die Gene
ihrerseits der Kontrolle epigenetischer "Schalter" unterliegen, die
von Umwelteinflüssen wie Nahrung und Stress ein- und ausgeschaltet werden. Aus
dieser verblüffenden neuen Erkenntnis ergibt sich die Schlussfolgerung, dass
die Wirkung von Umweltfaktoren vererbt werden kann.
Geschichte [Bearbeiten]
Dem Biologen Conrad Hal Waddington wird der Begriff der
Epigenetik zugeschrieben. Im Jahr
Etymologie [Bearbeiten]
Der Begriff Epigenetik
wurde in der Vergangenheit in unterschiedlichem Zusammenhang verwendet. So hat
die griechische Vorsilbe 'epi' in Epigenetik mehrere Bedeutungen, wie
"nach", "hinterher" oder "zusätzlich". So
beschreibt die Epigenetik alle Prozesse in einer Zelle, die als 'zusätzlich zu'
den Prozessen und Informationen (wie die DNA-Sequenz) der Genetik gelten.
Das Epigenom [Bearbeiten]
Als Epigenom wird
der epigenetische Zustand einer Zelle bezeichnet. Beispielsweise gehen aus
einem einzelnen Embryo im Verlauf seiner Entwicklung eine Vielzahl
verschiedener Zelltypen hervor, die alle das selbe Genom haben. So hat
eine Hautzelle und die Retinazelle des Auges das selbe Genom, dass heißt die selbe
DNA-Sequenz, aber eine völlig unterschiedliche Funktion, da ein
unterschiedliches Epigenom. Die Verschiedenartigkeit dieser Tochterzellen lässt
sich also weniger auf das Genom, als vielmehr auf dessen Informationsumsetzung
zurückführen. Somit stellt ein einziges Genom häufig die Basis vieler Epigenome
dar. In Analogie zum genetischen Code einer Zelle beschreibt man die
epigenetischen Muster einer Zelle mit dem epigenetischen Code.
Epigenetische Vererbung [Bearbeiten]
Viele Wachstumsprozesse
beruhen auf der Weitergabe von Information von einer Zelle auf ihre
Tochterzellen, ohne dass diese Information in der DNA-Sequenz kodiert
ist. Aus sich teilenden Fibroblasten werden neue Fibroblasten, und keine Leber-
oder Nervenzellen. Epigenetische Vererbung bezeichnet diese
Vererbungsprozesse; auch auf Ebene individueller Organismen wird diese Form der
Vererbung hin und wieder gefunden, wenn nämlich Organismen ihren Nachkommen
einen bestimmten Zustand oder ein bestimmtes Merkmal vererben - ohne
entsprechende Mutation
der DNA-Sequenz.
Epigenetische
Vererbungssysteme
[Bearbeiten]
Einige Arten von
epigenetischer Vererbungssystemen mögen eine Rolle im sogenannten
"Zellgedächtnis" spielen. [1]:
Transkriptionelle Regulation [Bearbeiten]
Es gibt verschiedene
Mechanismen, die in die Transkriptionsmaschinerie eingreifen. So kann die Transkription
eines Gens durch Proteine,
Interferenz-RNA, DNA-Methylierung
und Histonmodifikationen epigenetisch beeinflusst werden.
Chromatinstrukturveränderungen [Bearbeiten]
Eine wichtige Histonmodifikationen ist beispielsweise die Acetylierung
der K9 und K4 Lysine
am Stickstoff-Ende der Kernhistone eines Nukleosoms.
So führt die positive Ladung dieses Stickstoff-Endes zur Bindung an die negativ
geladenen Phosphate des DNA-Rückgrats, womit diese sich nicht mehr gegenseitig
abstoßen können. Damit kann die DNA im Zellkern eng
aufgewickelt werden, und ein Zugang von transkriptionsaktiven Molekülen wird
wirkungsvoll unterbunden (Gen-Silencing). Wird hingegen Lysin acetyliert,
verschwindet die positive Ladung, die negativ-geladene DNA stößt sich selbst ab
und kann nicht mehr so eng gepackt werden. Transkriptionsfaktoren können an die DNA binden,
womit die DNA weiter geöffnet wird, und wodurch sie für die großen Enzyme wie RNA-Polymerase
zugänglich wird: Transkription findet statt. Histone sind die Zellkernproteine,
die wichtige Ordnungsprinzipien der DNA-Verpackung ermöglichen. Acht
dieser Proteine (vier Typen) formen einen “Nucleosomenkern”
(core particle), der den DNA-Faden quasi als Spule in 1,
Epigenetische
Codierung und Evolution [Bearbeiten]
Der Verpackungsgrad und
damit die Regulation ist Folge von Histonmodifikationen, des Histon-Codes
[2]
zu sehen, durch den das Informationspotential des genetischen
Codes enorm erweitert wird. Histonmodifikationen sind die Phosphorylierung
(p) von Serin-Resten,
die Acetylierung
(ac) von Lysin-Resten,
sowie deren Mono- bis Trimethylierung (me1-3) und die Methylierung von Argininresten.
Dazu kommen andere komplexere Modifikationen (Ubiquitinylierung,
Poly(ADP)-Ribosylierung). Im Zusammenspiel
zwischen der Art und dem Ort der Modifikation erweitert sich das regulatorische
Potential des Genoms immens. Die letzten Jahre haben zu einigem Verständnis
dieser Grundprinzipien geführt, jedoch ist das derzeitige Bild, das nachfolgend
tabellarisch dargestellt werden soll, längst noch nicht komplett. Zusammen mit
den anderen oben genannten Veränderungen (DNA-Methylierung)
ergibt sich der epigenetische Code.
Literatur [Bearbeiten]
- Oskar
Hertwig,
- Eva Jablonka and Marion J.
Lamb. The Changing Concept of Epigenetics. Annals of the New York Academy of Sciences
- R. Jaenisch and A. Bird (
- Joshua
Lederberg, "The Meaning of Epigenetics", The
Scientist
- R. J. Sims III, K.
Nishioka and D. Reinberg (
- B. D. Strahl and C. D.
Allis (
- Conrad Hal Waddington (1942), "The
epigenotype" Endeavour 1,
- R.A. Waterland, R.L.
Jirtle, "Transposable elements: Targets for early nutritional effects
on epigenetic gene regulation", Molecular and Cellular Biology
2003 August 1;
- Bradbury J: Human
Epigenome Project—Up and Running. PLoS Biol 1/
Quellen [Bearbeiten]
1.
↑ E Jablonka, Lamb MJ and Lachmann
M: Evidence, mechanisms and models for
the inheritance of acquired characteristics. In: J. Theoret. Biol..
2.
↑ http://www.nature.com/nature/journal/v403/n6765/fig_tab/403041a0_F2.html
Weblinks [Bearbeiten]
- www.wissenschaft.de:
Epigenetik - Vererbung ist mehr als die Summe der Gene
- www.wissenschaft.de:
Epigenetische Faktoren verursachen Abweichungen zwischen genetisch
identischen Zwillingen
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Description |
Deutsch: Zellkerne aus normalen und
verschiedenen krankhaft veränderten menschlichen, weiblichen Fibroblasten
wurden mit dem DNA-Farbstoff Dapi (blau) angefärbt, um das Barr Körperchen,
also das inaktive X-Chromosom anzufärben (Pfeil). Außerdem wurden
verschiedene Histonmodifikationen beziehungsweise eine Sonderform eines
Histons (macroH2A) mit Antikörpern nachgewiesen (grün). In A sind solche
nachgewiesen, die am Barr-Körperchen nicht vorkommen, während jene in B dort
besonders angereichert sind. English: Original figure legend: The interphase
inactive X in normal and mutant cells: histone modification and macroH2A1
association. Photomicrograph examples of normal, ICF, and Rett fibroblasts
that were FITC-labeled using antisera to various modified histones. Arrows
point to sex chromatin on DAPI-stained cells, and to the corresponding sex
chromatin site in the FITC-labeled photo. A. Normal, ICF, and Rett
fibroblasts FITC-labeled using antisera to acetylated histone H4 (acH4),
acetylated histone H3 (acH3), and dimethylated K4 histone H3 (meK4H3). Note
that the sex chromatin body is not stained by these antibodies and appears as
a hole or a gap that occasionally contains a prominent dot (see insets). This
FITC-stained dot appears to correspond to the DXZ4 domain, as described in
the text. B. Normal and ICF fibroblasts labeled with antibody to dimethylated
K9 histone H3 (meK9H3) and macrohistone H2A1 (macroH2A). |
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Source |
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Date |
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Author |
Stanley M Gartler,
Kartik R Varadarajan, Ping Luo, Theresa K Canfield, Jeff Traynor, Uta Francke
and R Scott Hansen |
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Permission |
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Other versions |
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Dateiverweise
Die folgenden Artikel
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ARTE Wissenschaft-Montag, |
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Das Gedächtnis der Gene
Eine
Dokumentation von Nigel Paterson
Die Epigenetik beschäftigt sich mit der Wirkung von Genen auf das physische
Erscheinungsbild eines Organismus. Aber bleibt am Ende mehr zu analysieren als
nur der genetische Code? Können auch menschliche Entscheidungen, Handlungen und
Lebensstile Einfluss auf unsere Nachkommen haben? Diesen Fragen geht die
Dokumentation auf den Grund.
Dokumentation, Großbritannien
Die Dokumentation erkundet das Gedächtnis der Gene, jene verborgene Erbschicht,
die in jeder Zelle des Körpers liegt. Im Hinblick auf zahlreiche Themen, von
der künstlichen Befruchtung über das posttraumatische Stresssyndrom bis hin zur
Nahrung, die frühere Generationen zu sich nahmen, könnte die durchaus umstrittene
Wissenschaft der Epigenetik das Verständnis von Vererbung grundlegend
verändern.
Im Zentrum dieses neuen Forschungsgebiets steht die einfache, aber heftig
diskutierte Vorstellung, dass Gene über ein "Gedächtnis" verfügen.
Dass das Leben unserer Großeltern - die Luft, die sie atmeten, die Nahrung, die
sie zu sich nahmen, ja sogar, was sie sahen - ihre Nachkommen, noch Jahrzehnte
später unmittelbar beeinflussen kann, obwohl die diese Dinge selbst nie
erfahren haben.
Die Epigenetik steht für eine Abkehr von der herkömmlichen Vorstellung, dass
die DNA die gesamte Erbinformation enthalte und dass nichts, was ein Mensch in
seinem Leben tut, biologisch an seine Kinder weitergegeben werde. Die meisten
Wissenschaftler empfinden diese Lehre als Ketzerei, denn sie stellt die
bisherige Betrachtungsweise der DNA-Sequenz als Grundstein der modernen
Biologie infrage. Doch Wissenschaftler haben nun eine ganz neue Grundlage der
Vererbung jenseits der DNA entdeckt. Sie konnten nachweisen, dass die Gene
ihrerseits der Kontrolle epigenetischer "Schalter" unterliegen, die
von Umwelteinflüssen wie Nahrung und Stress ein- und ausgeschaltet werden. Aus
dieser verblüffenden neuen Erkenntnis ergibt sich die Schlussfolgerung, dass
die Wirkung von Umweltfaktoren vererbt werden kann.
Wiederholungen
:
Die Epigenetik
beschäftigt sich mit der epigenetischen Vererbung, d. h. der Weitergabe
von Eigenschaften auf die Nachkommen, die nicht auf Abweichungen in der DNA-Sequenz zurück gehen, sondern auf eine
vererbbare Änderung der Genregulation und Genexpression.
Eng damit verknüpft sind physiologische Prozesse der Individualentwicklung von
Organismen, die besonders in der Zwillingsforschung untersucht werden. In beiden
Fällen geht es vornehmlich darum zu verstehen, wie Information über die
Genregulation, die nicht in der DNA-Sequenz codiert ist, von einer Zell-
oder Organismen-Generation in die nächste gelangt.
Epigenetik unterscheidet
sich von der Epigenese,
welche den seit langem bekannten graduellen Prozess der embryonalen Morphogenese
von Organen in all
ihrer Komplexität beschreibt. Jedoch basieren die essentiellen zellularen
Differenzierungsprozesse der Epigenese vor allem auf epigenetischen Vererbungsmechanismen
einer Zellgeneration zur nächsten. So können bereits differenzierte Zellen zu
totipotenten Zellen epigenetisch "reprogrammiert" werden. Eine
Ausnahme ist unter anderem das Rearrangement (die "Neuorganisation")
von Genen im Immunsystem. So kann ein Organismus, der aus einer Gedächtnis B-Zelle geklont
wurde, nicht alle Immunglobulinklassen erzeugen, da ein Teil der nötigen DNA
zuvor irreversibel, genetisch entfernt wurde.
Spezifische epigenetische
Prozesse umfassen unter anderem die "Paramutation", das "Bookmarking"", das Imprinting,
das Gen-Silencing,
die X-Inaktivierung, den Positionseffekt, die "Reprogrammierung", die "Transvection", maternale Effekte (paternale Effekte
sind selten, da wesentlich weniger nicht-genetisches Material mit dem Spermium
vererbt wird), den Prozess der Karzinogenese,
viele Effekte von teratogenen Substanzen, die Regulation von Histonmodifikationen und Heterochromatin,
sowie technische Limitierungen beim Klonen.
Epigenetik:
Vererbung ist mehr als die Summe der Gene
Obwohl mit der Entschlüsselung
des menschlichen Erbguts der Text im Buch des Lebens nun bekannt ist, kann ihn
noch immer niemand vollständig lesen. Grund dafür ist die so genannte
Epigenetik: Schaltermoleküle, Eiweiße und andere Signalstoffe der Zelle
bestimmen, ob und wann Gene ein- oder ausgeschaltet werden. Diese
epigenetischen Veränderungen steuern die Krebsentstehung, verursachen Probleme
in der Stammzelltherapie und beim Klonen und bestimmen, welche Eigenschaften
vom Vater und welche von der Mutter vererbt werden. Die Erforschung
epigenetischer Phänomene steht noch am Anfang – doch sie beantwortet schon
jetzt viele wichtige Fragen.
Die Entschlüsselung des menschlichen Erbguts vor zwei Jahren brachte die
Euphorie über die Gentechnik auf den Höhepunkt. Maßgeschneiderte Medikamente
schienen zum Greifen nahe und die Gentherapie versprach Heilung für nahezu alle
Krankheiten. Zu ihrem Leidwesen mussten Wissenschaftler jedoch bald
feststellen, dass zum Wunder des Lebens wohl doch mehr gehört die Reihenfolge
der Buchstaben in den Genen, dem Buch des Lebens. Wie kann es zum Beispiel
sein, dass eineiige Zwillinge, die ja bis ins letzte Detail genetisch identisch
sind, oft so unterschiedlich aussehen? Warum fangen Zellen plötzlich an, sich
immer und immer wieder zu teilen, ohne dass eine Mutation, also eine
Veränderung in der Gensequenz, festgestellt werden kann?
Die Antworten liefert ein Forschungszweig, der lange Zeit nicht wirklich ernst
genommen worden wurde: die Epigenetik. Dieser Wissenschaftszweig untersucht
nicht die Sequenz oder die Organisation der Gene, sondern wie, wann und warum
sie ein- oder ausgeschaltet werden. Auch wenn die Epigenetik keine ganz neue
Wissenschaft ist, kennen die Forscher deren Hauptdarsteller erst seit wenigen
Jahren. Direkt am Geschehen, also an der Erbsubstanz DNA, sorgen kleine
chemische Schaltergruppen für die Formatierung im Buch des Lebens: Sie können
ganze genetische Kapitel so verändern, dass sie nicht mehr lesbar sind, sie
können in anderen Kapiteln die Schriftgröße vergrößern und sie somit betonen,
und sie können sogar neue Informationen erzeugen, indem sie auf entferntere
Kapitel verweisen.
Was Väter und Großväter
ihren Nachkommen mitgeben
Auch
bei Männern können sich Einflüsse des Lebensstils auf Söhne und Enkel auswirken
Männer beeinflussen durch
ihren Lebensstil nicht nur ihre eigene Gesundheit, sondern auch die ihrer Söhne
und sogar die ihrer Enkel. Darauf deuten nach Ansicht eines
schwedisch-britischen Forscherteams die Ergebnisse zweier großer Studien hin. So
haben Väter, die sehr früh mit dem Rauchen begonnen haben, überdurchschnittlich
dicke Söhne, aber normalgewichtige Töchter. Auch eine Hungerperiode in der
Jugend kann den männlichen Nachkommen einen Stempel aufdrücken: Die Enkel von
Männern, die im Alter von etwa 10
Jahren hungerten, haben eine ungewöhnlich hohe Lebenserwartung. Einen solchen
Effekt über mehrere Generationen kannten Wissenschaftler bislang nur aus der
weiblichen Linie, berichtet das Wissenschaftsmagazin "New Scientist".
Marcus Pembrey vom University College in London und seine
schwedischen Kollegen analysierten für ihre Untersuchung die Daten einer groß
angelegten britischen Studie an Eltern und Kindern aus den
Dass der Lebensstil von Müttern und Großmüttern einen Einfluss
auf ihre weiblichen Nachkommen haben kann, war bereits aus früheren Studien
bekannt. Die neuen Ergebnisse seien jedoch der erste Hinweis auf eine Vererbung
solcher Gesundheitseffekte über die männliche Linie, kommentieren die Forscher.
Verantwortlich dafür sind ihrer Ansicht nach so genannte epigenetische
Veränderungen des Erbguts: Im Lauf des Lebens werden an die Erbsubstanz verschiedene
chemische Schalter und Kontrollmoleküle angelagert, die ganze Abschnitte
dauerhaft aktivieren oder auch stilllegen können. Die Folgen dieser
Veränderungen sind vielfältig und können von einer erhöhten Anfälligkeit für
Krankheiten bis zum Ausbruch einer Krebserkrankung reichen.
Die neuen Ergebnisse legen nun nahe, dass solche
Modifikationen entgegen bisheriger Annahmen von Generation zu Generation
weitergegeben werden können, so die Forscher. Sollte sich diese Annahme
bestätigen, hätten epigenetische Faktoren einen weit größeren Einfluss auf die
öffentliche Gesundheit als bislang vermutet. Möglicherweise könne sogar die
extreme Zunahme an Übergewichtigen und Diabetesfällen darauf zurückgeführt
werden, kommentiert der Epigenetiker Rob Waterland die Ergebnisse.
Die kleinen Unterschiede
Epigenetische
Faktoren verursachen Abweichungen zwischen genetisch identischen Zwillingen
Spanische Wissenschaftler
haben entdeckt, warum sich genetisch identische eineiige Zwillinge manchmal
recht stark voneinander unterscheiden: Obwohl sie identische Gene besitzen,
sind einige Abschnitte der Erbsubstanz bei einem Zwilling aktiv und beim
anderen inaktiv. Die Ursache dafür ist eine unterschiedliche Verteilung
bestimmter Schaltelemente, mit denen Gene an- oder abgeschaltet werden. Da
diese so genannten epigenetischen Unterschiede bei älteren Zwillingen fast
viermal so häufig auftreten wie bei sehr jungen Paaren, sind sie offenbar nicht
von Geburt an vorhanden, sondern entstehen erst im Lauf des Lebens. Über ihre
Studie mit 80 Zwillingspaaren im Alter
von 3 bis 74 Jahren berichten die
Forscher um Mario Fraga vom Nationalen Krebszentrum in Madrid.
Eineiige Zwillinge entstehen aus ein und derselben Eizelle und
haben daher exakt die gleiche genetische Ausstattung. Trotzdem entwickeln sich
die Geschwister nicht immer gleich. So kann beispielsweise ihre Anfälligkeit
für psychische oder physische Krankheiten ebenso variieren wie bestimmte
körperliche Merkmale. Wissenschaftler machen für diese Abweichungen
Umweltfaktoren wie die Ernährungsgewohnheiten und körperliche Aktivität
verantwortlich. Wie diese Faktoren genau auf das Erbgut einwirken, konnten sie
allerdings bislang nicht erklären.
Bereits seit längerer Zeit stehen jedoch epigenetische
Veränderungen im Verdacht, die Rolle des Mittlers zwischen Umwelt und Genen zu
spielen. Solche Modifikationen, zu denen an der Erbsubstanz angebrachte
Schaltergruppen und Veränderungen bestimmter Eiweiße im Zellkern gehören, regulieren
nämlich die Aktivität verschiedener Erbgutabschnitte und könnten daher auch das
äußere Erscheinungsbild eines Menschen beeinflussen. Um diese These zu testen,
analysierten die Forscher um Fraga das Erbgut der Zwillingspaare und
verglichen, wie viele Schalter sich an der DNA jedes Zwillings befanden und wie
stark die zentralen Eiweiße des Zellkerns verändert waren. Das Ergebnis: Bei
einem Drittel der getesteten Paare wichen Anzahl und Verteilung der
Schaltelemente sowie der Grad der Proteinveränderung zwischen den Geschwistern
deutlich voneinander ab.
Besonders ausgeprägt waren diese Unterschiede bei älteren
Zwillingen und bei Paaren, die eine längere Zeit nicht zusammengelebt hatten.
Ganz junge Paare waren dagegen epigenetisch nahezu identisch, schreiben die
Forscher. Sie vermuten, dass sowohl Umweltfaktoren als auch innere Einflüsse
die epigenetischen Profile prägen. Möglicherweise sammeln sich auch
geringfügige Veränderungen bei der Weitergabe der epigenetischen Prägung im
Lauf des Alterns an. In weiteren Studien wollen die Wissenschaftler nun den
genauen Mechanismus aufklären.
Mario Fraga (Nationales Krebszentrum, Madrid) et al.: PNAS,
Online-Vorabveröffentlichung, DOI:
Pflanzen vererben nicht
nur ihre Gensequenz
Nicht nur die Gensequenz,
sondern auch die Lage der Gene im Genom und ihre Verpackung im Zellkern
beeinflussen das Aussehen von Pflanzen. Trevor Stokes und Eric Richards von der
Washington University in
St. Louis stellten das bei Untersuchungen an genetisch identischen Arabidopsis
Pflanzen fest.
Die untersuchten Pflanzen wuchsen unter identischen
Umweltbedingungen, dennoch war eine der Pflanzen wesentlich kleiner und
verkümmert. Eines ihrer Gene, das zur Abwehr von Bakterien eingeschaltet wird,
ist in dieser Pflanze aktiver. Die Pflanze verteidigt sich daher ständig gegen
einen Bakterienangriff, der gar nicht stattfindet. Die Pflanzen verkümmern und
produzieren weniger Samen.
Da die Sequenz des Resistenzgens bei allen Pflanzen identisch
ist, folgern die Wissenschaftler, dass die erhöhte Aktivität des Gens durch
epigenetische Faktoren, wie beispielsweise die Lage des Gens im Genom oder
dessen Verpackung, verursacht wird. Stokes erklärt weiter: "Einige Teile
des Zellkerns gleichen einer Wüste, in der nicht viel passiert. Andere Bereiche
sind dagegen wesentlich aktiver." Gene, die in diesen "Wüsten"
liegen, werden vergleichsweise weniger aktiviert als Gene in den anderen
Bereichen.
In ihrer im Fachjournal Genes and Development erschienenen
Studie beschreiben sie, dass diese epigenetischen Veränderungen, ähnlich wie
auch die Gene, vererbt werden können. Der Phänotyp einer Pflanze, also die
Summe ihrer physikalischen Charakteristiken, wird also nicht nur von der
Sequenz des Genoms bestimmt.
Evidence, mechanisms and models
for the inheritance of acquired characters
Eva Jablonka†,
Michael Lachmann‡
and Marion J. Lamb§
§The Van Leer Jerusalem Institute, Albert Einstein
Square, Jerusalem
†The Cohn Institute for the History and Philosophy
of Science and Ideas, Tel-Aviv University, Tel-Aviv
‡Mathematics Department, Tel-Aviv University,
Tel-Aviv
Received 1 February
Several different types of epigenetic inheritance
system enable alternative functional states to be maintained in cell lineages
that have identical DNA sequences. Both random and guided (directed) epigenetic
variations can be transmitted by these systems, and lead to heritable
modifications in cell structure and function. Although it is usually assumed
that epigenetic inheritance does not occur between generations, both old and
new experimental evidence suggest, and in some cases show explicitly, that epigenetic
variations can be transmitted from parents to progeny. Simple models of
epigenetic inheritance in asexual and sexual organisms are presented. These
show that in populations of asexual unicellular organisms, the distinctive
properties of induced epigenetic variations mean that the variations may be
retained for many generations after the inducing stimulus is removed, even in
the absence of selection. The models also show that the epigenetic systems
enable some types of acquired character to be inherited in sexual, as well as
asexual, organisms. The importance of epigenetic inheritance systems in the
evolution of multicellularity is discussed.
FIGURE 2. The 'histone code' hypothesis.
From the following article:
The language of covalent histone
modifications
Brian D. Strahl and C. David Allis
Nature
doi:
Histone modifications occur at selected residues and some of the
patterns shown have been closely linked to a biological event (for example,
acetylation and transcription). Emerging evidence suggests that distinct H3
(red) and H4 (black) tail modifications act sequentially or in combination to
regulate unique biological outcomes. How this hierarchy of multiple modifications
extends (depicted as 'higher-order combinations') or how distinct combinatorial
sets are established or maintained in localized regions of the chromatin fibre
is not known. Relevant proteins or protein domains that are known to interact
or associate with distinct modifications are indicated. The CENP-A tail domain
(blue) might also be subjected to mitosis-related marks such as
phosphorylation; the yellow bracket depicts a motif in which serines and
threonines alternate with proline residues.
Tumor-
Epigenetik
Epigenetische
Analyse durch einen Oligonukleotid-Array. Das Bild zeigt einen Ausschnitt aus
einem Pilot-Array, der zur Etablierung von Bedingungen für die Kartierung
genomischer Methylierungsmuster verwendet wurde (in Zusammenarbeit mit der
Abteilung Hoheisel, DKFZ).
Abweichende DNA-Methylierungsmuster stellen eines
der frühesten und konsistentesten Merkmale von Krebszellen dar. Insofern
erlaubt der Nachweis und die Klassifizierung tumorspezifischer
DNA-Methylierungsmuster neue Möglichkeiten in der Krebsdiagnostik. In einem
ersten Schritt zur Analyse von DNA-Methylierungsmustern in Krebspatienten haben
wir eine sensitive Methode zur verläßlichen Quantifizierung des genomischen
Merthylierungsniveaus mittels Kapillarelektrophorese etabliert. Diese Methode
wird gegenwärtig für eine Vielzahl von Projekten genutzt. Darüberhinaus
etableiren wir derzeit einen epigenetischen Microarray. Dieser “Biochip“ wird es
uns erlauben, genomweite DNA-Methylierungsmuster umfassend zu charakterisieren
und wird somit die Daten zum Verständnis von tumorspezifischen Veränderungen in
den DNA-Methylierungsmustern liefern. Darüberhinaus setzen wir unsere Methoden
auch ein, um die durch demethylierende Chemotherapeutika induzierten
epigenetischen Veränderungen nachzuweisen.
Die Hypermethylierung von
Tumorsuppressorgenen und anderen Krebsgenen steht mit der Entartung von Zellen
in einer engen Verbindung. Die entsprtechenden Veränderungen in den
epigenetischen Modifikationsmustern sind deshalb auch als “Epimutationen“
bezeichnet worden. Im Unterschied zu den klassischen, genetischen Mutationen
sind Epimutationen prinzipiell umkehrbar. Diese Umkehrung kann durch eine
pharmakologische Inhibition von DNA-Methyltransferasen herbeigeführt werden.
Insofern eröffnen DNA-Methyltransferase-Inhibitoren neue Möglichkeiten in der
Krebsbekämpfung. Wir verwenden verschiedene Ansätze, um Verbindungen zu
identifizieren, die in der Lage sind, menschliche DNA-Methyltransferasen zu
inhibieren. Wir tetsten eine Reihe von Kandidaten in vitro und in
Zellkultursystemen, auf ihre pharmakologische Wirksamkeit. Eine Verbindung, RG
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Forscher im Gespräch #3 |
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Carlo Rovelli
Physiker und Professor an der Universität Méditerranée, Forscher am CNRS in
Marseille, er ist ausserdem Gastprofessor für Philosophie an der Universität
von Pitthsburg. Auf Carlo Rovelli gehen viele grundlegende Beiträge zur
theoretischen Physik, insbesondere zur Quantengravitation (Quantum Gravity /
Quantum Loop Gravity / QLG) zurück, als deren führender Vertreter er
gegenwärtig gilt.
Von
Bologna über Pittsburgh nach Marseille
Carlo Rovelli ist Professor für Theoretische Physik an der Université de la
Méditerranée in Marseille, Leiter des Zentrums für Quantengravitation und
Gastprofessor an der Universität Pittsburgh. In Marseille unterrichtet er
Diplomanden im Hauptstudium in Einsteins Relativitätstheorie. In seiner für ein
breiteres Publikum bestimmten Vorlesung „Ursprünge der Wissenschaft“ behandelt
er ebenfalls allgemeine Fragen der Wissenschaftsgeschichte.
Rovelli wurde
Über
Quantengravitation
Nach Auffassung von Marc Lachièze-Rey, dem Gast der vorigen Nummer von Forscher
im Gespräch, versucht die Quantengravitation (Rovellis Spezialgebiet) vor allem
deshalb über die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik
hinauszugehen, um den Gegensatz zwischen diesen beiden Theorien zu überwinden,
die die Physik heute beherrschen.
Die Quantenmechanik beschreibt kleine Objekte wie Moleküle, Atome usw. Sie hat
unsere Auffassung von der Materie verändert: Man stellt sich die Materie nicht
mehr als ein aus „klassischen“ Teilchen bestehendes Ganzes vor. Die Materie ist
etwas Komplizierteres geworden: Wellen und Teilchen zugleich.
Die allgemeine Relativitätstheorie handelt von Zeit und Raum. Einstein hat
entdeckt, dass der Raum gekrümmt ist. Der Raum, der in der Euklidischen
Geometrie immer als starre, dreidimensionale Struktur beschrieben wurde, ist
gekrümmt und in Bewegung.
Die beiden großen Theorien stehen, zumindest dem Schein nach, im Widerspruch
zueinander, denn jede der beiden wird formuliert, als existiere die andere
nicht. In der allgemeinen Relativitätstheorie wird der Granular- (Wellen-,
Teilchen-) Aspekt nicht berücksichtigt, den die Quantenmechanik hervorhebt, die
ihrerseits formuliert wurde, als wenn der Raum flach wäre.
Dies hält Rovelli für unzureichend: Man müsse einen begrifflichen Rahmen
finden, der den Widerspruch in den Schlussfolgerungen der beiden Theorien auflöst.
Das ist Gegenstand seiner Arbeit.
Da sich der Raum Einstein zufolge in Bewegung befindet und da der
Quantenmechanik zufolge alles, was sich bewegt, granular (körnig) ist, könne
angenommen werden, dass der Raum selbst eine granulare Struktur hat. Man
brauche also eine Theorie, die die Natur der „Körnchen“ erklärt, aus denen der
Raum besteht. Auf diesem theoretischen Ansatz beruht Rovellis
Schleifenquantengravitation (LQG: Loop Quantum Gravity). Der Physiker hat
Gleichungen aufgestellt, die beschreiben, wie sich diese Körnchen bewegen, wie
sie miteinander verbunden sind. Anhand dieses Basismaterials hat Rovelli sogar
den Raum-Zeit-Zusammenhang beschrieben.
Die Entwicklung der
Begriffe Raum und Zeit
Die Begriffe Raum und Zeit haben sich stets weiterentwickelt! Wir stellen uns
den Raum als Schachtel vor, in der sich die Dinge befinden, und wir glauben,
diese Vorstellung sei natürlich. In Wirklichkeit aber stammt sie von Newton.
Vor ihm, von den Alten Griechen bis zu Descartes, herrschte eine ganz andere
Auffassung vom Raum vor: Man glaubte, es gebe keinen von den Gegenständen
unabhängigen Raum. Aristoteles wie Descartes definierten den Raum als eine
Struktur, die die Gegenstände untereinander organisiert, als eine Beziehung
zwischen den die Wirklichkeit bildenden Gegenständen. Newton lehnte dieses
Konzept mit dem Argument ab, dass der Raum auch ohne die Gegenstände, die
Materie, existiere. Unsere Vorstellung unterliegt einem steten Wandel.
Was geschah im
Da Raum und Zeit in besonderem Maße Gegenstand philosophischer Betrachtung
sind, kann man sich fragen, welche Rolle die Wissenschaftsphilosophie bei der
Entwicklung der Grundbegriffe der Wissenschaften spielt. Carlo Rovelli hält die
Trennung zwischen den Disziplinen für zu stark und für schädlich. Lange Zeit
waren Wissenschaft und Philosophie eng benachbarte Gebiete, und trotz ihrer
unterschiedlichen Methoden gab es einen ununterbrochenen Austausch. Doch in den
Heute, rund
Die Philosophie ihrerseits beginnt sich wieder für die Grundlagenwissenschaften
zu interessieren. Die positivistische Illusion einer unfehlbaren und
allmächtigen Wissenschaft, die angeblich den Fortschritt bringt, ist zerstört.
Die Philosophen mussten einräumen, dass sich Newton geirrt hatte, dass seine
Beschreibung des Raumes nicht definitiv war. Dies veranlasste sie, sich
kritisch mit dem Wahrheitsbegriff und mit der wissenschaftlichen Praxis
auseinander zu setzen. Es entstand ein neuer Wissenschaftsbegriff, zu dem sich
Carlo Rovelli bekennt: Die Wissenschaft ist keine Summe absoluter Wahrheiten,
sondern der Prozess, bei dem versucht wird, die Welt im Lichte des gesamten
vorhandenen Wissens so wirkungsvoll wie möglich zu beschreiben. Merkmal der
Wissenschaft ist ihre Fähigkeit, ihre eigenen Schlussfolgerungen ständig in
Frage zu stellen. In diesem Sinne sind die wissenschaftlichen Wahrheiten immer
vorläufig, sie stehen für eine Weltauffassung, die selbst einer bestimmten Epoche
entspricht. Die Grundlage der Wissenschaft ist nicht die Gewissheit, sondern im
Gegenteil die Ungewissheit, das Bewusstsein darüber, dass man sich immer irrt,
in Unwissenheit lebt und bereit sein muss, von bestimmten Ideen Abschied zu
nehmen. Häufig hängt man Ideen an, die eigentlich verworfen werden müssten und
hemmt damit den wissenschaftlichen Fortschritt.
Carlo Rovelli erachtet diese wissenschaftsphilosophischen Überlegungen als
notwendig und sinnvoll für Wissenschaftler, die wie er, ihr Denkgebäude
erneuern müssen. Sehr nützlich war ihm dabei sein Dialog mit den
Wissenschaftsphilosophen von Pittsburgh. Um Fortschritte zu erzielen, braucht
die Wissenschaft die Philosophie, und die Philosophie ihrerseits muss die
Wissenschaft zur Kenntnis nehmen, wenn sie nicht von dem riesigen Wissen
abgeschnitten sein will, das unsere Zivilisation ausmacht.
Für Carlo Rovelli müssen erkenntnistheoretische Überlegungen die
wissenschaftliche Praxis begleiten und nicht bloß im Nachhinein die Arbeit
rekonstruieren, die zu den Entdeckungen führt. Jeder Wissenschaftler sollte
sich der methodologischen und erkenntnistheoretischen Voraussetzungen bewusst
sein, von denen er ausgeht. Rovelli hält einen großen Teil der gegenwärtigen
theoretischen Physik für falsch, da diese unter dem Einfluss einer sehr
verbreiteten Wissenschaftsphilosophie stehe, die besagt, dass jede Theorie, die
etwas Neues erfindet, von einer generellen Änderung der Vorstellung von der
Welt ausgeht. Dies sei ein Beispiel für schlechte Wissenschaftsphilosophie mit
negativen Auswirkungen auf die wissenschaftliche Forschung, denn sie lege
tendenziell Hypothesen zugrunde, die den derzeitigen Wissenstand nicht
berücksichtigen. Das Wissen schreite auf der Grundlage des bereits Bekannten
voran. Bei tieferem Ausloten der Quantenmechanik und der allgemeinen
Relativitätstheorie fände man eine Möglichkeit, beide Lehren zusammenzuführen.
Auch Kopernikus sei nicht eines Morgens aufgewacht und habe gesagt: „Die Erde
ist nicht der Mittelpunkt der Welt, sondern die Sonne“. Stattdessen habe ihn
das gründliche Studium der Lehre des Ptolemäus darauf gebracht, den Standpunkt
zu wechseln und so eine schlüssigere Erklärung zu finden.
Die Ideen fallen also nicht vom Himmel, und die Wissenschaftler brauchten eine
solide philosophische Bildung. Natürlich sei ein Wissenschaftler kein Philosoph
und umgekehrt, aber beide müssten von Berufs wegen miteinander sprechen.
Über den „Widerstand“
gegen Neues in der Wissenschaft
Den im Allgemeinen von Psychoanalyse und Psychologie angewandten Begriff des
„Widerstands“ von Individuum oder Gesellschaft gegen Neues wendet Rovelli auf
das Widerstreben gegenüber innovativen wissenschaftlichen Diskursen an.
Für Rovelli ist der wissenschaftliche Diskurs per se subversiv: In jedem
Zusammenschluss von Menschen findet man einerseits eine konservative Tendenz,
die der Bewahrung der vorhandenen Strukturen und der Chaosvermeidung dient, und
andererseits eine notwendige innovative Tendenz, ohne die wir heute noch die
Pharaonen verehren würden. Beide Tendenzen finden sich auch in der
Wissenschaft, die aber allein durch ihre Erneuerungskraft existiert. Die
Wissenschaft setzt sich kritisch und zweifelnd mit Glaubensvorstellungen
auseinander. Jedes Mal, wenn ein Wissenschaftler eine sehr von der herrschenden
Weltbeschreibung abweichende Variante durchsetzen will, stößt er auf einen
Widerstandsmechanismus, auf die Angst vor Neuem. Zunächst ist es schwer
vorstellbar, dass die Erde rund ist oder dass wir gemeinsame Vorfahren mit dem
Marienkäfer haben.
Der Widerstand kommt immer von denen, die Angst vor dem Neuen haben oder
meinen, sie seien im Besitz der – ohnehin bekannten - Wahrheit. Dieser uralte
Konflikt ist keineswegs beendet. Die Wissenschaft reibt sich weiterhin am
Konservatismus und dessen Machtposition, denn „Wissen ist Macht“, wie bereits
die Griechen erkannten: Wer also das Wissen in Frage stellt, stellt auch den in
Frage, der es besitzt. Daher rühren alle Schwierigkeiten der Wissenschaft mit
der Kirche, glaubt doch die Kirche, ein absolutes Wissen zu besitzen. Der
Gedanke eines absoluten Wissens steht jedoch im Widerspruch zur
wissenschaftlichen Wahrheitssuche als Erkenntnisprozess. In vielen Ländern
wurde der Konflikt zwischen Wissenschaft und Religion stark wiederbelebt, z.B.
in den USA, wo Darwins Evolutionstheorie in einigen Bundesstaaten nicht gelehrt
werden darf. Auch Frankreich ist nicht völlig von dieser anti-szientistischen
Welle verschont geblieben.
Rovelli hält diese Tendenz für gefährlich und unbegründet, denn sie schreibt
einer Wissenschaft die Schuld zu, die sich oft irrte und in der Tat anmaßend
war, die aber der Vergangenheit angehört und nicht mehr der gegenwärtigen
Praxis entspricht.
Die Wissenschaft wird oft vom Standpunkt des absoluten Relativismus
angegriffen, der von der Feststellung ausgeht, alle Theorien würden sich
verändern und seien in diesem Sinne falsch, daher könne sich jeder seine eigene
Wahrheit aussuchen, und alle Wahrheiten seien gleichwertig. Zu einer solchen
Auffassung steht das wissenschaftliche Denken in diametralem Gegensatz. Keine
Wahrheit ist absolut, alles kann zur Diskussion gestellt werden, aber gerade
nach einer solchen Diskussion gelangen vernünftige Menschen erfahrungsgemäß zu
einer Einigung. Nicht alle Schlussfolgerungen sind gleichwertig, und wenn die
Protagonisten des Dialogs wirklich Klarheit anstreben, dann finden sie diese
auch. Das ist die Stärke der Wissenschaft, was sich auch daran zeigt, dass alle
großen wissenschaftlichen Debatten letztendlich entschieden worden sind. In
diesem Sinne muss man an eine Welt glauben, in der Dialog wichtiger ist als
Machtbesitz.
Wissenschaft und
Fortschritt
Stellen sich die Wissenschaftler Fragen über den Sinn ihrer Tätigkeit? Ist das
überhaupt ihre Sache? Kann man weiterhin davon ausgehen, dass die Wissenschaft
Fortschritt bringt? Darauf antwortet Carlo Rovelli, am Anfang der
wissenschaftlichen Arbeit stünden keinerlei Nützlichkeitserwägungen, sondern
die Neugier und der Wunsch, etwas über die Welt zu erfahren. Die Wissenschaft
dürfe nie auf Wissenserwerb und Problemlösung beschränkt werden. Es gehe darum,
die Gemeinsamkeiten von Wissenschaft und Kunst, Einsteins und Schuberts Weg zur
Vollendung ihres Werkes herauszufinden, denn dem menschlichen Geist gehe es
immer darum, die Welt um ihn herum zu begreifen. Immer könne man dabei
Schönheit und Wissen entdecken. Der Unterricht müsse die Wissenschaft wieder in
diesen allgemeineren Zusammenhang der menschlichen Tätigkeiten, neben Kunst,
Politik usw. stellen. Damit werde man dem Sinn wissenschaftlicher Tätigkeit
besser eher gerecht.
Carlo Rovelli hält die naive Vorstellung, die Wissenschaft ermögliche der
Menschheit einen geradlinigen Fortschritt, für überholt. Trotz der
wissenschaftlichen Vorstöße herrschten weiter Barbarei, Armut und
Ungerechtigkeit. Dennoch habe die Wissenschaft eine ausschlaggebende Rolle für
das Leben des modernen Menschen gespielt und immerhin einige materielle
Verbesserungen verschafft. So sterbe man nicht mehr mit dreißig Jahren, und die
Menschheit bestehe nicht mehr überwiegend aus armen Bauern, die allen möglichen
Krankheiten ausgesetzt sind.
Der eigentliche Fortschritt, den die Wissenschaften gebracht hätten, sei aber
mehr in unserer Lernfähigkeit selbst als in unseren technischen Leistungen zu
suchen. Die Wissenschaft müsse uns ermöglichen, uns selbst zu verstehen, sie
müsse uns dazu anregen, aus unserer Geschichte zu lernen. Sie sei weder
allmächtig noch Ursache allen Übels, sondern vor allem die Tätigkeit, die uns
zu dem gemacht habe, was wir sind.
Wissenschaft und
Demokratie
Die Wissenschaft entstand in Griechenland, in einer Zivilisation, in der die
Menschen begannen, sich Fragen über die physische Welt zu stellen und rationale
Antworten zu suchen, Antworten, die auch wieder in Zweifel gezogen und durch
bessere Fragen ersetzt werden konnten. Dieser Diskussionsvorgang begann vor
Dieses weise Prinzip leitet auch heute die Wissenschaft: Die Wahrheit findet
sich nicht in Büchern, und die beste Entscheidung trifft nicht ein einzelner,
sondern sie entspringt der kollektiven Diskussion. Jeder muss sprechen dürfen,
alle Ideen müssen berücksichtigt und alle Argumente geprüft können.
Wissenschaft ist eng mit Toleranz und Achtung der Argumente, auch der
gegnerischen, verbunden. Doch diese Vorstellung von Wissenschaft, diese
Wertschätzung des Dialogs, können durchaus nicht allgemein vorausgesetzt
werden. Diesen Geist der Toleranz mahnt Carlo Rovelli für unsere Epoche an.
Hallo
Thomas,
diesen Text erhielt ich vor kurzem. Ich habe mich an Deine
Frage erinnert, vielleicht ist dies etwas befriedigerendes für Dich? Ich habe
keine private e-mail von Dir gefunden, so mußt du dich eben hier mit dem langen
Text beschäftigen.
Außerdem, mit Deiner Frage bist Du nicht allein. Ich habe
manchmal das Gefühl, wir haben nicht mehr so viel Zeit, individuell mit jedem
Einzelnen zu arbeiten. Die Entwicklung und Heilung MUß schneller gehen. Mich
hat der Text dazu sehr ermutigt.
Forschende, schnell heilende Grüße
Vibhuta
S HO`OPONOPONO von Joe Vitale
Vor zwei Jahren hörte ich von einem Hawaiianischen
Therapeuten, der eine ganze Station von kriminellen Geisteskranken heilte, ohne
jemals einen von ihnen gesehen zu haben. Der Psychologe studierte die
Krankenakte eines Insassen um danach in sich selbst herauszufinden, wie er die
Krankheit dieses Menschen erschaffen hatte.
In dem Maße, wie er an sich Fortschritte machte, ging es
den Patienten besser. Als ich die Geschichte erstmals hörte, dachte ich, es sei
eine moderne Legende. Wie konnte jemand jemand anderen dadurch heilen, dass er
sich selbst heilte? Wie könnte selbst der beste Selbstheilungs-Meister die
kriminellen Geisteskranken heilen? Das machte überhaupt keinen Sinn. Es war
unlogisch und so tat ich die Geschichte einfach ab.
Jedoch hörte ich sie ein Jahr später erneut. Ich hörte,
dass der Therapeut ho`oponopono angewandt hatte, einen Hawaiianischen
Heilungsprozess. Ich hatte zwar noch nie etwas davon gehört, doch es ging mir
nicht mehr aus dem Kopf. Wenn die Geschichte überhaupt wahr sein sollte, musste
ich mehr wissen.
Ich hatte unter „volle Verantwortung“ immer verstanden,
dass ich für das verantwortlich bin, was ich denke und tue. Jenseits davon,
entzieht es sich meinem Einflussbereich. Ich glaube, dass die meisten Menschen
volle Verantwortung in dieser Art verstehen. Wir sind für das verantwortlich,
was wir tun, nicht dafür, was irgend jemand anderes tut – aber das ist falsch.
Der Hawaiianische Therapeut, der jene geisteskranken Leute
geheilt hatte, sollte mir eine fortgeschrittene neue Sichtweise über volle
Verantwortung vermitteln. Sein Name ist Dr. Ihaleakala Hew Len. Wir haben bei
unserem ersten Telefonat vermutlich eine Stunde lang miteinander gesprochen.
Ich bat ihn, mir die gesamte Geschichte seiner
therapeutischen Arbeit zu erzählen. Er erklärte, dass er im Staatskrankenhaus
von Hawaii arbeitete.
„Diese Station, auf der sich die kriminellen
Geisteskranken befanden, war gefährlich. Psychologen verließen sie nach einem
Monat. Die Belegschaft meldete sich oft krank oder ging einfach. Die Leute
gingen aus Angst, von den Insassen angegriffen zu werden, mit dem Rücken zur
Wand durch die Station. Es war kein angenehmer Ort um zu leben, zu arbeiten
oder um ihn zu besuchen.“
Dr. Len sagte mir, dass er nie Patienten sah. Er stimmte
zu, ein Büro zu haben und die Krankenakten durchzusehen. Während er die
Krankenakten ansah, arbeitete er an sich selbst. Und in dem Maße, in dem er an
sich arbeitete begannen die Patienten zu heilen.
„Nach einigen Monaten wurde Patienten, die vorab gefesselt
werden mussten, gestattet sich frei zu bewegen“ sagte er mit. Andere, die stark
unter Medikamenteneinfluss gesetzt werden mussten, konnten diese absetzen. Und
jene, die nie eine Chance hatten, je entlassen zu werden, wurden befreit. Ich
war voll Ehrfurcht. Doch nicht nur das, er machte weiter und das Personal fing
an gerne zur Arbeit zu kommen.
Fehltage und Fluktuation verschwanden. Wir hatten
schließlich deutlich mehr Personal als wir benötigten, weil Patienten entlassen
werden konnten und alle Beschäftigten bei der Arbeit erschienen. Heute ist
diese Krankenhausabteilung geschlossen.
Und dies ist der Augenblick in dem ich die
Millionen-Dollar-Frage stellen musste: Was taten sie in sich selbst, das jene
Menschen veranlasste, sich zu verändern?
„Ich habe lediglich jenen Teil in mir geheilt, der sie
geschaffen hatte“, sagte er.
Ich verstand das nicht. Dr. Len erklärte mir, dass ‚volle
Verantwortung’ für dein Leben eben bedeutet, dass du für alles in deinem Leben
– einfach weil es in deinem Leben ist – verantwortlich bist. Buchstäblich die
ganze Welt ist deine Schöpfung.
Wow. Das ist hart zu schlucken. Verantwortlich zu sein für
das, was ich sage oder tue ist eine Sache. Verantwortlich zu sein für das, was
jedermann in meinem Leben sagt oder tut, ist schon etwas anderes. Doch, die
Wahrheit ist diese: wenn du volle Verantwortung für dein Leben übernimmst, dann
bist du für alles, was du siehst, hörst, schmeckst, spürst, berührst oder in
irgend einer Weise erfährst verantwortlich, weil es in deinem Leben ist.
Dies bedeutet, dass bei terroristische Aktivitäten, dem
Präsidenten, der Wirtschaft oder egal was du erfährst und nicht magst – du
zuständig bist, es zu heilen. Sie existieren gewissermaßen lediglich als
Projektionen aus deinem Inneren. Das Problem sind nicht sie, das Problem bist
du und um sie zu ändern musst du dich ändern.
Ich weiß, dies ist schwer zu fassen, allein schon es
anzunehmen, geschweige denn tatsächlich zu leben. Zu beschuldigen ist bei
weitem einfacher, als volle Verantwortung zu übernehmen. Doch während ich mit
Dr. Len sprach, begann ich zu begreifen, dass „heilen“ für ihn und in
ho’oponopono bedeutet, dich selbst zu lieben.
„Wenn du dein leben verbessern möchtest, musst du es
heilen. Wenn du jemanden kurieren möchtest, selbst einen kriminellen Geisteskranken,
so tust du es indem du dich selbst heilst.“
Ich fraget Dr. Len wie er vorging, wenn er sich selbst
heilte. Was genau tat er, wenn er die Patientenakten auschaute.?
„Ich wiederholte lediglich ohne Unterlass „es tut mir
leid“ und „ich liebe dich“, erklärte er.
„Ist das alles?“
„Das ist alles.“
Dich selbst zu lieben ist der beste Weg, selbst besser zu
werden. Und indem du dich veränderst, veränderst du die Welt.
Lasst mich euch schnell ein Beispiel dafür geben, wie dies
funktioniert: eines Tages schickte mir jemand eine Mail, die mich ärgerte. In
der Vergangenheit wäre ich damit in der Weise umgegangen, dass ich an meinen
emotionalen Alarmknöpfen gearbeitet, oder versucht hätte die Person, die die
Nachricht gesandt hatte, zu verstehen.
Dieses mal entschied ich mich, Dr. Lens Methode
auszuprobieren. Ich wiederholte leise „Es tut mir lei“ und „Ich liebe dich“,
ohne es jemand bestimmtem zu sagen. Ich rief lediglich den Geist der Liebe auf,
um in mir das zu heilen, was die äußeren Umstände geschaffen hatte.
Innerhalb einer Stunde erhielt ich eine Mail von derselben
Person. Er entschuldigte sich für die vorhergehende Nachricht. Bedenke, dass
ich keinerlei äußerliche Handlung unternommen hatte, um eine Entschuldigung zu
erhalten. Ich habe nicht einmal geantwortet. Dennoch heilte ich irgendwie in
mir das, was ihn erschaffen hatte, indem ich sagte „ich liebe dich“.
Später besuchte ich einen ho’oponppono Workshop, der von
Dr. Len geleitet wurde. Er ist jetzt
Er lobte ein Buch, das ich geschrieben hatte, „Der
Anziehungsfaktor“. Er sagte mir, dass in dem Maße, wie ich mich selbst
verändern würde, sich auch die Schwingung meines Buches erhöhen würde und die
Menschen dies beim lesen spüren würden. Kurz gesagt, mit meinem Fortschritt
würden auch meine Leser Fortschritte machen.
„Und was ist mit den Büchern die bereits verkauft und
draußen in Umlauf sind?“ fragte ich.
„Sie sind nicht draußen, erklärte er und überforderte
meinen Verstand erneut mit seiner mystischen Weisheit. Sie sind immer noch in
dir. Vereinfacht gesagt, es gibt kein draußen. Es würde ein ganzes Buch
brauchen, um dies in gebührender Tiefe zu erklären.
„Es reicht zu sagen, dass wann immer du etwas in deinem Leben
verbessern möchtest, es nur einen Ort gibt, wo du hinschauen brauchst: in dein
Inneres. Und wenn du schaust, tue es mit Liebe.“
Mehr dazu unter http://www.hooponopono.org
Joshua Lederberg
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Joshua Lederberg
Joshua Lederberg (* 23. Mai 1925 in Montclair, New Jersey,
USA) ist ein
US-amerikanischer Mikrobiologe und Genetiker.
Lederberg war von
Im gleichen Jahr führte er
den Begriff Plasmid
für die neben den Hauptchromsosomen vorliegende ringförmige DNA ein.
1958 erhielt er
zusammen mit George W. Beadle und Edward
L. Tatum Für seine Entdeckungen über genetische Neukombinationen und
Organisation des genetischen Materials bei Bakterien den Nobelpreis
für Physiologie oder Medizin.
Conrad Hal Waddington
aus Wikipedia, der freien
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Conrad Hal Waddington (* 8. November
1905 in Evesham; † 26.
September 1975
in Edinburgh)
war ein britischer Entwicklungsbiologe, Paläontologe, Genetiker, Embryologe und
Philosoph. Er lieferte grundlegende Arbeiten zum Systembiologie.
Inhaltsverzeichnis
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Leben [Bearbeiten]
Waddington studierte an
der Cambridge University, wo er lecturer in
Zoologie und Fellow des Christ's College wurde. Ab
Seine Tochter ist die
Mathematikerin Dusa McDuff,
Werke [Bearbeiten]
Artikel [Bearbeiten]
- The genetic control of
wing development in Drosophila. In: J. Genet. Band
- Evolution of developmental
systems. In: Nature. Band
- Canalisation of
development and the inheritance of acquired characters. In: Nature. Band
- Selection of the genetic
basis for an acquired character. In: Nature. Band
- Genetic assimilation of an
acquired character. In: Evolution.
Band 7,
- Genetic assimilation of
the bithorax phenotype. In: Evolution.
Band
- Canalisation of
development and genetic assimilation of acquired characters. In: Nature. Band
- Experiments on canalizing
selection. In: Genet. Res. Band 1,
- Genetic assimilation. In: Adv.
Genet. Band
Bücher [Bearbeiten]
- The Scientific Attitude. Pelican
Books,
- How animals develop. George Allen
& Unwin Ltd.,
- Organisers & genes'.
- Principles of Embryology. George Allen
& Unwin,
- Biological organisation
cellular and subcellular. proceedings of a Symposium. Pergamon Press, London
- The ethical animal. George Allen
& Unwin,
- The human evolutionary
system. In: Michael Banton (Ed.): Darwinism and the Study of Society.
Tavistock, London
- Principles of development
and differentiation. Macmillan
Company, New York
- New patterns in genetics
and development.
- Towards a Theoretical
Biology.
Human Epigenome Project—Up and Running
Citation: Bradbury J
(
Published: December
Copyright: ©
Abbreviations: HEP, Human
Epigenome Project; MHC, major histocompatibility complex
Jane Bradbury is a freelance
science news writer based in
Epigenomics is one of the many ‘omics’ that is being talked about in the
wake of the Human Genome Project. But what is an epigenome, and why have the
Wellcome Trust Sanger Institute (
What Is Epigenetics?
Most people have a fair idea of what is meant by genetics. They know
that characteristics such as eye colour are specified by the DNA sequence
within their genome. But not everything is that simple. For example,
genetically identical twins can be very different. ‘One might be normal, while
the other is autistic’, explains chromatin researcher David Allis (
The Human Genome Project … ‘provided the blueprint for life, but the
epigenome will tell us how this whole thing gets executed’.
That ‘something else’ is chemical modifications of genes that are
heritable from one cell generation to the next and that affect gene expression
but do not alter the DNA sequence. Epigenetic modifications can affect the DNA
itself or the proteins that package the DNA into chromatin. Developmental
geneticist Wolf Reik (The Babraham Institute,
The study of these modifications—what they are, how they are laid down,
and the processes that they control—is the field of research known as
epigenetics. An epigenome is the description of these modifications across the
whole genome, but unlike the genome DNA sequence, each organism has multiple epigenomes—for
example, in different cell types—that may change during its lifetime in
response to environmental cues.
DNA Methylation
Methylated DNA was the first epigenetic mark to be discovered. That this
epigenetic modification is important is suggested by the waves of demethylation
and de novo (new) methylation that occur at specific stages during the
development of an animal from a fertilised egg. Soon after fertilisation, there
is a massive active loss of methylation from the paternal genome, explains Reik.
At the same time, the maternal genome loses some methyl groups through passive
demethylation. ‘We think this process erases all the epigenetic memory in the
gametes [sperm and egg cells] except for some special imprinted genes whose
expression depends on whether they are of maternal or parental origin’, says
Reik. Later in development, widespread de novo DNA methylation occurs in a
process known as reprogramming. De novo methylation rarely occurs after an
early developmental event known as gastrulation, except in cancer cells where
special unmethylated regions of the genome, known as CpG islands, often become
methylated.
‘People generally agree that DNA methylation is important for imprinting
and reprogramming’, says Reik, ‘but not everyone agrees that it plays a role in
DNA activation and inactivation during development’, a role first proposed more
than
The HEP Pilot
Even given the doubts about the exact role of DNA methylation, Bird,
Allis, and Reik believe that mapping methylation patterns across the human
genome, which is what the HEP plans to do, is a worthwhile albeit enormous
undertaking. ‘Knowing the methylation sequence’, says Bird, ‘will be an
essential backdrop to future research on DNA methylation and its biological
effects’. Allis agrees that DNA methylation is an important part of epigenetic
marking, but ‘although mapping DNA methylation patterns is the logical and good
place to start, by its lonesome it won't explain the whole epigenetic
phenomenon’.
Beck and Olek began thinking about mapping the human epigenome more than
five years ago. Even as long ago as
Figure 1. Spot the
Difference: Same Genes but a Different Kink in the Tail
(Photograph courtesy of Emma Whitelaw,
In October
The methylation status of more than
Figure 2. Example of HEP
Methylation Data for the BAT8 Gene, an MHC-Linked
Histone Methyltransferase
In this case, two regions marked in red were analysed in
On to the Full HEP: A Public/Private Initiative
That endeavour—the mapping of DNA methylation sites in all
The Wellcome Trust and Epigenomics AG are jointly funding phase I of the
HEP, thus avoiding a rerun of the situation that occurred in the Human Genome
Project, in which a commercial company and a public effort ended up competing
with each other. An agreement has been drawn up that ensures that both partners
benefit from the collaboration, and all the data generated will be publicly
available through the Internet in accordance with the consortium's data release
policy (www.epigenome.org
and www.sanger.ac.uk/epigenome).
The mapping of DNA methylation sites in all
Histone Modifications and Epigenetic Landscaping
DNA methylation is not the only epigenetic mark. There are also a
staggering number of acetylation and methylation marks on the histones—the
proteins that bind DNA to form chromatin. Histone modifications alter the
chromatin structure and thus regulate gene expression, says Allis, ‘and somehow
the cell exploits each and every one of these in a meaningful way’. Recently, a
link between DNA methylation and histone methylation was uncovered, a finding
that Reik says has ‘galvanised the field’. In Neurospora and Arabidopsis,
he explains, there is now good evidence that histone modification puts down
some sort of mark that is read by a series of binding proteins, including the
enzymes that methylate DNA. How the positional specificity of the first mark is
determined remained a mystery until the end of
To answer this and other epigenetic puzzles, scientists are organising
themselves into collaborative networks to maximise progress. In Europe, for
example, Thomas Jenuwein (Research Institute of Molecular Pathology, 
Just an Academic Exercise?
Epigenetics is a fascinating phenomenon, but why are funding bodies keen
to fund expensive collaborative enterprises like the HEP and the Epigenome
Network? One hope is that an understanding of how cells execute their genomes
normally will provide important clues about what goes wrong in diseases such as
cancer, in which, says Bird, ‘methylation has gone a bit wonky in various
respects. In particular, CpG islands, regions of the genome that are normally
nonmethylated, get methylated, and in some cases this seems to shut off tumour
suppressor expression’. Loss of tumour suppressor function can remove the
controls that normally restrict cell division, leading to the unrestrained cell
growth that is characteristic of cancer. There are also alterations in histone
acetylation patterns in cancer, and cataloguing these epigenetic changes in
different tumours may provide a way to tag cancers to help clinicians to choose
the best therapeutic regimen for individual patients. Epigenetic changes may
also provide scope for new therapeutic approaches, says Allis. If a gene is
inappropriately switched off during cancer development, he explains, maybe if
we could de-silence it, we could reverse tumour development’. Bird agrees that
reversing epigenetic marks in this way is an experiment that has to be done.
But, he asks, is epigenetics the Achilles heel of cancer, or are there too many
genetic changes that are hard-wired to be able to reverse it simply by
interfering with epigenetics?’
Recently, a link between DNA methylation and histone methylation was
uncovered, a finding that [Wolf] Reik says has ‘galvanised the field’.
A better understanding of epigenetics might also improve the efficiency
of cloning animals from somatic cells (reproductive cloning). It is very hard
to clone animals from somatic cells and, says Bird, ‘the more you look at the
surviving cloned animals in molecular terms, the odder they look’. Reik
suggests that this could indicate that epigenetic reprogramming—the process
needed to turn a somatic cell back into a totipotent cell—is very inefficient.
‘We have some evidence that there is a link between the success of epigenetic
reprogramming and that of cloning, and we really have to understand the
reprogramming process to get reproductive cloning to work', says Reik. ‘At the
moment the whole process is a black box’. Because of this, many scientists
argue that human reproductive cloning, leaving aside the ethical concerns about
it, simply isn't a safe option at present, a concern reflected in the recent
call by
Epigenetics then, both at the level of unravelling mechanisms and
mapping epigenomes and at the applied level, is an exciting area of research. A
far cry from the situation
Where to Find Out More
The Human Epigenome Project
Information on the project, publications, and up-to-date data releases
are posted at http://www.epigenome.org.
DNA Methylation
The DNA Methylation Society homepage provides more details on DNA
methylation at http://dnamethsoc.server101.com.
Box
1
Geneticist Emma Whitelaw (
Recent Reviews on
Epigenetics
1.
Fischle W, Wang Y, Allis CD (
2.
Jaenisch R, Bird A (
3.
Reik W, Santos F, Dean W (
4.
In addition, there is a collection of articles on many
aspects of epigenetics in Ann N Y Acad Sci
All journal content, except where otherwise noted
Prof. Dr. Frank Lyko
Unter Epigenetik versteht
man die Steuerung von Genaktivität durch chemische Veränderungen an der
Erbsubstanz DNA, etwa durch Ankoppeln von Methylgruppen (Methylierung). Diese
Aufgabe erledigen spezialisierte Enzyme, die Methyltransferasen. Bei vielen
Krebsarten weist die Erbsubstanz in den betroffenen Zellen nicht nur
Veränderungen in den Genen selbst auf (Mutationen), sondern auch abweichende
Methylierungsmuster (Epimutationen). Wir arbeiten an einem Verfahren zur
Krebsdiagnostik, mit dem sich Epimutationen in Tumorgeweben nachweisen und
klassifizieren lassen. Um die molekularen Mechanismen der epigenetischen
Genregulation und ihre Rolle bei Krebserkrankungen aufzuklären, benutzen wir
die Taufliege Drosophila, deren sehr überschaubares DNA-Methylierungssystem ein
ideales Modellsystem darstellt. Außerdem untersuchen wir, wie sich Substanzen,
die Methyltransferase-Enzyme hemmen, zur Tumorbehandlung einsetzen lassen
Kontakt
Deutsches
Krebsforschungszentrum
Abteilung Epigenetik
Prof. Dr. Frank Lyko
Im Neuenheimer Feld
Tel:
Kontaktformular
Epigenetik
Alternative Steuerung der Vielfalt
Wie kann es sein, daß eineiige Zwillinge, von denen ja angenommen wird, daß sie ein identisches Erbgut besitzen, oftmals so unterschiedlich aussehen oder Kinder "nach ihrem Vater oder ihrer Mutter kommen"? Mit diesen Fragen beschäftigt sich ein noch junger Forschungszweig, die Epigenetik.
So, wie es einen mehr oder weniger feststehenden genetischen Kode, nämlich die Aufeinanderfolge der vier verschiedenen Nukleotid-Bausteine, gibt, so existieren darüberhinaus weitere "epigenetische" dynamische Kodes, die die Ablesung der genetischen Information der Nukleinsäuren dauerhaft beeinflussen und z.B. darüber entscheiden, welche ererbten Eigenschaften vom Vater und welche von der Mutter realisiert werden.
Während unseres individuellen Lebens ermöglichen es diese epigenetischen Veränderungen den Zellen, auf Umweltveränderungen und Einflüsse zu reagieren, ohne daß die DNS selber geändert werden muß. Allerdings ist diese Anpassung nicht immer von Vorteil für den Körper: Viele Krebsarten entstehen beispielsweise dadurch, daß die Gene für wichtige Reparaturenzyme oder Schutzmechanismen epigenetisch ausgeschaltet werden. Epigenetische Ursachen werden auch für die immensen Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Stammzelltherapie und dem Klonen verantwortlich gemacht.
Wegen ihrer Bedeutung für die individuelle und dynamische molekulare Vielfalt sollen im folgenden drei wichtige epigenetische Faktoren erwähnt werden: (1) die epigenetische Prägung (imprinting), (2) die sog. RNS-Interferenz sowie (3) bestimmte Kerneiweiße (Histone). Die Erforschung dieser Faktoren gehört zu den heißen Themen der aktuellen biowissenschaftlichen Forschung. Sie bilden eine wichtige Grundlage für das Verständnis individueller genetischer Regulationsmechanismen. Gleichzeitig wird damit die Hoffnung verbunden, Zugang zu den Ursachen vieler Krankheiten und deren pharmakologischer Beeinflussung zu erhalten.
Epigenetische Prägung (genomic oder epigenetic imprinting) . Einen weniger dynamischen aber dafür nachhaltigen Einfluß auf die Ablesung bestimmter Gene hat die sogenannte epigenetische Prägung. Man versteht darunter, daß sich Chromosomen mütterlicher und väterlicher Herkunft, die ja in den Chromosomen in paariger Koexistenz leben, gegenseitig beeinflussen und damit funktionell ungleich sind. So ist das Imprinting eine elternspezifische Regulationsform der Genexpression. Andererseits haben Forscher herausgefunden, daß nur die normale Mischung der Genome von Vater und Mutter eine normale Entwicklung gewährleisten, folglich diese Prägung voraussetzen.
Das bekannteste Beispiel findet sich in den Körperzellen der Frau. Nach der Befruchtung der Eizelle und den ersten Teilungen in der Embryonalphase "entscheiden" sich die Zellen eines weiblichen Embryos (besitzt zwei X-Chromosomen, Genotyp XX), eines der beiden X-Chromosomen stillzulegen. Das Chromosom wird zu einem Paket verschnürt und mit einer Schicht von Molekülen überzogen, die den Zugriff bei der Ablesung des genetischen Kodes behindern. Das Besondere: Bei allen weiteren Tochterzellen bleibt diese Kopie des X-Chromosoms "abgeschaltet" – so, als wäre sie nicht vorhanden.
Das Phänomen der epigenetischen Prägung ist aber nicht auf die Geschlechtschromosomen beschränkt. So können die Zellen eines Kindes unterscheiden, welches der beiden Exemplare dieser Gene sie vom Vater und welches sie von der Mutter geerbt haben. Die Zellen nehmen nur eines der beiden in Betrieb, das andere, durch einen Elternteil "geprägte" Gen, bleibt ungenutzt. Dieser Vorgang entscheidet offensichtlich auch über die Ausprägung eines Krankheitsgens (vgl. Abschnitt "Erbkrankheiten" ).
Die Beeinflussung der Gene bei der epigenetischen Prägung erfolgt
wahrscheinlich durch enzymatische Methylierung , also
durch das Anhängen von winzigen Methylgruppen an einige Cytosinbausteine der
DNS. Dies betrifft meist nur eine begrenzte Anzahl von Genen. Die Prägung hält
nur eine Generation und wird bei der Bildung neuer Keimzellen gelöscht, also
nicht auf die Nachkommen vererbt(!). Mehr als
Die individuelle epigenetische Prägung beeinflußt Entwicklung, Wachstum und Verhalten eines Lebewesens. Prägungsfehler können zu einem vollständigen Funktionsverlust geprägter Gene und dadurch zu charakteristischen Krankheitsbildern führen. Diese epigenetischen Veränderungen steuern die Krebsentstehung, verursachen Probleme in der Stammzelltherapie sowie beim Klonen und beeinflussen, wie erwähnt, welche Eigenschaften vom Vater und welche von der Mutter zur Ausprägung kommen.
Im Anschluß an dieses aufregende Thema sollen noch zwei weitere epigenetische Regulationsmechanismen Berücksichtigung finden, die einen modifizierenden Einfluß auf die Transkription ausüben: die sogenannte RNS-Interferenz und der Einfluss von Histonen.
RNS-Interferenz. Kürzlich ist es nach umfangreichen
Vorexperimenten an Fruchtfliegen, Würmern, Pilzen und Pflanzen gelungen,
spezifisch einzelne Gene in Humanzellen funktionell abzuschalten, ohne
manipulative Eingriffe an der DNS vorzunehmen. Die Methode greift nicht auf der
Ebene der DNS in das Erbgut ein, wie bei den herkömmlichen
Knock-out-Experimenten, bei denen man ausgewählte Gene zerstört und dann
schaut, welche Funktionen ausgeschaltet wurden. Sie beruht vielmehr auf einem
Eingriff auf der Ebene der ersten Stufe der Übersetzung der Erbinformation in
Eiweiße , nämlich auf der Ebene der Synthese der Boten-RNS (mRNS). Für die
Aufklärung des Mechanismus' der RNS-Interferenz erhielten die beiden
US-Wissenschaftler Andrew Z. Fire und Craig C. Mello den Nobelpreis für Medizin
Führt man künstlich synthetisierte kurze doppelsträngige RNS-Moleküle
(dsRNS) mit einer Kettenlänge von
Sie ahnen schon, welch praktische Bedeutung diese Entdeckung haben könnte.
In der Tat ist es heute einfach, solch kurze RNS-Moleküle mit bekannter
Basensequenz zu synthetisieren. Der Entdecker des Phänomens der
RNS-Interferenz, Thomas Tuschl, hat folgende
Vision für die funktionelle Genomanalyse: "Um die Funktionen der
Bei dem beschriebenben Verfahren handelt es sich nicht nur um einen sehr nützlichen Labortrick. Es wird vermutet, daß dieser Prozeß auch in der Natur vorkommt. Untersuchungen an der uns bereits bekannten Taufliege Drosophila haben gezeigt, daß offensichtlich auch unter natürlichen Bedingungen solche kurzkettigen Doppelstrang-RNS-Moleküle entstehen können. Das Prinzip dieses Verfahrens ist ein uralter Mechanismus, der im Leben vieler "niederer" Organismen eine wichtige Rolle spielt. Durch ihn schützen sich zum Beispiel manche Pflanzen vor RNS-Viren.
Histone. Kommen wir zum Abschluß des Themas zu den Histonen. Es handelt sich dabei um anfärbbare basische Zellkernproteine, deren Struktur die Organisation des langen DNS-Fadens bewirken. Im Lichtmikroskop ist der im Zellkern normalerweise eng gepackte DNS-Faden nicht im Detail zu erkennen. Erst zum Zeitpunkt der Zellteilung erscheint er uns, wie bereits erwähnt, in der organisierten Form der Chromosomen. Die Histone bestehen aus kleinen Untereinheiten (Nukleosomen) zu je acht Proteinmolekülen, um die jeweils zwei Windungen der DNS-Helix geschlungen sind. Ort und Art der chemischen Modifikation ( Methylierung, Acetylierung usw.) der Nukleosomen bestimmt die Dichte der Packung des DNS-Knäuels und diese wiederum die Ablesbarkeit des genetischen Kodes. Auf diese Weise wird das Arsenal regulativer Einflußnahme auf den genetischen "Basiskode" enorm erhöht und die Vielfalt der molekularen Expressionsmuster erweitert.
Fazit: Die Epigenetik befaßt sich mit Strukturen, die das Verhalten der genetischen Basisstrukturen der DNS nachhaltig prägen (genetic imprinting). So versteht man z.B. unter der epigenetischen Prägung die gegenseitige Beeinflussung der Chromosomen eines Chromosomenpaares, wobei bestimmte Gene eines Chromosoms durch das andere (homologe) Chromosom ausgeschaltet werden. Diese Prägung scheint eine notwendige Voraussetzung für eine normale Embryonalentwicklung und die Entscheidung darüber zu sein, welche Eigenschaften von Vater bzw. Mutter zur Ausprägung kommen. Andererseits können Fehlprägungen zu Fehlbildungen, Krebs oder Tod führen. Die Prägung wird bei der Entstehung der Keimzellen wieder gelöscht und nicht auf die Nachkommen übertragen.
Epigenetik: Vererbung ist mehr als die Summe der Gene
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Meldung
04.04.2005
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Der vdbiol, Landesverband Bayern, lädt zur Tagung ins neue Biozentrum der LMU
MÜnchen nach Martinsried (
Epigenetik bezeichnet alle Vorgänge, die sich "epi" -- d.h.
neben oder über der DNA abspielen. Diese epigenetischen Markierungen (z.B.
Methylierung der DNA) steuern u. a. welche Eigenschaften vom Vater und welche
von der Mutter vererbt werden. Fehler in der Markierung (etwa durch
Umwelteinflüsse) können zu schwerwiegenden Folgen führen wie Krebsentstehung.
Auch in der Stammzellforschung macht die Epigenetik große "Probleme"
bei der Reprogrammierung von pluripotenten Ausgangszellen zurück zu
totipotenten Zellen.
Um die Gesamtheit aller epigenetischen Veränderungen in einem Organismus zu
beschreiben, sprechen Wissenschaftler bereits vom "epigenetischen
Code", ein Code der gemeinsam mit dem allgemeinen genetischen Code erst
das Verständnis des Erbgutes ermöglichen wird. Die Entschlüsselung des
epigenetischen Codes ist daher eine der großen Herausforderungen für die
Wissenschaft.
Prof. Dr. Leonhardt und Prof. Dr. Cremer von der LMU München vermitteln in
dieser Veranstaltung Grundlagen und Anwendungen der Epigenetik.
Programm:
In Kurzform zum Merken:
Frühjahrsforum des LV Bayern
"Epigenetik: Vererbung ist mehr als die Summe der Gene"
Ohne Anmeldung und Gebühr
Stammzellen
- Epigenetik/ Info: Büro Hüppe
Berliner Zeitung
Schussfahrt der Stammzellen
Die Epigenetiker halten den Schlüssel zur besseren Stammzell- und
Klonforschung in Händen
Sascha Karberg
Skifahren und Embryonalentwicklung haben mehr gemeinsam, als man denkt.
Diesen Eindruck vermittelt ein
Entwicklungsbiologen Conrad H. Waddington. An dessen Bedeutung für die
aktuelle Forschung wurde am Wochenende im Rahmen einer gemeinsamen
Tagung von Stammzell-, Klonforschern und einer neuen
Molekularbiologen-Gattung, den Epigenetikern, im Berliner Harnack-Haus
der Max-Planck-Gesellschaft erinnert.
Ebenso wie Wintersportler sich auf verschiedene Pisten verteilen, um
ins
Tal zu fahren, entscheiden sich auch die frühen Embryonalzellen für
bestimmte Entwicklungswege. An der Bergstation stehen noch alle Wege
offen. Aber mit jedem zurückgelegten Höhenmeter nehmen die Möglichkeiten
ab. Nach der Ankunft im Tal, wo kein Schnee mehr liegt, ist die
Differenzierungsfahrt in Haut-, Leber- oder Hirnzelle zu Ende.
"In der Stammzellforschung versucht man, aus einem Zelltyp einen
anderen
herzustellen, indem man die Zelle gewissermaßen umprogrammiert", sagte
Wolf Reik. Der Entwicklungsbiologe am Babraham Institut im britischen
Cambridge benutzte das Waddington-Modell auf der Tagung, um zu
verdeutlichen, dass es große Barrieren gibt, die eine solche
Umprogrammierung verhindern. "Es ist schwer, von dem einen
Waddingtonschen Tal ins nächste zu kommen", sagte Reik. "Die Berge
zwischen den Tälern stellen die Hürden dar, die man nehmen muss, um eine
Leberzelle in eine Hirnzelle zu verwandeln."
Die Besonderheit einer Zelle wird durch die Gene festgelegt. In jeder
Zelle sind jedoch die gleichen Gene enthalten - insgesamt sind es
schätzungsweise dreißigtausend. Da sich an den Genen selbst nichts
ändert, muss die Unterschiedlichkeit der Zellen epi-genetischer Natur
sein (griechisch epi neben). Das heißt, neben dem genetischen Code gibt
es Markierungen, die dafür sorgen, dass in einem Gewebe auch die
richtigen, gewebetypischen Gene aktiv sind.
"Zellen sammeln auf dem Weg in Waddingtons Täler immer mehr
epigenetische Markierungen", sagte Reik. Deshalb bezeichnete Waddington
sein Modell als epigenetische Landschaft.
Eine der wichtigsten epigenetischen Prägungen beim Menschen ist die
chemische Veränderung der Base Cytosin. Dabei handelt es sich um einen
der vier Grundbausteine des DNA-Fadens. Cytosin kann mit einer
Methylgruppe versehen werden. Methylierte Gene können (in der Regel)
nicht mehr eingeschaltet werden, denn die Methylgruppen wirken für die
Genaktivierungsmaschinerie der Zelle wie unüberwindliche Hindernisse.
Während der Entwicklung der Zellen sind die Methylierungen wie
Pistenbegrenzungen für Skifahrer: Sie weisen den Zellen den Weg. Die
Methylmarkierungen sind wichtig dafür, welche Gene aktiv und welche
inaktiv sind. So ist jeder Zelltyp und jedes Entwicklungsstadium der
Zellen an seinem unverwechselbaren Methylierungsmuster zu erkennen.
Dennoch gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, den Weg der Zellen
durch
Waddingtons epigenetische Landschaft gezielt zu verändern. Die
Stammzellforscher versuchen es zum Beispiel mit folgender Strategie: Sie
versuchen die Zellen noch während der Fahrt abzufangen - dann also, wenn
sich die Zellen noch für mehrere Pisten entscheiden können. Zellen in
dieser Phase heißen adulte Stammzellen. Sie kommen selten im
menschlichen Körper vor. Am häufigsten finden sie sich im Knochenmark,
wo sie für die Regeneration der Blutzellen sorgen, und in der Haut.
Um an mehr Zellen vom gewünschten Typ zu kommen, versuchen Forscher
deshalb, die Zellen aus den Tälern den Hang hinaufzutreiben. Der
Fachbegriff dafür ist "Reprogrammierung". Bei adulten Stammzellen
kann
man das epigenetische Programm inzwischen verändern, indem man die
Zellen in einem Cocktail aus Wachstumsfaktoren badet. Aber das
funktioniert eher nach dem Prinzip Versuch und Irrtum: Man weiß vorher
nicht genau, welcher Zelltyp am Ende herauskommt.
"Um mehr Klarheit zu gewinnen, haben wir Stammzellforscher und
Epigenetiker auf dieser Tagung zusammengebracht", sagte Jörn Walter von
der Universität des Saarlandes. Er leitet mit Bernhard Horsthemke,
Humangenetiker an der Universität Essen, das erste Schwerpunktprogramm
der Deutschen Forschungsgemeinschaft zum Thema Epigenetik. Ein Ziel
dabei ist, dass epigenetische Muster bald gezielter verändert werden
können. Um im Skisport-Bild zu bleiben: Damit die Forscher ihr Ziel
erreichen, sollen nun Tunnel durch die Berge gebohrt werden. Sie sollen
die Umwandlung eines Zelltyps in einen anderen ermöglichen. Fachleute
sprechen dabei von "Transdifferenzierung".
Aber auch Klonforscher interessieren sich für Epigenetik, denn in ihr
könnte der Schlüssel zum Verständnis liegen, warum so viele
Klonexperimente misslingen. Beim Klonen wird der Zellkern einer
Körperzelle, die längst im Tal angekommen ist, in eine zellkernfreie
Eizelle eingesetzt. Bildlich gesprochen, setzt man den erschöpften
Skifahrer, der schon eine lange Abfahrt hinter sich hat, trotzdem wieder
mit dem Hubschrauber auf dem Gipfel ab. Alle notwendigen Gene für eine
normale Entwicklung sind in der "abgesetzten" Zelle vorhanden, aber
dennoch enden viele der Klonembryonen in den Gletscherspalten der
Waddingtonschen Berglandschaft.
"Die überwiegende Mehrheit geklonter Mausembryonen hat
schwerwiegende
Defekte im epigenetischen Muster, nur bei etwa fünf Prozent ähneln die
Methylierungsmuster denen von normalen Embryonen", sagte Reik, der in
Cambridge selbst geklonte Mausembryonen untersucht. Der Klonforscher
Eckhard Wolf, der das erste deutsche Klonkalb "Uschi" schuf, machte
diese Beobachtung auch bei seinen Klonversuchen an Kühen. "Alle
Klontiere sind gleich, aber einige sind gleicher als andere", fasste er
seine Ergebnisse zusammen. "Ein großer Fortschritt für die Klontechnik
wäre es, wenn es gelänge, anhand der epigenetischen Muster die
entwicklungsfähigen Klone von denen zu trennen, bei denen eine
Implantation in die Gebärmutter sich gar nicht lohnen würde", sagte
Reik. Normalerweise findet kurz nach der Befruchtung der Eizelle eine
Neuprogrammierung der Methylierungsmuster der mütterlichen und
väterlichen DNA statt. Die genaue Untersuchung dieses Vorgangs, "sollte
Eingriffsmöglichkeiten eröffnen, entweder in die Zellen, die für das
Klonen verwendet werden, oder in die frühe Embryonalentwicklung der
Klone", sagte Reik.
Auch Krankheiten spiegeln sich in einem veränderten Methylierungsmuster
wider. Inzwischen wissen Epigenetiker zum Beispiel, dass fehlende oder
falsch gesetzte Methylgruppen die Aktivierung von Krebsgenen verursachen
können. Die Berliner Biotech-Firma Epigenomics will das nutzen, um
bessere Früherkennungstests für Krebs zu entwickeln. Diese sollen die
Methylierungsmuster auf der DNA von Gesunden und Kranken unterscheiden
können. Erste Erfolge gibt es bei der Früherkennung von Prostata-,
Nieren- und Blutkrebs. "In sechs Jahren wollen wir einen epigenetischen
Nachweis für Prostatakrebs auf den Markt bringen", sagte Alexander Olek,
Geschäftsführer der Firma.
Die Epigenetik wird künftig womöglich auch die Diagnose von umwelt-
oder
ernährungsbedingten Erkrankungen wie Diabetes erleichtern. Und auch bei
der Behandlung von Krankheiten dürfte die Epigenetik demnächst von
Nutzen sein: "In vielen Labors versuchen Forscher, epigenetische
Informationen in Therapien umzusetzen", berichtete Jörn Walter. Die
kanadische Firma Methylgene beispielsweise hemmt die Methylierung, um
Einfluss auf das Wachstum von Krebszellen zu nehmen.
Auf ein beunruhigendes Phänomen ist Bernhard Horsthemke bei der
Untersuchung von Kindern mit dem so genannten Angelman-Syndrom gestoßen.
Diese geistig und körperlich schwer behinderten Mädchen und Jungen
weisen von Geburt an schwere epigenetische Störungen bestimmter Gene
auf. Dies trifft auch auf Kinder zu, die am Beckwith-Wiedemann-Syndrom
leiden, einer Störung, die unter anderem zu Organmissbildungen führt.
Horsthemke und Kollegen aus den USA entdeckten jetzt, dass auffällig
viele Kinder mit diesen Syndromen im Reagenzglas gezeugt wurden und zwar
mit einer speziellen Technik, bei der das Spermium direkt in die Eizelle
gespritzt wird: die intrazytoplasmatische Spermieninjektion, kurz ICSI.
"Wir können noch nicht sagen, ob ICSI tatsächlich diese
epigenetischen
Fehler auslöst", sagte Horsthemke, der drei Angelman-Kinder betreut, die
per ICSI gezeugt wurden. "Unsere Statistik ist zugegebenermaßen noch
nicht sehr gut", gestand der Essener Forscher ein. Aber die
Datengrundlage der amerikanischen Untersuchungen zum
Beckwith-Wiedemann-Syndrom sei sehr viel besser und werde durch neue
Ergebnisse einer kanadischen und einer britischen Gruppe bestätigt. Nach
Ansicht von Horsthemke gibt es "etliche Hinweise, dass das Risiko für
epigenetische Fehler durch ICSI erhöht wird". Seit einer Weile müssen
die Krankenkassen die Kosten für ICSI übernehmen. Sie hatten einen
Prozess verloren, bei dem sie wissenschaftliche Bedenken äußerten.
Horsthemke fordert nun längerfristige Nachuntersuchungen von
ICSI-gezeugten Kindern.