Wie Gene am Beginn eines Lebens neu programmiert werden

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Universität des Saarlandes Fakultät 8/Naturwissenschaftl. Technische Fakultät III

Epigenetische Dekodierung des väterlichen Chromosoms – enzymatischer Prozess entschlüsselt

Kurz nach ihrer Befruchtung beginnt die Eizelle, die in Chromosomen geordneten Strukturen des väterlichen Erbmaterials erst zu „entpacken“ und dann epigenetisch zu dekodieren. Das mütterliche Erbmaterial bleibt dagegen weitgehend geschützt. Diese mütterliche „Dominanz“ über die väterlich vererbten Chromosomen wurde vor über zehn Jahren von den Autoren entdeckt. Das Forscherteam fand nun heraus, wie die epigenetische Dekodierung der väterlichen Chromosomen im frühen Embryonenstadium abläuft: Ein erster Schritt ist das zusätzliche Anhängen einer einfachen Hydroxyl-Gruppe (OH-Gruppe) an die bereits bekannte modifizierte Base 5-methyl-Cytosin. Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler den an diesem Vorgang beteiligten enzymatischen Prozess entschlüsseln. Sie wiesen nach, dass das Enzym Tet3 als ein zentrales Schaltenzym für den Umwandlungsprozess verantwortlich ist. Auch in der Frage, warum nur die vom Vater stammenden Chromosomen dekodiert werden, während die mütterlichen größtenteils geschützt sind, kamen die Wissenschaftler einen wesentlichen Schritt weiter: Sie konnten zeigen, dass die Eizelle ihr eigenes Erbgut vor dem Vorgang der Reprogrammierung durch ein Protein namens Stella schützt. Die mütterliche Eizelle bestimmt also mit sehr ausgeklügelten epigenetischen Werkzeugen über die Interpretation des väterlichen Genoms. Die genauen biologischen Konsequenzen der massiven, einseitigen Umwandlung väterlicher Chromosomen bleiben zwar ein noch zu lösendes Rätsel, die Erkenntnisse der Forscher eröffnen aber vollkommen neue Perspektiven, diese in Zukunft zu lösen.

Epigenetische Programmfehler stehen in Zusammenhang mit der Entstehung komplexer Erkrankungen

„Die schnelle Reprogrammierung der epigenetischen Information des väterlichen Genoms erfüllt vermutlich zwei „Aufgaben“: Zum Einen werden die epigenetischen Fehler des Vaters gelöscht und gleichzeitig wird das Genom für die Vielzahl der neuen Aufgaben vorbereitet, die für eine totipotente, also vollständige Entwicklung wichtig sind“, erläutert Jörn Walter. „Unsere Arbeit trägt dazu bei, die molekularen Signale und Schalter zu verstehen, die für die epigenetische Reprogrammierung entscheidend sind. Da epigenetische Programmfehler in unmittelbarem Zusammenhang mit der Entstehung komplexer Erkrankungen wie Krebs, Immun- und Stoffwechsel- oder Neuronalen Erkrankungen zu sehen sind, haben die von uns gefundenen Mechanismen eine vermutlich viel weitreichende Bedeutung als „nur“ für die Steuerung erster Lebensvorgänge“, sagt der Epigenetiker.

Originalpublikation:

Mark Wossidlo, Toshinobu Nakamura, Konstantin Lepikhov, C. Joana Marques, Valeri Zakhartchenko, Michele Boiani, Julia Arand, Toru Nakano, Wolf Reik & Jörn Walter. 5-Hydroxymethylcytosine in the mammalian zygote is linked with epigenetic reprogramming. Nature Communications, Volume: 2, Article number: 241, DOI: doi:10.1038/ncomms1240, Published15 March 2011

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