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Epigenetik : Fremde Mächte im Gehirn und Genom

Das Paket stuert die Gene: Die simulierte DNA-Doppelhelix (grün-orange) bildet mit Histonen (Mitte, farbifg) das Chromatin-Gerüst im Zellkern. Bild: Foto Lodish

Im digitalen Code der Gene stecken nicht nur Erinnerungen, die Gene erinnern sich auch selbst: Wie das „Epigenom“ unser Lernen, Gedächtnis und die Psyche prägt.

          5 Min.

          Der digitale Code des Genoms – welche Magie in diesem Konzept steckt, hat noch einmal Craig Venter mit der Schaffung von synthetischen Bakterien gezeigt, die von einem neu programmierten Erbgut quasi fremd gesteuert wurden. Doch wie jede scheinbar einfache Idee in der Biologie, stößt man auf die wirkliche Genialität des Codes erst, wenn man sich die biologischen Schöpfungen am anderen Ende der Komplexitätsskala ansieht. Da, wo etwa unsere Individualität verborgen liegt. Nehmen wir zwei beliebige Menschen.

          Joachim Müller-Jung

          Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Ihre genetischen Grundbaupläne, die DNA-Sequenz, unterscheidet sich statistisch in knapp einem Zehntel Prozent. Vergleicht man hingegen zu einem beliebigen Zeitpunkt die Aktivitäten dieser wenig verschiedenen Programme direkt miteinander, so stellt man fest, dass viel mehr Gene – bis zu einem Viertel aller Erbanlagen – bei dem einen Menschen an-, bei dem anderen aber abgeschaltet sind. Das ist kein Zufall. Jan Korbel vom EMBL in Heidelberg und Michael Snyder von der Stanford-Universität haben das unlängst in der Zeitschrift „Science“ (Bd. 328, S. 232) eindrücklich mit dem ersten umfassenden Vergleich der Aktivitätsprofile von fast einem Dutzend Menschen gezeigt.

          Interpretationstricks des Genoms

          Ganz unerwartet kam dieses Ergebnis allerdings nicht. Dass außerhalb der DNA-Sequenz ein zweiter, ein zusätzlicher Programmiercode in der Erbmasse existiert, wie es die Vorsilbe „epi“ in dem Begriff epigenetischer Code nahelegt, diese Einsicht ist seit Jahrzehnten bekannt. Überraschend ist das Ausmaß und schließlich die Raffinesse dieses Codes. Der Hamburger Wissenschaftsautor Peter Spork sammelt seit kurzem die neuesten Interpretationstricks des Genoms in einem eigenen „Epigenetik-Newsletter“. Ein Archiv, das quasi täglich mit neuen Meldungen anschwillt.

          Über das Epigenom wirkt das Umfeld auf die Gene im Zellkern ein, spielt die Umwelt Schicksal. Erziehung, frühkindliche Einwirkung von Chemikalien, Stress – die epigenetischen Stellschrauben, mit denen die Aktivität der Gene vorübergehend oder dauerhaft verändert oder sogar fürs ganze Leben (und manchmal sogar Generationen übergreifend) geprägt wird, sind vielfältig. Genau betrachtet werden dazu die Gene und das Verpackungsmaterial entlang des DNA-Fadens biochemisch modifiziert. Die „C“ (Cytosin) oder „A“ (Adenin) im Gencode können beispielsweise mit kleinen Methylgruppen – durch Methylierung – beladen und so für den Leseapparat unzugänglich gemacht werden. Oder es werden mitunter die Verpackungsproteine, die den Genomfaden einwickeln und auf diese Weise das Ablesen des Programms entscheidend beeinflussen, durch solche chemischen Schalter verändert. Das Ergebnis ist immer das gleiche: Gene werden aktiviert oder deaktiviert.

          Zugriff aufs Gedächtnis

          Wie das individuelle Epigenom im Einzelnen aussieht, wie es erzeugt wird, lässt sich bisher kaum sagen, dass es sich dabei aber nicht etwa um oberflächliche, gar marginale Anpassungen handelt, sondern um massive Eingriffe, die das Leben fundamental verändern können, hat sich zuletzt in einer Reihe von Arbeiten aus der Hirnforschung gezeigt.

          Gedächtnis und Erinnerungen, so meinen viele Neurobiologen immer noch, werden allein durch die Qualität von Nervenverbindungen ermöglicht. Wird etwas intensiv gelernt, werden die neuronalen Netze zwischen bestimmten Hirnarealen, insbesondere vom Hippocampus als dem Gedächtniszentrum und den zugehörigen Hirnarealen im Großhirn, gestärkt. Die Signale werden fortan schneller und leichter übertragen. Wie die Hirnforscherin Courtney Miller vom Scripps Institute in Florida jetzt allerdings in der Zeitschrift „Nature Neuroscience“ (doi: 10.1038/nn.2560) gezeigt hat, lässt sich das Gedächtnis durch Zugriff auf das Epigenom praktisch mit einem Schlag ausradieren. Bei ihr im Labor, indem sie ausgewachsene Ratten, die zuvor eine Lernübung trainierten, einmalig einen Wirkstoff verabreichte, welcher die epigenetische Aktivierung des Calcineurin-Gens im Vorderhirn augenblicklich verhinderte. Die Methylierung dieses Gens ist für die Gedächtnisbildung lebenswichtig. Mindestens dreißig Tage lang konnten sich die trainierten Tiere nicht mehr an die Lösung ihrer Aufgabe erinnern.

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