Epigenetik: Wie erworbene Eigenschaften vererbt werden können

Bestimmen Gene unser Schicksal? Bei der Vererbung spielt das Genom zwar eine primäre Rolle. Doch erst wenn seine Zellen gezielt auswählen, welche Gene abgelesen und welche stillgelegt werden, entscheidet sich sein weiteres Schicksal. Diese Entscheidungen werden durch äußere Einflüsse ausgelöst und durch chemische Modifikationen gesteuert. Das junge Feld der Epigenetik untersucht diese Modifikationen und zeigt, warum das Genom kein unabänderliches Schicksal für das betreffende Individuum bedeuten muss, sondern seine Expression vielfach und auf nunmehr erforschbare Weise wandelbar ist.


Der Begriff der Vererbung spielt für die Evolutionslehre eine zentrale Rolle. Die Entdeckung des Genoms stellte für die Biologie eine Revolution dar. Denn nun gab es einen geeigneten Kandidaten für die Vererbung phänotypischer Eigenschaften, die im Überlebenswettkampf selektiert werden.

In diesem Gastbeitrag stellt Volker Herzog, emeritierter Professor für Molekulare Zellbiologie an der Universität Bonn, Entdeckungen vor, die ebenfalls über revolutionäres Potenzial verfügen und die kürzlich hier bei den Brainlogs kontrovers diskutiert wurden: Dass auch die von einem Organismus im Lauf seines Lebens erworbenen Eigenschaften vererbt werden können, wie es lange Zeit als unmöglich galt. Dies hat nicht nur Implikationen für den Vererbungsbegriff, sondern betrifft auch das Verständnis vom Entstehen mancher Krankheiten sowie die Idee, seinen Genen hilflos „ausgeliefert“ zu sein. Fett gedruckte Begriffe werden im Glossar erklärt.


Im Jahr 2009 jährte sich zum 200. mal das Erscheinen des Werkes ‚Philosophie Zoologique’ von Jean Baptiste de Lamarck (1744 – 1829; siehe Rezension in Nature), eines für die damalige Biologie revolutionären Textes: Zu einer Zeit, als der Glaube an den Schöpfungsmythos die vorherrschende Erklärung bot, verfasste Lamarck als erster eine Theorie über die Evolution der Artenvielfalt. 2009 feierte die Wissenschaft gleichzeitig und vor allen Dingen die 150. Wiederkehr der Veröffentlichung des Buches ‚On the Origin of Species by Means of Natural Selection or the Preservation of Favoured Races in the Struggle of Life’ von Charles Robert Darwin (1809 -1882). Sein epochales Werk erklärte mit neuen Erkenntnissen die phylogenetische Entwicklung der Arten durch Variation und natürliche Selektion. Dagegen vertrat Lamarck die Vererbung erworbener Eigenschaften als Ursache der Artenvielfalt.

Wie sich erst sehr viel später zeigte, hatte Lamarck damit eine prinzipiell gute Idee, aber er wählte zur Stütze seiner Theorie ungeeignete Beispiele (1). Seine Theorie geriet auch wegen seiner ungeeigneten Beispiele gegenüber der Evolutionstheorie Darwins ins Hintertreffen. Sie wurde in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wiederentdeckt, zunächst jedoch für politische Ziele vorwiegend der Sowjetunion missbraucht: Der berühmt-berüchtigte sowjetische Ideologe und Agronom T. D. Lyssenko benutzte seine Sicht der Ideen Lamarcks für den Anbau von Getreide mit katastrophalen Folgen für Landwirtschaft und Gesellschaft. Erst als C. H. Waddington 1942 für Phänomene der Entwicklungsbiologie den Begriff ‚Epigenetik’ verwendete (2), konnte sich eine ernstzunehmende Forschungsrichtung entwickeln. Heute definiert der Begriff Epigenetik alle meiotisch und mitotisch vererbbaren chemischen Veränderungen des Genoms, die durch Umwelteinflüsse ohne Veränderung der kodierenden DNS-Sequenz ausgelöst werden.

Eine der ersten Erkenntnisse über die Vielfalt unterschiedlicher Genexpression bei unveränderter Genom-Sequenz ergaben Untersuchungen der frühembryonalern Entwicklung: Im Anschluss an die Befruchtung der Eizelle entsteht durch Zellteilung das 8-Zell-Stadium, von dem angenommen wird, dass alle Zellen phänotypisch und in der Potenz ihrer Differenzierung noch gleichwertig sind, sie gelten als totipotent (zur Kritik dieser Annahme siehe 3). Die weitere Embryonalentwicklung ist durch Differenzierung in definierte Zelllinien und Ausbildung eines Genexpressionsmusters gekennzeichnet, die Zellen gelten als programmiert für spezifische Funktionen in bestimmten Organen.

Beim Menschen unterscheiden wir etwa 250 verschiedene Zelltypen: Trotz fundamentaler Unterschiede besitzen die unterschiedlich differenzierten Zellen eines Organismus die gleiche Genomsequenz. Verantwortlich für dieses mit großer Präzision weitergegebene Expressionsmuster sind die erwähnten chemischen Modifikationen der DNS und des Chromatins. Sie konnten erst entdeckt werden, als die molekulare Organisation des Genoms aufgeklärt wurde. Diese epigenetischen Modifikationen sind die Voraussetzung für hochkomplexe Regulationsmechanismen, die sicherstellen, dass nicht alle Gene einer Zelle gleichzeitig gelesen werden. Noch sind längst nicht alle epigenetischen Prozesse bekannt, die die Aktivität von Genen steuern. Die wichtigsten chemischen Modifikationen sind:

  1. Methylierung von Cytosin-Nukleotiden der DNS mit nachfolgender Inaktivierung eines Gens durch DNS-Methyltransferasen. Die Weitergabe der Methylierungsmuster wird durch eine Erhaltungsmethylase-Aktivität gewährleistet, die hemimethylierte DNA als Substrat verwendet. Ein ungeklärtes Rätsel der molekularen Zellbiologie ist die Frage: woher ‚wissen’ die Methyltransferasen, an welcher Stelle das Genom methyliert werden muss, um ein bestimmtes Gen stillzulegen (‚Gene Silencing’).
  2. Posttranslationale Modifikationen der für die DNS–Kompaktierung verantwortlichen Histon–Proteine. Die DNS liegt im Zellkern nicht nackt, sondern sie ist an Nukleosomen aufgewunden, die aus acht Histonproteinen aufgebaut werden (4). Die wichtigsten posttranslationalen Mofikationen sind Acetylierung und Methylierung. Methylierung bewirkt Inaktivierung des betreffenden Gens, Acetylierung seine Aktivierung (weitere epigenetische Modifikationen unter 5). Die Gesamtheit dieser epigenetischen Modifikationen des Chromatins, also des gesamten Genoms und daran gebundener Proteine, bezeichnen wir als Epigenom.

Auch bei Pflanzen beeinflusst die Umwelt das Epigenom, zum Beispiel die Farbe von Pflanzensamen. Gut dokumentierte Beispiele epigenetischer Phänomene sind:

Die Fell-Farbe und von Nagetieren
Diese wird unter anderem durch das Agouti-Gen gesteuert, das in unterschiedlich methylierten Allelen vorkommt. Nahrungsmittelergänzungsstoffe von Methyldonoren in Form von Folsäure, Vitamin B12, Cholin oder Betainen können die Methylierung des Agouti-Gens beeinflussen und diese Modifikation auf die Nachkommenschaft übertragen. Dabei spielen Transposons eine vermittelnde Rolle (6).

Stress durch veränderte Umweltbedingungen
Ein Beispiel ist der Hitzeschock, der bei Drosophila zu Reduktion der Hsp90 Pegel und damit zu einem Chromatin-Effekt mit abnormen Fehlbildungen der Augen führt (7). Diese werden an nachfolgende Generationen auch dann weitervererbt, wenn inzwischen die Hsp90-Pegel normalisiert sind (7). Es handelt sich um Vererbung von Erworbenem.

Humane Erkrankungen
Epigenetische Gen-Regulation spielt eine wichtige Rolle bei der Ätiologie humaner Erkrankungen. Die epigenetische Forschung hat auf dramatische Weise zu einem neuen Verständnis humaner Erkrankungen geführt und gezeigt, dass sich Umwelteinflüsse, zum Beispiel übermäßiger Stress, Hunger oder Drogen, epigenetisch auswirken können (8). Es wurde bereits 1983 gezeigt, dass sich die Gene einiger humaner Tumor-Arten von ihrem Normalgewebe durch ein verändertes Methylierungsmuster unterscheiden (8). Einige Tumorarten (Leukämien und das myelodysplastische Syndrom) zeichnen sich durch Hypermethylierung insbesondere der Tumor-Suppressorgene aus, die dadurch stumm geschaltet sind. Diese Gene können mit Hilfe von Methyltransferase-Inhibitoren, zum Beispiel 5-Azacytidin, demethyliert und dadurch reaktiviert werden (9). Es besteht die Hoffnung, derartige Inhibitoren therapeutisch wirksam zur Tumorbehandlung einzusetzen (10).

Abbildung: Wie funktioniert Methylierung? Links sieht man Cytidin, eins der vier Nukleotide der DNS. In Position 5 (Kreis) kann das C-Atom methyliert werden unter Bildung von 5-Methylcytidin (Mitte). Diese Methylierung kann jedoch experimentell oder therapeutisch blockiert werden durch Gabe von 5-Azacytidin (rechts); denn es kann nicht methyliert werden, weil es in Position 5 anstelle des Kohlenstoff-Atoms ein Stickstoff-Atom enthält.

Allerdings können durch zu geringe Methylierung Oncogene aktiviert, durch zu starke Methylierung, zum Beispiel nach Gabe von Methyldonoren, Tumor-Suppressor-Gene stillgelegt werden. In beiden Fällen besteht die Gefahr der Tumorbildung. Die Verwendung von Methyldonoren als Nahrungsmittelergänzungsstoffe oder eine unbedachte Demethylierung mit Azacytidin erscheinen aus diesen Gründen problematisch.

Schlussfolgerung

Die bisherigen Kenntnisse der Weitergabe epigenetischer Modifikationen an nachfolgende Generationen erlauben zu postulieren, dass epigenetische Modifikationen zwar nicht so stabil ist wie genetische, aber im Zusammenwirken mit Selektionsprozessen wahrscheinlich zur Evolution beigetragen haben und noch beitragen (11, als Übersicht 12). Die Epigenetik hat gezeigt, dass das Genom kein absolutes Schicksal für das betreffende Individuum bedeuten muss, sondern häufig auf wunderbare und nunmehr erforschbare Weise wandelbar ist.

Wenn wir die Organisationsweise der molekularen Vererbung mit der eines Computers vergleichen, könnten wir das Genom als ‚Hardware’, das Epigenom als ‚Software’ bezeichnen: Wie Hardware und Software wirken Genom und Epigenom Hand-in-Hand. Trotz dieser Erkenntnisse behält das Genom eines Individuums zwar seinen primären Rang, aber die Vorstellung „Die Gene sind unser Schicksal“ gilt nur noch eingeschränkt. Lange fanden epigenetische Phänomene keine oder nur geringe Beachtung, heute jedoch ist Epigenetik ein wichtiges Forschungsgebiet in Biologie und Medizin.


Volker Herzog ist emeritierter Professor für Molekulare Biologie an der Universität Bonn und war Direktor des Instituts für Zellbiologie. In unserem kürzlich erschienenen Buch „Lebensentstehung und künstliches Leben“ führt er dem Leser die Fortschritte der molekularen Biologie sowie ihre Herausforderungen durch die Evolution und künstliche Erzeugung von Zellen vor Augen.

P.S. Aus aktuellem Anlass möchte ich auf die tiefsinnigen aber zutreffenden Gedanken zur Katastrophe in Japan meines Bloggerkollegen Arvid Leyh hinweisen. (S. Schleim)


Glossar der wichtigsten Fachbegriffe

Allele: Ausprägung oder Zustandsform eines Genortes auf den homologen Chromosomen. Spezies mit doppeltem (diploiden) Chromsomensatz, zum Beispiel der Mensch, kann am betreffenden Genort der beiden homologen Chromosomen über zwei unterschiedliche Allele eines Gens (Heterozygotie) oder zwei gleiche Allele (Homozygotie) verfügen. Im Falle der Methylierung kann das eine Allel Metylierungen aufweisen, das andere nicht.

Chromatin: aus DNS und DNS- assoziierten Proteinen, vor allem den Histonen, bestehender Komplex im Zellkern, der während der Zellteilung zu Chromosomen kondensiert.

Gameten: männliche und weibliche Geschlechts- oder Keimzellen, die von primären Geschlechtsorganen gebildet werden und bei der Befruchtung unter Bildung der Zygote (der befruchteten Eizelle) miteinander verschmelzen.

Histone: basische DNS-assoziierte Proteine im Zellkern, die die gesamte DNS einer Zelle aufwickeln können und dadurch ihre Unterbringung im Zellkern ermöglichen. Mit der aufgewundenen DNS bilden sie Nukleosomen, die zusammen mit einigen anderen Mechanismen die gesamte DNS in einer menschlichen Zelle um den Faktor 10.000 verkürzen. Nur im nicht-kondensierten Zustand kann die DNS abgelesen werden. Kondensation und Dekondensation der DNS werden unter anderem durch Methylierung und Acetylierung der Histone reguliert.

Hsp90: Akronym aus Heat Shock Protein 90. Eins der häufigsten Proteine im Cytoplasma der Zellen (Bakterien und kernhaltige Zellen, es fehlt in Archaeen). Es ist ein molekulares Chaperon mit der Hauptfunktion der Aktivierung und Faltung cytoplasmatischer Proteine.

Meiose: besondere Form der Zellkern-Teilung, wobei aus einer diploiden Zelle 4 haploide Tochterzellen, Gameten, entstehen, also die Zahl der Chromosomen pro Zelle halbiert wird (Reife- oder Reduktionsteilung). Meiotisch: die Meiose betreffende Zelleteilung.

Mitose: Zellteilung bei Kern-haltigen Zellen, wodurch zwei Tochterzellen mit identischem Chromosomensatz entstehen. Mitotisch: die Mitose betreffende Zellteilung.

Posttranslationale Modifikationen: Veränderungen von Proteinen während oder nach ihrer Biosynthese an Ribosomen. Es gibt zahlreiche Protein-Modifikationen, zu denen im Fall epigenetischer Prozesse die Methylierung von Histonen gehört.

Transposons: Mobile (transponierbare) DNS-Fragmente, die in ein Chromosom eingebaut werden und genetische Veränderungen hervorrufen können. Wegen ihrer Mobilität werden sie umgangssprachlich auch als ‚Springende Gene’ bezeichnet. Sie wurden 1948 von der US-amerikanischen Botanikerin Barbara McClintock entdeckt, die dafür 1983 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet wurde.


Literatur und weitere Hinweise

  1. Aus den Ideen Lamarcks entwickelte sich der ‚Lamarckismus’ mit zahlreichen Beispielen, die den Einfluss des vorherrschenden Gebrauchs oder konstanten Nichtgebrauchs von Gliedmaßen oder eines Organs beschreiben. Dadurch würden Funktionen gewonnen oder verloren gehen, die die Nachkommen als erworbene Eigenschaften erben. Ein Beispiel dafür sei die Entwicklung des ursprünglich kurzen Halses der Giraffe, die in der Savanne ihren Hals strecken musste, um die Blätter hoher Bäume zu erreichen. Die dadurch erworbene Eigenschaft sei an nachfolgende Generationen mit fortwährend längerem Hals vererbt worden.
  2. Waddington, C.H.: Nature 150, 563, 1942
  3. Totipotenz im 8-Zell-Stadium der frühen Embryonalentwicklung: jede der Zellen im 8-Zell-Stadium ist noch in der Lage, einen vollständigen Organismus hervorzubringen. Allerdings wurde an Mäusen gezeigt, dass die Zellen im 8-Zell-Stadium für ihre endgültige Organfunktion bereits determiniert sein können: Zernicka–Goetz, M.: Nature Cell Biol. 13, 112-114, 2011
  4. Die DNS windet sich um die Nukleosomen mit etwa 170 Basenpaaren, wodurch es zu einer starken Kompaktierung der DNS kommt. Nur im nicht-kompaktierten Zustand kann die DNS aktiv sein, d.h.abgelesen werden. Die Enden der Histone ragen über das Niveau der Nukleosomen und können dadurch posttranslational modifiziert werden.
  5. Außerdem wird die Methylierung von Transposons beobachtet, die dadurch stummgeschaltet werden können. Ein weiteres epigentisches Phänomen ist die genomische Prägung (‚genomic impinting’): ohne Veränderung des genetischen Code und unabhängig von der mendelschen Vererbung werden epigenetische DNS-Modifikationen etabliert, wodurch das eine elterliche Allel aktiv (‚imprinted gene’), das andere inaktiv sein kann. Es resultiert eine Eltern-spezifische Ausprägung des (mütterlichen oder väterlichen) Genoms. Außerdem kann durch spezifische Methylierung ein X-Chromosom bei weiblichen Embryonen ausgeschalted werden, so dass nur ein X-Chromosom, das von der Mutter oder das vom Vater, abgelesen werden kann (Hellman, A., Chess, A.: Science 315, 1141, 2011). Diese epigenetischen Veränderungen können auch zur Folge haben, dass zwei Individuen mit derselben DNS-Sequenz unterschiedliche Phänotypen aufweisen. Eineiige Zwillinge können auf epigenetischer Grundlage bestimmte Eigenschaften, zum Beispiel Erkrankungen, in unterschiedlicher Ausprägung entwickeln.
  6. Wolff, G. L., Kodell, R.L., Moore, S.R., Cooney, C.A.: FASEB J. 12, 949, 1998; Waterland, R.A., Jirtle, R.L.: Mol. Cell Biol. 23, 5293, 2003
  7. Cavalli, G., Paro, R.: Cell 93, 505, 1998; Rutherford, S.L., Lindquist, S.: Nature 396, 336, 1998; Sollars, V., Lu, X., Xiao, L., Wang, X., Garfinkel, M.D., Ruden, D.M.: Nature Genetics 33, 70, 2002
  8. Epigenetische Modifikationen können auch durch medizinische Eingriffeinduziert werden und erhebliche negative Konsequenzen haben: Das Risiko des Auftretens von Gesundheitsproblemen (Entwicklungsverzögerung, fehlende Sprachentwicklung und Krampfanfälligkeit) ist deutlich erhöht bei Neugeborenen, die mit Hilfe der Reproduktionstechnologie, zum Beispiel nach in vitro-Fertilisierung, geboren werden. Dieses Phänomen wird damit erklärt, dass sich während und nach in vito – Fertilisierung die Embryonen nicht mehr in der normalen Umgebung, sondern in der Kultur-Schale weiterentwickeln, bevor sie in einen Uterus implantiert werden. Möglicherweise können dadurch die ursprüngliche Methylierung oder die genomische Prägung (6) nicht erhalten bleiben (Maher, E.R., Afnan, M., Barratt, C.L.: Human Reproduction 18, 2508, 2003; Feinberg, A.P., Vogelstein, B.: Nature 301, 89, 1983). Das scheint auch für embryonale Stammzellen und für induzierte pluripotente Stammzellen zu gelten (Laurent, L.C. et al.: Cell Stem Cell 8, 106, 2011).
  9. Bird, A.: Cell 70, 5, 19921992
  10. Issa, J.-P., Kantarjian, H.M., Kirkpatrick,P.: Nature Reviews 4, 275-276, 2005. – DNS-Methylierung kennen wir bereits bei Bakterien (Adam, M., Murali, B., Glenn, N.O., Potter, S.S.: BMC Evol. Biol. 8, 52, 2008), wo sie als Methylierung von Adenin eine Rolle bei der Fehlerkorrektur frisch replizierten DNS und als Schutzmechanismus gegen Fremd-DNS wahrnimmt. Vermutlich wurden sie bereits zu einem frühen Zeitpunkt des Evolution etabliert.
  11. Rando, O. J., Verstrepen, K. J.: Cell 128, 655, 2007
  12. Herzog, V.: Zellbiologie der Lebensentstehung: vom Molekül zur Zelle.- In: Lebensentstehung und künstliches Leben: naturwissenschaftliche, philosopische und theologische Aspekte der Zellevolution (V. Herzog, Hrsg.). Die Graue Edition, Zug (Schweiz) 2010 

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www.schleim.info

Menschen-Bilder: Mensch, Gesellschaft und Wissenschaft Stephan Schleim blickt über den Tellerrand von Psychologie sowie Hirnforschung und diskutiert, was die Forschungsergebnisse eigentlich bedeuten, wie sich Gesellschaft und Wissenschaft zueinander verhalten. Stephan Schleim hat an den Universitäten Mainz und Frankfurt u.a. Philosophie, Informatik und Psychologie studiert (Magister Artium, 2005). Nach einem Praktikum am Max Planck-Institut für Hirnforschung und einem Forschungsbesuch am California Institute of Technology ging er an die Universitätskliniken Frankfurt und Bonn, wo er mit der funktionellen Magnetresonanztomographie moralische und juristische Entscheidungen untersuchte. Sein ausgeprägtes theoretisches und ethisches Interesse führte zu mehreren Publikationen im Bereich der Neurophilosophie und Neuroethik. Am Institut für Kognitionswissenschaft in Osnabrück wurde er 2009 mit seiner Doktorarbeit "Norms and the Brain" promiviert. Seit Oktober 2009 war er Forscher in der Abteilung für Theorie und Geschichte der Psychologie an der Universität Groningen, seit 2010 als Assistant Professor für Theorie und Geschichte der Psychologie. Vom Oktober 2012 bis März 2013 war er Professor für Neurophilosophie an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Seit 2015 ist Stephan Schleim Associate Professor in Groningen. Seit 2005 ist Stephan Schleim auch als Wissenschaftsjournalist aktiv, veröffentlicht in verschiedenen deutschprachigen Medien mit Übersetzungen ins Italienische, Niederländische und Portugiesische. 2008 erschien sein erstes Buch "Gedankenlesen – Pionierarbeit der Hirnforschung", 2011 sein Buch "Die Neurogesellschaft – Wie die Hirnforschung Recht und Moral herausfordert."

41 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Das wars?

    Ich sehe nicht, wie dieser Beitrag uns helfen kann, unsere Kontroverse zu beenden.

    Nochmal der Reihe nach.

    1. Es gibt meiotische und mitotische Vererbung. Daß epigenetische Modifikationen mitotisch vererbt werden können, ist völlig unstrittig.

    2. Epigenetische Modifikationen können physiologisch oder pathologisch sein. Daß pathologische Modifikationen meiotisch vererbt werden können, ist, glaube ich, auch Konsens.

    3. Die meiotische Vererbung physiologischer epigenetischer Modifikationen bei Pflanzen beschreiben Youngson und Whitelaw z.B. hier:

    http://www.chd.ucsd.edu/seminar/documents/Youngson.TransgenerEpigenEffects.08.pdf

    4. Die meiotische Vererbung physiologischer epigenetischer Modifikationen bei Tieren bestreiten sie im selben Paper. Diese Art der Vererbung meint man aber üblicherweise, wenn man das Wort benutzt, und in diesem Sinne werden epigenetische Modifikationen NICHT vererbt.

    5. Die bisherigen Befunde, die für eine meiotische Vererbung physiologischer epigenetischer Modifikationen bei Tieren sprechen, lassen sich einfacher erklären. Balanus: „Wenn z.B. eine trächtige Rättin weibliche Embryonen in sich trägt, dann können durch einwirkende Umwelteinflüsse beide Folgegenerationen gleichzeitig beeinflusst werden, weil auch in den F1-Embryonen bereits die Eizellen für die F2-Generation vorhanden sind. So etwas kann leicht eine Vererbung vortäuschen.“

    Dazu nochmal aus dem Abstract des Papers von Youngson und Whitelaw: „Transgenerational epigenetic effects and transgenerational epigenetic inheritance are not the same, but a novice to the discipline would find this hard to understand.“

    Wenn wir einen Dissens haben, dann betrifft er Punkt 4 und 5. Um ihn zu beenden, müßte Herr Herzog Punkt 4 begründen und dabei den Einwand aus Punkt 5 entkräften. Er ist ja offenbar kein ’novice to the discipline‘, es sollte ihm also gelingen.

  2. Um ein Haar hätte ich nicht mitgekriegt, dass der lang ersehnte Gastbeitrag von Herrn Professor Herzog endlich gepostet wurde (auf der SciLogs-Startseite sind einfach zu wenige neue Blogbeiträge zu sehen, das sollte mal in Deidesheim thematisiert werden). Also, danke Herr Herzog für den Beitrag, und danke Herr Bolt für Ihren Kommentar, der mich auf diesen Beitrag aufmerksam machte und dem ich, was Wunder, nur zustimmen kann :-)).

    Zur Sache:

    Ich denke nicht, dass aufgrund der „bisherigen Kenntnisse der Weitergabe epigenetischer Modifikationen an nachfolgende Generationen“ Veranlassung besteht, Lamarcks Ideen von der Vererbung aktiv erworbener Eigenschaften wiederzubeleben. Zumindest gilt das für jene Geschöpfe, bei denen die Rede von den „Genen als Schicksal“ überhaupt etwas Sinn macht (wobei ich den Begriff „Schicksal“ in Zusammenhang mit Genen generell für deplatziert halte).

    Wenn wir die Organisationsweise der molekularen Vererbung mit der eines Computers vergleichen, könnten wir das Genom als ‚Hardware’, das Epigenom als ‚Software’ bezeichnen: Wie Hardware und Software wirken Genom und Epigenom Hand-in-Hand. Trotz dieser Erkenntnisse behält das Genom eines Individuums zwar seinen primären Rang, aber die Vorstellung „Die Gene sind unser Schicksal“ gilt nur noch eingeschränkt.

    Entscheidend ist doch, dass es die Hardware selbst ist, die die Software generiert. Ein lebendes System „programmiert“ sich selbst, um in der jeweilig gegebenen Umwelt existieren zu können. Wo, wenn nicht in den Genen, wären die Instruktionen für dieses „epigenetische Programm“ zu finden?

  3. @ Balanus

    Um ein Haar hätte ich nicht mitgekriegt, dass der lang ersehnte Gastbeitrag von Herrn Professor Herzog endlich gepostet wurde (auf der SciLogs-Startseite sind einfach zu wenige neue Blogbeiträge zu sehen, das sollte mal in Deidesheim thematisiert werden)

    Daran liegt es nicht. Er wurde aufgrund eines Fehlers überhaupt nicht angezeigt.

  4. Epigenetik: Wie erworbene Eigenschaften

    Sehr geehrter Herr Bolt,
    ich war auswärts und sehr beschäftigt und bitte um Verständnis für meine verzögerte Antwort. Ich danke Ihnen für Ihr Interesse und für die Einwände:
    Punkt 4: Ihre Feststellung „…epigenetische Modifikationen NICHT vererbt.“ ist aus folgenden Gründen falsch:
    An zwei entscheidenden Entwicklungsschritten werden im Rahmen der Reprogrammierung die epigenetische Markierungen nahezu auf Null zurückgesetzt:
    1. während der Keinzellbildung
    2. Während der Fertilisierung und der ersten Schritte der Praeimplantationsentwicklung.
    Die Betonung liegt auf ’nahezu‘: Wenn die epigenetischen Markierungen vollständig auf Null gesetzt würden, gäbe es keine epigenetische Vererbung. Die bekannten Beobachtungen von ‚transgenerational inheritance‘ sind dadurch möglich, dass die epigenetischen Markierungen in den Schritten 1 und 2 nur unvollständig ausgelöscht werden. Der Anteil der nicht-ausgelöschten Markierungen kann sowohl über die maternale als auch über die paternale Keimlinie vererbt werden (Nature Genetics 39, 614,2007). Hier einige Beispiele epigentischer Vererbung bei Mensch und Tier:
    1. Agouti-locus Inaktivierung in Mäusen durch Methylierung mit Hilfe von Methyldonoren (Nature Genetics 23, 314, 1999; FASEB J. 12, 949, 1998)
    2. Schwanzknickung bei Mäusen ( Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 2538, 2003)
    3. Beim Menschen kennen wir epigenetische Vererbung bei Tumoren. Beispiel: eine bestimmte Form des Colon-Carcinoms.
    zu Punkt 5: Die von Ihnen zitierte Arbeit beschreibt die direkte Beeinflussung der F2-Generation (transgenerational effects) im Gegensatz zur transgenerational inheritance in den oben genannte Beispielen.
    Mit freundlichen Grüßen,
    V. Herzog.

  5. Epigenetik

    @ Balanus

    herzlichen Dank für Ihr Interesse an meinem Blog-Beitrag. Ihre Bemerkungen sind interessant und ich stimme Ihnen im wesentlichen zu. Im Detail möchte ich dazu folgendes bemerken:

    Ihre Anmerkung: Ich denke nicht, dass aufgrund der „bisherigen Kenntnisse der Weitergabe epigenetischer Modifikationen an nachfolgende Generationen“ Veranlassung besteht, Lamarcks Ideen von der Vererbung aktiv erworbener Eigenschaften wiederzubeleben.

    Meine Meinung dazu: In der Tat erscheint es nicht erforderlich, angesichts der modernen Epigenetik die Ideen Lamarcks wiederzubeleben. Ihre Wiederbelebung war auch nicht meine Absicht. Jeder wissenschaftliche Durchbruch hat jedoch gedankliche Vorläufer. Diese sind zwar in erster Linie historisch interessant, sie sind jedoch geistiges Eigentum und ihre Erwähnung gehört deshalb in jeden wissenschaftlichen Bericht (gleich ob ‚good or bad‘). Möglicherweise hätte bei dieser extrem kurzen Darstellung darauf verzichtet werden können.

    Ihre Anmerkung: die Rede von den „Genen als Schicksal“ überhaupt etwas Sinn macht (wobei ich den Begriff „Schicksal“ in Zusammenhang mit Genen generell für deplatziert halte
    Meine Meinung dazu: Ich habe einen häufig verwendeten Ausdruck zitiert, der allen bekannt sein dürfte und der von zahlreichen Molekularbiologen längere Zeit vor und nach der Entschlüsselung des Genoms verwendet wurde. Heute klingt das natürlich grotesk. Ausdrücke haben eben auch ‚ihre Zeit’.

    Ihre Anmerkung: Entscheidend ist doch, dass es die Hardware selbst ist, die die Software generiert. Ein lebendes System „programmiert“ sich selbst, um in der jeweilig gegebenen Umwelt existieren zu können. Wo, wenn nicht in den Genen, wären die Instruktionen für dieses „epigenetische Programm“ zu finden?
    Meine Meinung dazu: Lebende Systeme programmieren sich selbst und die biologische Hardware generiert ihre Software: Dem stimme ich zu, aber dennoch hat das Epigenom zeitweise – zum Beispiel bei der Embryonalentwicklung – die führende Rolle, Gene in den unterschiedlichen Organzellen eines Organismus zum Schweigen zu bringen (‚gene silencing’), sie nur zu dimmen oder ihre volle Akivität zuzulassen. Es ist eine wechselseitige Abhängigkeit (Wo, wenn nicht in den Genen, wären die Instruktionen für dieses „epigenetische Programm“ zu finden?), oder positiv ausgedrückt: beide arbeiten ‚Hand in Hand’.
    Mit freundlichen Grüßen,
    V. Herzog.

  6. @Balanus: Epigenetik

    Balanus, Volker Herzog hat hier gerade weder auf Martins noch auf meinen sondern auf Deinen Kommentar zur Epigenetik geantwortet.

    Hast Du eigentlich seine erste Antwort an mich gelesen? Neben den pathologischen Beispielen, über die ja Konsens besteht, bringt er noch die „Agouti-locus Inaktivierung in Mäusen“. Ist das jetzt physiologisch oder pathologisch? Oder weder noch?

    Jedenfalls scheint es mir zu weit zu gehen, aufgrund eines Beispiels einer „Agouti-locus Inaktivierung den Lamarckismus wiederzubeleben. Und ich freue mich, daß darüber offenbar auch mit Herrn Herzog Einigkeit besteht.

  7. @Volker Herzog

    Zu der von mir kritisierten Erwähnung Lamarcks schreiben Sie: „Jeder wissenschaftliche Durchbruch hat jedoch gedankliche Vorläufer.“

    Das klingt nun aber doch so, als hielten Sie die transgenerationale Vererbung epigenetischer Markierungen für den Mechanismus, mit dem auch im Tierreich individuell erworbene Eigenschaften regelmäßig an die Nachfolgegenerationen weitergegeben werden, und zwar noch ein Stück über die nächsten beiden Generationen (F1 und F2) hinaus.

    Was wäre denn im Falle der Agouti-Fellfärbung bei Mäusen die erworbene Eigenschaft? Und wie genau gelangt diese Eigenschaft in die Nachkommen?

    Soweit ich das verstanden habe, wird den Weibchen methylreiche Nahrung zugeführt, vor Beginn der Paarung und darüber hinaus, wenn die Tiere bereits trächtig sind. Ändert sich nun im Muttertier die Fellfärbung? Meines Wissens nicht. Was also wurde hier „erworben“, außer einer chemisch bedingten Epimutation? Und ist auszuschließen, dass bereits die F1 und F2 Generation im trächtigen Muttertier durch die Nahrung epigenetisch markiert wurden?

    Sie schreiben von der „wechselseitige(n) Abhängigkeit“ von Genom und Epigenom, „oder positiv ausgedrückt: beide arbeiten ‚Hand in Hand’.“

    Dass ist natürlich insofern richtig, als dass die DNA für ihre Funktion die zellulären Mechanismen braucht. Wenn die Keimzellen keine Proteine enthielten, bliebe nach der Befruchtung das genetische Programm stumm, es gäbe keine Entwicklung.

    Andererseits bezeichnen Genom und Epigenom doch recht unterschiedliche Dinge, so dass man schwerlich von einem ‚Hand-in-Hand-arbeiten‘ sprechen kann. Das Genom ist die Summe der in der DNA enthaltenen genetischen Information, die von Generation zu Generation leicht variiert weitergegeben wird. Das Epigenom hingegen bezeichnet nur die Gesamtheit der epigenetischen Modifikationen dieses Genoms im Individuum, gibt also lediglich Aufschluss darüber, welche genetische Information in den verschiedenen Zellen aktiv oder inaktiv ist. Das Epigenom besitzt meines Wissens keinerlei inhärente Information zur Steuerung der Genaktivität. Umgekehrt besitzt aber das Genom die Information zur Generierung des epigenetischen Apparats.

    Mit freundlichem Gruß
    Balanus

  8. @Jürgen Bolt

    Tja, wie ist das nun wirklich mit den Agouti-Mäusen, pathologisch oder physiologisch? Das Muttertier selbst ist ja bereits eine pathologische Züchtung. Aber dass die Fellfärbung vom Methylierungsgrad bestimmter Gene abhängt, ist an sich physiologisch. Ob diese Gene regelmäßig mit diesen Methylierungen an die Nachkommen (echt) vererbt werden, weiß ich nicht genau, könnte aber gut sein (in der Biologie ist ja fast nichts unmöglich, und Ausnahmen bestätigen auch hier die Regel).

    Eigentlich sollte uns Sebastian Reusch mal gründlich darüber aufklären, was denn nun genau diese Agouti-Versuche zeigen und beweisen. Ich finde Genetik-Paper ja recht mühsam zu lesen. Und die Original-Arbeiten liegen mir noch nicht mal vor. Und bei Wikipedia nachschauen möchte ich jetzt auch nicht.

    Aber irgendwann kommen wir schon noch dahinter, wie es sich wirklich verhält… 😉

  9. Epigenetik

    Volker Herzog@ Balanus und Jürgen Bolt

    Sehr geehrte Herren,

    ich habe den Eindruck, dass erheblich ‚aufgeforstet’ werden muss, bevor eine Verständigung zustande kommen könnte. Hier nur einige kleine Beispiele von vielen:

    Ihre Anmerkung: Das klingt nun aber doch so, als hielten Sie die transgenerationale Vererbung epigenetischer Markierungen für den Mechanismus, mit dem auch im Tierreich individuell erworbene Eigenschaften regelmäßig an die Nachfolgegenerationen weitergegeben werden, und zwar noch ein Stück über die nächsten beiden Generationen (F1 und F2) hinaus.
    Antwort: Wie kommen Sie auf eine solch seltsame Idee? Transgenerationale Vererbung ist natürlich nicht die Regel, aber es kommt vor und die molekularen Grundlagen dafür werden erforscht (bitte Text lesen)
    .
    Ihre Anmerkung: Das Epigenom hingegen bezeichnet nur die Gesamtheit der epigenetischen Modifikationen dieses Genoms im Individuum, gibt also lediglich Aufschluss darüber, welche genetische Information in den verschiedenen Zellen aktiv oder inaktiv ist.
    Antwort: Dieses ‚nur’ bewirkt immerhin die Morphogenese eines Organismus von der Zygote bis zum Tod. Das Epigenom fungiert hier wie ein Dirigent, der über das Instrumentarium (Gene) das Konzert (den Organismus) zustande bringt. Das ist ‚Hand-in-Hand-arbeiten’. Sie können es auch anders nennen: es handelt sich hier jedoch nicht um semantische Fragen, sondern um die Bedeutung des Epigenoms (bitte Text lesen)

    Ihre Anmerkung: Neben den pathologischen Beispielen, über die ja Konsens besteht, bringt er noch die „Agouti-locus Inaktivierung in Mäusen“. Ist das jetzt physiologisch oder pathologisch? Oder weder noch?
    Antwort: Wer hat Ihnen die bizarre Eingebung vermittelt, zwischen pathologischen und physiologischen Beispielen zu unterscheiden? Das sind verbale Unterscheidungen – in diesem Fall – zunächst ohne Inhalt. Wir sprechen bei den genannten Beispielen von intelligent ausgewählten Tiermodellen, die eine auf das wesentliche reduzierte Untersuchungsmöglichkeit bieten (bitte Text lesen)

    So könnte es noch ermüdend weitergehen. Ich höre hier auf und komme stattdessen zu einem letzten Punkt:

    Ihr prinzipielles Interesse, wofür ich Ihnen danke, ist recht nett, aber es reicht nicht zu einer fundierten Diskussion. Dazu gehören (unter vielem anderen) zwei Voraussetzungen:
    1. das Lesen und die Kenntnis des zugrunde liegenden Textes
    2. die Kenntnis oder das Studium der zitierten Primärliteratur
    Hilfreich wäre außerdem, dass man dem Fachgebiet nicht ganz fern steht und zumindest den guten Willen hat, etwas zu verstehen. Andernfalls, und das scheint mir hier der Fall zu sein, geraten Diskussionsbeiträge zum Geschwätz, zum unbedachten Losplappern, und das kann niemand wollen.

    Ich verabschiede mich deshalb aus der weiteren Diskussion mit Ihnen und bin
    mit freundlichen Grüßen V. Herzog.

  10. @ Herzog: Danke!

    Vielen Dank nochmals, Herr Herzog, dass Sie uns diesen Aspekt der Epigenetik ausführlicher erklärt und dann auch noch in der Diskussion zur Verfügung gestanden haben.

    Ihre Erfahrungen stimmen mich etwas nachdenklich. Ich probiere, mir möglichst oft ins Gedächtnis zu rufen, dass ich mich ja auch irren könnte; aber dass stets mehr Menschen den Eindruck gewinnen, hier manchmal gegen eine Wand von Überzeugungen zu diskutieren, die sich zwar einerseits einen wissenschaftlichen Anstrich gibt, andererseits aber kaum zur sorgfältigen Quellenlektüre bereit zu sein scheint, das legt mir den Verdacht nahe, dass ich manchmal zu viel Geduld aufbringe.

    Ich hoffe jedenfalls, dass Sie diesem kleinen Ausflug in die Welt des wissenschaftlichen Bloggens auch etwas Positives abgewinnen konnten und Sie es in Zukunft einmal wieder probieren, dann vielleicht in einem Forum, in dem sich mehr Fachwissenschaftler aus ihrer eigenen Disziplin bewegen.

  11. @Volker Herzog: Arroganz

    Ich danke Ihnen für die Mühe. Ihre letzte Antwort finde ich allerdings ärgerlich arrogant.

    Es ging hier unter anderem um eine Kritik von Youngson und Whitelaw, in der sie die Existenz adaptiver transgenerationaler epigenetischer Vererbung bei Tieren bestreiten.

    Beide erfüllen die Voraussetzungen:

    „1. das Lesen und die Kenntnis des zugrunde liegenden Textes
    2. die Kenntnis oder das Studium der zitierten Primärliteratur
    Hilfreich wäre außerdem, dass man dem Fachgebiet nicht ganz fern steht.“

    Die ’seltsamen‘ und ‚bizzaren‘ Ideen stammen aus deren Paper. Dazu schreiben Sie: „Die von Ihnen zitierte Arbeit beschreibt die direkte Beeinflussung der F2-Generation (transgenerational effects) im Gegensatz zur transgenerational inheritance in den oben genannte Beispielen.“

    Haben Sie das Paper wirklich gelesen? Es beschreibt genau die ‚oben genannten Beispiele‘ und schlägt eine alternative Erklärung vor. Und das ist genau der strittige Punkt. Wir haben eine Beobachtung und zwei alternative Erklärungen:

    1. transgenerational effects
    2. transgenerational inheritance

    Ich hätte mir gewünscht, die Stärken und Schwächen dieser Alternativen zu diskutieren. Mit arroganten Attacken auf die Diskussionskompetenz der Gesprächspartner kommt man da allerdings wirklich nicht weiter.

  12. @ Bolt: Danke, das reicht jetzt

    Wer hier in der Diskussion mit einem provokanten „Das war’s?“ und „als Kenner sollten Sie’s ja wissen“ anfängt zu sticheln, obwohl der Gastbeitrag erst mal von einem völlig (an unserem ursprünglichen Dissenz) unbeteiligten Dritten geschrieben wurde, der beschwere sich hier am Ende nicht.

    Es ist (leider) deutlich geworden, dass hier keine Einigung möglich ist. Damit ist die Diskussion beendet.

  13. Schade, dass Herr Herzog sich so schnell verabschiedet hat (angesichts des Umstandes, dass er hier als Gastautor geschrieben hat, werde ich mich dazu aber nicht weiter äußern). Ich hätte gerne noch ein wenig weiterdiskutiert, um einige Fragen und mögliche Missverständnisse zu klären. Aber gut…

    Das Gebiet der Epigenetik erlebt ja derzeit einen regelrechten Hype, fast mehr noch als die Hirnforschung. Alles Mögliche glaubt man mittels epigenetischer Mechanismen erklären zu können (zur Erinnerung: Letztens wurde hier auf dem Blog eine Medizinerin zitiert, die für die Erklärung der Wirksamkeit homöopathischer Mittel die Epigenetik in Anspruch nahm).

    So ist es doch verständlich, dass kritisch nachgefragt wird, wenn es darum geht, wie erworbene Eigenschaften mittels epigenetischer Mechanismen vererbt werden können. Ich finde, so wie die Aussagen Hirnforschung gehören auch bestimmte Aussagen der Epigenetikforschung „auf den Prüfstand“. Nicht alles, was unter dem Stichwort „Epigenetik“ durch die Medien geistert, ist wissenschaftlich fundiert.

    Zur Sache vielleicht noch folgendes:

    Volker Herzog vergleicht das „Epigenom“ mit einem Dirigenten, „der über das Instrumentarium (Gene) das Konzert (den Organismus) zustande bringt“. Dieses an sich schöne Bild kann ergänzt werden: Da wäre zum einen die Notation (die genetische Information), die dem Dirigenten recht genau vorschreibt, wie er den Taktstock zu schwingen hat, und zum anderen wäre da der Konzertsaal (die Umwelt), an dessen Bedingungen der Dirigent die Ausführung des Konzerts etwas anpassen kann. Wenn eine Aufführung gelungen ist, kann (drittens) eine Abschrift der Notation angefertigt werden (die transgenerationale Vererbung der genetischen Information). In dieser gibt es leichte Abweichungen von der Urschrift, die in der Regel aber nicht vom Dirigenten stammen (Modifikationen, die für einen bestimmten Konzertsaal richtig und sinnvoll waren, könnten im nachfolgenden Saal für die Neu- bzw. Wiederaufführung von Nachteil sein).

    Entscheidend bei diesem Szenario scheint mir zu sein, dass der Dirigent nicht über eigene (intrinsische) Informationen verfügt, wie es der Begriff „Epigenom“ vielleicht nahe legen könnte. Und dass der Dirigent als Teil des Phänotyps vermutlich nicht mehr zur Evolution des Musikstücks beitragen kann wie die übrigen Teile des Phänotyps auch.

  14. Unabhängige Evidenz zur Diskussion

    Zur Unterstützung des Punkts Herrn Herzogs hier eine Erfahrung, die ich auf dem Rückweg vom WC am schwarzen Brett meines Instituts machte:

    BCN Symposium Epigenetics of behavior

    In spite of the previously assumed dominance of the DNA sequence in the determination of phenotypic traits, the influence of environmental factors is increasingly recognized … The influence of epigenetic transcriptional regulation is profound and may inherit over several generations. (aus dem Abstract)

    Morning Session

    David Crews (University of Texas at Austin): Interaction of Transgenerational Epigenetic Alterations and Stress During Adolescence in Shaping the Adult Phenotype

    Groningen School of Behavioral and Cognitive Neurosciences

  15. Bisher konnte z.B bei Pflanzen nachgewiesen werden, dass epigenetische Modifikationen stabil bis zu 8 Generetaionen weitervererbt werden konnten. Bei Säugern gehen bisherige Kenntnisse von einigen wenigen Generationen (2-3) aus. Das Problem bei der Sache ist eben, dass epigenetische Modifikation sehr dynamisch sind und sich ständig aufgrund von Umweltbedingungen verändern können. Das haben schon zahlreiche Zwillingsstudien bewiesen. DIE Theorie, wie eine Weitervererbung ausschauen kann, gibt es noch nicht, so geht man derzeit von unterschiedlichen Hypothesen aus. Falls noch weitere Fragen bestehen sollten, immer her damit ^^

  16. @Sebastian R.

    Ja sicher gibt es noch Fragen :-):

    Wenn es denn schon „DIE Theorie, wie eine Weitervererbung [erworbener Eigenschaften] ausschauen kann“, nicht gibt, gibt es denn wenigstens ein schlagendes Beispiel für eine solche Weitervererbung, vorzugsweise bei einem Säuger?

    Damit man von einer Vererbung einer erworbenen Eigenschaft sprechen kann, muss doch zunächst der Elter-Organismus (F0-Generation) durch Umwelteinflüsse eine bestimmte Eigenschaft erwerben, die dann über eine Modifikation der DNA der Keimzellen (F1-Generation) an die nachfolgende Generation weitergegeben wird, so dass diese Nachkommen die gleiche Eigenschaft aufweisen wie das Eltertier.

    Wenn die Umwelteinflüsse direkt auf die Keimzellen einwirken und nicht zu entsprechenden phänotypischen Veränderungen im Eltertier führen, ist es m.E. keine Vererbung im eigentlichen Sinne. Oder wie siehst Du das?

  17. @Balanus

    Das klassische Säuger-Beispiel ist die genomische Prägung oder wie man im Englischen sagt „Genomic Imprinting“. Dabei werden Allele spezifisch danach exprimiert von welchem Elternteil (Mutter oder Vater) sie stammen. Wie das Ganze funktioniert, kannst du im englischen Wikipedia hier nachlesen, es sei aber erwähnt, dass die Vererbung eben nicht nach den klassischen mendelschen Gesetzen erfolgt. Die Prägung wird nämlich in der frühen Phase der Keimzellenentwicklung gelöscht und in der späteren Phase geschlechtsspezifisch wieder reprogrammiert. Nach einer Befruchtung wird die genetische Prägung dabei zunächst aufrechterhalten und in dem sich entwickelnden Organismus weitergegeben. In den frühen Entwicklungsstadien der Keimzellen des neuen Organismus wird das Imprinting dann gelöscht (das ganze Genom der Keimzellen wird demethyliert) und in einem späteren Zeitpunkt der Keimzellenentwicklung reprogrammiert (de-novo-Methylierung). Einen großen Anteil an diesem Prozess haben dabei DNA-Methyltransferasen (insbesonders Dnmt1, Dnmt3a und Dnmt3b), die besonders mit sogenannten CpG-Dinukleotiden „zusammenarbeiten“. Ein Genlocus, der hinsichtlich der Epigeneik gut untersucht ist, ist der Agouti-Locus der Maus, der für ein inhibitorischen Liganden von Melanocortin-Rezeptoren kodiert und somit für die Haarfarbe der Maus verantwortlich ist.

  18. @Sebastian

    Besten Dank für die ausführliche Antwort und die vielen Links, aber meine Frage zielte eigentlich speziell auf den Vorgang der Vererbung individuell erworbener Eigenschaften. So etwas wäre theoretisch ja durchaus vorstellbar. Kennt man da Beispiele?

    Wenn zum Beispiel ein Mauselternteil durch entsprechende Fütterung eine andere Haarfarbe bekäme und diese neue Eigenschaft via Transfer in die Keimzellen und epigenetischer Modifikation später dann an die Nachkommen weitervererben würde, dann wäre das m.E. eine echte epigenetische Vererbung einer individuell erworbenen Eigenschaft.

    Aber so läuft das ja nicht bei den Versuchen mit den Agouti-Mäusen, wenn ich mich nicht irre…

    (P.S. Wieso muss ich hier neuerdings keinen Zahlencode mehr eingeben?)

  19. @Balanus

    Die Vererbung individuell erworbener Eigenschaften ist durchaus vorstellbar, das hat Lamarck im 19. Jahrhundert schon in seiner Hypothese „Inheritance of acquired characteristics“ ausgedrückt, was allgemein als Lamarckismus bekannt ist. Zwar deuteten erste Experimente daraufhin, dass diese Hypothese falsch sei, aber heutzutage gibt es durchaus immer mehr Beweise, dass erworbene Eigenschaften etwa durch Methylierungsmuster weitergegeben werden können. Beispiele findest du hier unter „Current views“ und in den entsprechenden verlinkten Publikationen. Man muss allerdings sehr vorsichtig sein und genaue experimentelle Nachweise vorlegen können, um so etwas zu beweisen, da eben noch nicht so viel über diesen Mechanismus der Vererbung erworbener Eigenschaften bekannt ist. Es ist aber möglich.

    Bei den Experimenten mit den Agouti-Mäusen kam das raus, was du in deinem Kommentar bereits richtig vermutet hast. Die Mäuse, die einer speziellen Diät ausgesetzt wurden, änderten zwar nicht direkt ihre Fellfarbe, aber die Diät beeinflusste den Phänotypen der Nachkommen, was du in dieser Studie in den „Results“ nachlesen kannst.

    Das mit dem Zahlencode frage ich mich gerade auch!

  20. @Sebastian

    Unter „Current views“ auf Wikipedia wird exemplarisch eine Studie zitiert, in der Hennen unter Stress ein bestimmtes Futtersuch-Verhalten zeigten, welches dann auch beim Nachwuchs, den Kücken, beobachtet werden konnte.

    So etwas würde ich nun eben gerade nicht als Vererbung eines individuell (eben von der Henne) erworbenen Merkmals bezeichnen wollen. Einfach deshalb, weil die Eizellen, aus denen die Kücken hervorgegangen sind, ebenfalls diesem Stress ausgesetzt waren, wenn auch indirekt über den mütterlichen Organismus. Der Stress der Hennen hat schlicht und einfach mittels bestimmter physiologischer Mechanismen die Entwicklung der Eier beeinflusst. Vererbung sieht anders aus, finde ich.

    Entscheidend für die Frage der Vererbung durch epigenetische Modifikation ist doch, wer _wirklich_ die epigenetische Modifikation aufgrund irgendwelcher Umwelteinflüsse erwirbt. In den mir bekannten tierischen Beispielen waren das allem Anschein nach die Nachfolgegenerationen, also Keimzellen, Embryonen und/oder Keimzellen in die Embryonen. Man könnte also sagen, die so genannte Vererbung erworbener Merkmale durch epigenetische Modifikationen der DNA ist nichts weiter als eine Form der phänotypischen Plastizität.

  21. @Sebastian

    Unter Vererbung verstehe ich schlicht die Weitergabe von Eigenschaften und Merkmalen der Parental-Generation(P oder F0) an die nachfolgende Filial-Generation (F1).

  22. Über Vererbung

    Die Entwicklungssystemtheorie (im Folgenden EST abgekürzt) hat auch zu einer neuen Vorstellung von Vererbung geführt. Als deren Träger gelten traditionell die Gene sowie neuerdings in begrenztem Maß auch so genannte epigenetische Veränderungen an den Chromosomen durch angeheftete chemische Gruppen, die von einer Generation an die nächste weitergegeben werden. Dieser klassichen Auffassung hält die EST entgegen, dass bei der Entstehung eines neuen Organismus – sei es ein primitives Bakterium, eine Pflanze oder ein Tier, der Mensch eingeschlossen – stets eine komplette „Entwicklungsmatrix“ weitergereicht wird. Sie umfasst die Gesamtheit aller Faktoren, die es braucht, um neues Leben in Gang zu setzen. Neben der DNA gehören dazu also Tausende von Proteinen, Zellmembranen und kleineren Molekülen.

    Weber, M. (2011). Ursache und Wirkung – am Beispiel der Gene. Spektrum der Wissenschaft, Juni 2011, S. 62f.

  23. Nachtrag /@Sebastian R.

    Ein „richtiges Beispiel“ für eine ‚epigenetische Vererbung‘ wäre etwa die Weitergabe von bestimmten Verhaltenseigenschaften durch Tradition, was zumindest bei höheren Tieren inklusive Mensch vorkommt.

    Aber auch, wenn ein Organismus beispielsweise eine bestimmte Immunkompetenz erwürbe und diese an den Nachwuchs irgendwie weitergäbe, könnte man m.E. von einer ‚epigenetischen Vererbung‘ einer erworbenen Eigenschaft sprechen.

  24. @Entwicklungssystemtheorie (EST)

    Marcel Weber schreibt, dass gemäß der EST „bei der Entstehung eines neuen Organismus – sei es ein primitives Bakterium, eine Pflanze oder ein Tier, der Mensch eingeschlossen – stets eine komplette ‚Entwicklungsmatrix‘ weitergereicht wird.“
    In der Tat, Vererbung erfolgt bei Vielzellern mittels kompletter Gameten und nicht durch reinen DNA-Transfer. Aber die so genannte Erbinformation steckt nun mal in der DNA (sofern diese sich in der richtigen zellulären Umgebung befindet).

    Laut M. Weber gehen manche Entwicklungssystemtheoretiker „sogar so weit, den Genen jegliche besondere Rolle in der Entwicklung eines Organismus abzusprechen“. Damit wäre dann wohl auch der nicht umkehrbare Informationsfluss von den Nukleinsäuren zu den Proteinen (Cricks zentrales Dogma der Molekularbiologie) obsolet. Aber so genau blicke ich da noch nicht durch, gut möglich, dass an diesem Dogma (noch) nicht gerüttelt wird.

    (Man müsste mal eruieren, wie Entwicklungssystemtheoretiker die Rolle der Gene bzw. DNA in der Evolution sehen.)

  25. Über die Entwicklungssystemtheorie habe ich mich hier schon ausgelassen, da sie für mich absolute Hirnblaserei ist und es so leider auch gesagt werden muss. Kein Wunder also, dass sich Biologen für sie nicht interessieren. Wer meint, Gene hätten nichts mit Entwicklung zu tun, der sollte wieder in die Schule gehen. Wer meint, andere Proteine und Nukleinsäuren, die im Ei deponiert werden, sind für eine Entwicklung wichtig, mit dem kann man sich gerne unterhalten, da dies in gewisser Hinsicht richtig ist, aber eigentlich auch nur für bestimmte Tiere gilt und für den Menschen z.B. nicht. Dass eine „Entwicklungsmatrix“ – wie es genannt wird – weitergegeben wird – das wissen wir schon seit Jahrzehnten, das ist nichts Neues. Und so weiter…

    @Balanus: Bestimmte Verhaltenseigenschaften, alles klar, ich behalte das mal im Hinterkopf und falls ich zu dem Thema mal wieder etwas Neues lesen sollte, werde ich mich hier melden! Epigenetik ist im Moment einfach noch ein zu „chaotisches“ Forschungsgebiet, in dem erst einmal ordentlich Grundlagenforschung betrieben werden muss, da sie halt nichts mit der klassischen mendelschen Genetik zu tun hat und so noch extensivere Studien durchgeführt werden müssen. Möchte dich jetzt hier auf keinen Fall abwimmeln, aber solche Beispiele, wie von dir angesprochen, sind mir leider nicht bekannt und ich kann so nichts Beitragendes mehr dazu sagen.

    Evtl. noch eines, und zwar Verhaltenseigenschaften sind so gut wie immer polygenen Ursprungs, sprich, es gibt nicht immer nur ein Gen, welches ein Merkmal beeinflusst, sondern es ist die Interaktion vieler Gene. Das macht eine Untersuchung natürlich schwieriger. Zum Beispiel der Immunkompetenz müsste man sich dann erst einmal fragen, ob sie durch Mutation der DNA erworben wurde oder eben nur durch eine chemische Modifikation…alles nicht so einfach…

  26. @Balanus

    Das könnte was für dich sein:

    „Researchers at the John Innes Centre have made a discovery, reported this evening (July 24) in Nature, that explains how an organism can create a biological memory of some variable condition, such as quality of nutrition or temperature. The discovery explains the mechanism of this memory – a sort of biological switch – and how it can also be inherited by offspring.“

    Mehr dazu hier.

  27. @Sebastian R.

    Danke für den Hinweis, den ich eben erst entdeckt habe. Aber eine transgenerationale Anpassung an kurzfristige Umweltänderungen ist nicht das, was ich unter „epigentischer Vererbung erworbener Eigenschaften“ (im Sinne Lamarcks) verstehe.

  28. Neuer Befund

    Prenatal stress influences adult cognition and behaviour, effects that are mediated, at least in part, by epigenetic changes. Morgan and Bale now show that the effects of prenatal stress on the masculinization of the brain can be transmitted to subsequent generations by epigenetic mechanisms.

    Nature Reviews Neuroscience 12, 548 (October 2011) | doi:10.1038/nrn3109

    Morgan, C. P. and Bale, T. L. Early prenatal stress epigenetically programs dysmasculinization in second-generation offspring via the paternal lineage. J. Neurosci. 31, 11748–11755 (2011).

  29. Neuer Befund

    -Transgenerational epigenetic inheritance of longevity in
    Caenorhabditis elegans
    The manipulation of chromatin modifiers in parental-generation C.
    elegans roundworms extends the lifespan of the descendents for three
    more generations. These findings imply that chromatin changes in
    parents are not entirely reset between generations, and provide the
    first evidence for epigenetic inheritance of lifespan.

    (Nature vom 17. November 2011)

  30. Fehlend

    Mir persönlich fehlt bei diesem Beitrag von Volker Herzog, die Erwähnung eines 3. Weges zur Veränderung des Epigenoms und zwar die Funktion der Mikro-RNAs, für deren Entdeckung Andrew Fire und Craig Mello 2006 den Nobelpreis bekamen. Diese Art der Regulation ist mir zu wichtig, als dass man sie hier einfach vernachlässigen könnte.

  31. Falsche Vorstellung

    @Belanus
    Wenn ich Sie richtig verstanden habe, dann glaube ich, unterliegen Sie einer etwas falschen Vorstellung, was tatsächlich unter epigenetische Veränderung bzw. Vererbung fällt. Erlauben Sie mir zu berichtigen: Die Überlegung, dass eine „Vererbung“ in traditioneller Weise von der Genetik, auf die Epigenetik übertragen werden kann, ist so nicht korrekt. Bei der Epigenetik werden ja nciht die vorhandenen Gene verändert, sondern nur deren STRUKTUR. Dies führt, wie schon im ursprünglichen Beitrag erwähnt, zu einer Aktivierung bzw. Deaktivierung bestimmter Gene und Genabschnitte. Diese Veränderung wiederum kann sich auf den Organismus in vielfältiger Weise auswirken:

    1. Durch die Modifikation der Genstruktur, werden bestimmte Krankheiten oder Immunerscheinungen hervorgerufen. Dies macht sich in der Regel schon bei der ‚Parental‘-Generation bemerkbar.
    2. Es kommt zu einer Hemmung in der Produktion bestimmter Proteine, beispielsweise durch unterschiedliche Formen der Heterochromatinstrukturen (unterschiedliche ‚Verpacktheitsgrade‘). Dies wäre ein Resultat der Histonmodifikation.
    3. Eine Hemmung bestimmter Proteine bzw. die Aktivierung oder Deaktivierung einzelner DNA-Abschnitte, mit Hilfe der Mikro-RNA-Bruchstücke.

    Diese unterschiedlichen Formen, können zu Veränderungen im Epigenom führen und damit auch zu einer Veränderung des Erbguts (der Struktur)

    Dies als kurzes Vorwort.

    Ich greife jetzt ihr Beispiel mit der Henne auf, die ihre ‚Fresssucht‘ and die F1-Generation übergeben hat. Sie meinen diese ‚Vererbung‘ sei nur durch die Einwirkung des Stress auf die Keimzellen im mütterlichen Organismus? Damit haben Sie recht! Nur übersehen sie, dass dies ein Beispiel für genomische Prägung und somit für epigenomische Vererbung ist. Die Veränderung des Epigenoms der Henne durch Stress und die Weitergabe dieser Modifikation, entspricht dem, das man gemein hin als epigenomische Prägung bezeichnet. Wenn Sie davon ausgehen, dass nur die Vererbung erworbener Eigenschaften bei der ‚Parental‘-Generation, als Vererbung anzusehen ist, dann ist die klassische Vererbung keine Vererbung mehr. Die Weitergabe bei der klassichen Mendelschen Vererbung kommt ja nicht durch das Erwerben bestimmter Eigenschaften zu Stande, sondern durch das Neukombinieren der Gene in der F1 Generation, mit Hilfe der Chromosomen aus der ‚Parental‘-Generation. Bei der klassischen Vererbung kommt es NICHT vor, dass F1-Abkommen plötzlich Gene bzw. Eigenschaften aufweisen, die weder bei der väterlichen noch bei der mütterlichen Keimzelle vorhanden sind. Dies wäre ja auch nicht möglich ;). Dies ist dann natürlich bei dem Epigenom auch nicht der Fall. Die epigenomische Veränderung, kann nur darin resultieren, dass die aktive Genstruktur verändert oder weiter ‚vererbt‘ wird.
    Sobald die F1-Generation eine Fähigkeit aufweist, die nicht durch die Gene der ‚Parental‘-Generation vorgegeben ist, oder sonst bei dieser auftritt, dann liegt dies rein an der Veränderung des Epigenoms der F1-Generation und an nichts anderem.
    Mit freundlichen Grüßen
    D.Vester

  32. Epigenetics: Core misconcept

    Für alle an „Epigenetik“ Interessierte hier ein aktueller Artikel von Mark Ptashne über die Unsitte, Histon-Modifikationen der DNA als „epigenetisch“ zu bezeichnen. Nachfolgend ein Auszug aus dem letzten Absatz:

    And so, in the modern parlance we have epigenetic changes as a subset of gene regulatory changes (i.e., self-perpetuating changes); and in the older Waddington sense we could refer to all developmental gene regulation (including signaling) as “epigenetic.” But in neither case is it correct to refer to nucleosome modifiers as “epigenetic”—they, like the very many proteins recruited to genes by specific transcription regulators, are parts of a response, not a cause, and there is no convincing evidence they are self-perpetuating. Labeling histone modifications “epigenetic,” moreover, obscures what we know.

    Proc Natl Acad Sci U S A. 2013 April 30; 110(18): 7101–7103.

    http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3645541/#!po=7.14286

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