Dienstag, Juli 23, 2024

Unsterblich Episode 11: Was ist Epigenetik?

Was hat die Epigenetik mit dem Altern zu tun? Reneé Schröder erklärt in Episode 11, das und auch was es mit dem Verhalten, Umwelt und der Regulierung unserer Gene zu tun hat.

Genetik ist die Vererbungslehre! Die stammt von Gregor Mendel und seine Gesetze lernen wir in der Schule. Und was ist „Epigenetik“? Epi heißt auf Griechisch „darüber“; das bedeutet, die Epigenetik legt sich über die Genetik. Im wahrsten Sinn des Wortes. Die Epigenetik ist ein Prozess, der kleine chemische Moleküle an die DNA anhängt und dadurch bestimmen kann, ob ein Gen eingeschaltet werden kann, oder stillgelegt wird.

Die Epigenetik beantwortet Fragen wie: Warum ist eine Leberzelle so anders als eine Muskelzelle, obwohl sie die gleichen Gene hat? Warum ist die Bienenkönigin so anders als die Arbeiterinnen, obwohl sie die gleichen Gene hat? Warum haben Frauen mit zwei X-Chromosomen kein Gen-Dosis Problem?

Die Epigenetik untersucht, wie Verhalten und Umgebung Veränderungen hervorrufen können, die sich auf die Funktionsweise Ihrer Gene auswirken. Im Gegensatz zu genetischen Veränderungen sind epigenetische Veränderungen reversibel und verändern nicht Ihre DNA-Sequenz, sie können jedoch die Art und Weise verändern, wie Ihr Körper eine DNA-Sequenz liest. Nach jeder Zellteilung müssen die epigenetischen Marker gleich wieder angelegt werden, sonst geht die Information verloren. Die epigenetische Regulierung von Genen ist nicht stabil und braucht regelmäßig Aktivität.

Verpackung der DNA in Chromosomen: Euchromatin versus Heterochromatin

Die DNA einer menschlichen Zelle wäre zwei Meter lang, wenn sie nicht kontrolliert verpackt werden würde. Wie bereits in Episode 9 gezeigt, wird die DNA-Doppelhelix um Histon-Proteine gewickelt. Diese Verpackung kann locker sein, sodass die Information zugänglich und Aktivierung der Gene auf der DNA ohne weiters möglich sind (Euchromatin), oder sie kann epigenetisch markiert werden, um so dicht verpackt zu sein, dass die Gene darunter stillgelegt sind. Dieser Zustand wird dann Heterochromatin genannt.

Bildquelle: https://wasistderunterschied.com/14-unterschied-zwischen-euchromatin-und-heterochromatin/?utm_content=cmp-true

CpG Inseln

Die DNA besteht ja aus 4 verschiedenen Basen: Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Die Reihenfolge dieser 4 Basen ist die Art und Weise, wie die genetische Information gespeichert wird. Eine bestimmte kurze Reihenfolge, nämlich ein Cytosin gefolgt von einem Guanin, kommt in höheren Organismen vermehrt kurz vor dem Anfang von Genen gehäuft vor, während es im Rest des Genoms eher selten ist. Diese gehäuften CG-Folgen nennt man CpG Inseln und diese spielen eine zentrale Rolle bei der Epigenetik. Das C in der CpG Insel wird chemisch verändert, indem eine Methyl-gruppe (CH3-) angehängt wird. Das ist ein grundlegender epigenetischer Marker, der bewirkt, dass das Gen anschließend epigenetische stillgelegt werden könnte.

Bildquelle: Helixitta, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47075331

Das epigenetische Alter

Aktuelle Forschungsergebnisse legen nahe, dass die Epigenetik, insbesondere die DNA-Methylierung, eine mechanistische Rolle beim Altern spielt. Epigenetische Uhren, die Veränderungen an einigen hundert spezifischen CpG-Stellen messen, können das chronologische Alter einer Vielzahl von Arten, einschließlich des Menschen, genau vorhersagen. Diese Uhren sind derzeit die besten Biomarker zur Vorhersage der Sterblichkeit beim Menschen. Mit dem Alter verändern sich die Methylierungen an diesen CpG Inseln in beide Richtungen: Hypo- und Hyper-methylierungen. Das Methylierungsmuster der CpG Inseln sind Indikatoren des Gesundheitszustandes bei alten Menschen.

Wie kann man das biologische Alter bestimmen?

Das kalendarische Alter zählt man einfach als Jahre seit der Geburt eines Menschen. Das ist eine sichere Voraussage. Jedoch unterscheiden sich kalendarisch gleichaltrige Menschen stark in vielerlei Hinsichten, je nach ihrer Lebensweise und Gesundheit. Einige sterben mit 80 Jahren an Altersschwäche, andere werden 110. Was die Altersforschung lange gesucht hat, ist ein Biomarker, der zu verlässlich das biologische Alter bestimmen kann. Für die Bestimmung des biologischen Alters wird mit einem Wattestäbchen etwas DNA entnommen und ins Labor geschickt, wo der Methylierungszustand an über 100 CpG Inseln bestimmt wird. Daraus ist das biologische Alter ableitbar.

Situine und Sirtfood

Nicht nur die DNA wird epigenetisch markiert, auch die Histone, welche die DNA einwickeln werden epigenetisch markiert. Sirtuine sind Enzyme, welche die epigenetischen Marker verändern. Wir haben 7 Stück davon: Sirt1 bis Sirt7. Sirtuine werden immer dann besonders aktiv, wenn der Organismus seine Überlebenskräfte mobilisieren muss, so wie bei Nahrungsknappheit, bei vielen Arten von Stress wie Kälte, Hitze, Infektionen, Belastung etc. Sollte es gelingen, Sirtuine unabhängig vom Stress-Stimulus dauerhaft zu aktivieren, könnte dies zu einer verbesserten Lebensqualität bis ins hohe Alter führen (1).

Ganz spannend ist, dass man durch Veränderung der Lebensweise, sein biologisches Alter verbessern kann. Die Ernährung spielt eine wesentliche Rollte: die sogenannte „Sirtfoods“ sollen Sirtuine aktivieren. Hier eine Liste von Sirtfoods:   Gemüse (Tomaten, Brokkoli, Spinat, Kohl), Obst (Heidelbeeren, Trauben, Erdbeeren, Äpfel), Zwiebel, Knoblauch, schwarzer und grüner Tee, Kaffee, Kakao, Olivenöl, Walnüsse, Cashewkerne, Chilischoten usw.

Titelbild: Renée Schroeder / pixabay, Montage ZackZack


  1. Ein Artikel der Max Planck Gesellschaft: https://www.mpg.de/319215/forschungsSchwerpunkt

Autor

  • Renée Schroeder

    Renée Schroeder ist eine der führenden Biochemikerinnen Europas. Als Wittgenstein-Preisträgerin lehrte sie an der Universität Wien. Heute lebt sie auf dem Salzburger Leierhof und beschäftigt sich mit wilden Kräutern, die sie verarbeitet. Für ZackZack beschreibt sie die ebenso folgenreichen wie weitgehend unbekannten Entwicklungen der technischen Eingriffe in die Grundlagen unseres Lebens - bis hin zur Abschaffung des Alterns.

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