Was ist Epigenetik?
- Zentrales Konzept der evolutionären Entwicklungspsychologie
- Frage nach Gen-Expressionen statt Genen –> Zusammenhang Geno- und Phänotyp/Onto- und Phylogenese
Wer begründete die Epigenetik?
Conrad Hal Waddington (theoretische Biologie)
“Epigenetik ist die Beschreibung derjenigen Prozesse, anhand derer der Genotyp eines evolvierenden Organismus in einer koordinierten Weise auf die Umwelt antworten kann.”
- Konzepte der inneren und äußeren Umwelt
- Konzept der Emergenz (Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.)
Waddington war zwar sehr anerkannt aufgrund anderer Arbeiten, erhielt jedoch zu Lebzeiten für seine epigenetischen Ideen keine Anerkennung
Was war Waddingtons Metapher von der epigentischen Landschaft?
- “Ontogenetische Landschaft”, die den Weg der Kugel bestimmt
- deterministisch
- Entwicklung der Zelltypen nach den ersten Zellteilungen
Welche Beispiele zum Zusammenspiel von Ontogenese und Epigenetik gibt es?
- Unterschiedliche Gewebetypen haben die gleiche DNA (Milieubedingte innere Einflussfaktoren?)
- Zwillinge entwickeln Unterschiede im Phänotyp, Verhalten, in Bezug auf Präferenzen und Erkrankungen
- Genomic Imprinting
Was ist Genomische Prägung?
- ca. 1% aller Gene betroffen
- elternspezifische Ausprägung einer genetischen Anlage
genetische Informationen gelangen nur zur phänotypischen Ausprägung, wenn es von einem der Elternteile kommt
Was sind Beispiele für Genomic Imprinting?
- Prader-Willi-Syndrom
- Maultier und Maulesel
Was ist das Prader-Willi-Syndrom?
- Ursache meist unvollständige Genkopie vom Vater
- Chromosomenabschnitt 15q11-13: Imprinting –> bestimmte Gene sind ausschließlich auf dem vom Vater stammenden Chromosom und andere nur auf dem der Mutter aktiv
- Gewisse väterliche Gene werden nicht exprimiert und entspr. Abschnitte auf dem mütterlichen Chromosom sind stets stillgelegt –> Genprodukt fehlt komplett
- Ursache: mangelhafte Produktion des Gonadotropin-Releasing Hormons durch Hypothalamus in der Fötalphase
Welche Erkenntnisse zur Rolle der Epigenetik gibt es bei Krankheitsentwicklungen?
- Anfangs Hinweise auf Methylisierungsprozesse während der Schwangerschaft –> hieraus resultierten beispielsweise einige der bekannten Erkrankungen bei der neuronalen Entwicklung (Prader-Willi- und Angelmann-Syndrom)
- Krebsforschung: erste Hinweise für ontogenetisch später einsetzende Prozesse der Epigenetik: Inzwischen bekannte Zusammenhänge zwischen epigenetischen Prozessen und mehr als 2 Dutzend Krebsarten (z.B. Prozesse der (aktiven) Tumorsuppression)
- Zwillingsforschung: Erklärungsbedürftig, warum 1-eiige Zwillinge mit identischem Genom nicht stets die gleichen Erkrankungen entwickeln
Frage: Ändern Erfahrungen das Genom, und existiert hier eine Art Epi-Genom?
Welche Befunde zum Early Care-Giving Environment gibt es im Tiermodell?
Es liegt nahe, besonders extreme Formen früher Kindheitserfahrungen zu untersuchen, wie Vernachlässigung oder Missbrauch.
- Untersuchungen an Nagetieren, bei denen Reaktivität des Adrenalin-und Corticoid- Komplexes untersucht wurde
- Variiert wird mütterliche Zuwendung und Fürsorge (hoch versus niedrig)
- Bei hoher Zuwendung ist hormonale Reaktion der jungen Tiere auf Stress geringer ausgeprägt
- Adrenalin- und Corticoid-Reaktionen werden durch Hypothalamus gesteuert –> Hypothese: Mütterliche Zuwendung beeinflusst in einem „early-care-giving-environment“ die Funktionsweise des Hypothalamus und die entsprechenden hormonellen Regelkreise
Was ergaben die Early Care-Giving Environment Untersuchungen von Oberlander et al. (2008) beim Menschen?
- Mütter, die während der Schwangerschaft Serotonin-Wiederaufnahme-Hemmer erhielten, zeigen eine erhöhte Methylierung des Rezeptorgens für Gluco-Corticoide
- Im Alter von 3 Monaten zeigen solche Kinder stärkere Reaktionen des hypo- thalamatischen Adrenalinkomplexes auf Stress
Was ergaben die Early Care-Giving Environment Untersuchungen von McGowan (2009) beim Menschen?
Suizidale Personen mit vs. ohne Geschichte frühkindlichen Missbrauchs: Bei Personen mit negativen Erfahrungen in der Kindheit lagen Änderungen in der Expression von Stress-Hormon-Rezeptoren vor
Können epigenetische Änderungen über mehrere Generationen stabil bleiben – also nicht nur für (ontogenetische) Mitose, sondern auch (intergenerationale) Meiose?
Tiermodell
Studien mit Nagetieren: Transgenerationale Effekten von endokrinen Beeinflussungen während der Schwangerschaft –> beeinflusst die Spermienproduktion und die Partner-Präferenzen der männlichen Nachkommen bis in die vierte Generation
* Transgenerationale Effekte in Bezug auf Angstreaktionen infolge beeinträchtigter mütterlicher Sorge für den Nachwuchs bei Mäusen
* Effekte sind (aus ontogenetischer Perspektive) reversibel; wiederum scheint es kritische und kompensatorische Zeitfenster zu geben
Wie zeigen sich epigenetische Prozesse über mehrere Generationen beim Menschen?
- Sehr bekanntes Beispiel: Epigenetische Wirkungen oder Hinweise auf solche Effekte nach katastrophaler Nahrungsversorgung (hier: 2. Weltkrieg);
Ähnliche Untersuchungen: Kohorten mit Hunger-Erfahrungen vs. Nahrungsüberfluss in Schweden - Hierbei beobachten wir Einflüsse auf Kardiovaskuläre Erkrankungen, Diabetes und Lebenserwartung auch zwei Generationen später; in höherem Maße geschlechtsspezifisch (Großmütter –> Enkelinnen; Großväter –> Enkel)
- Hier auch Bezüge zur Theorie der gelernten Hilflosigkeit: Unvorhersehbarkeit und Unkontrollierbarkeit negativer Erfahrungen wirken besonders negativ
Welche Befunde gibt es zu epigenetischen Prozessen und seelischen Erkrankungen?
- Mill & Petronis (2007): Hinweise auf Wechselspiel von Genom und Epigenetik in Bezug auf Erklärung von Depression, analog zu einem Diathese-Stress-Modell
- Berton et al. (2006): Tiermodell der Depression liefert Anhaltspunkte dafür, dass diese durch einen gehirn-relevanten neurotrophen Faktor (brain derived neurotrophic factor; BDNF) vermittelt ist
- Poulter et al. (2008). Erhöhte Methylisation des fronto-polaren Cortex bei schwer depressiven suizidalen Personen.
- Das Protein Reelin dient der Ausbildung und Modulation von GABA-relevanten Neuronen. Schizophrene Personen weisen hier besonders niedrige Konzentrationen auf. Hier könnten Methylisations-Prozesse verantwortlich sein (Tsankova et al., 2007).
- Wir wissen zudem, dass schizophrene Patienten überdurchschnittlich häufig Erfahrungen von Misshandlung oder Missbrauch gemacht haben
Was sind epigenetische Prozesse und Befunde der Arbeitsgruppe um Lan Ma?
Nature Communications (2017): Drug-seeking motivation level in male rats determines offspring susceptibility or resistance to cocaine-seeking behaviour
- Identifikation männlicher Ratten, die leicht kokainabhängig werden, im Vergleich zu einer Kontrollgruppe, für die das Gegenteil gilt.
- Bestimmung der Wahrscheinlichkeit, mit welcher deren Nachkommen ebenso leicht abhängig werden: hier gibt es genetische Linien.
- Bestimmung der Aktivitätsmuster von Zellen im Nucleus Accumbens bei diesen Ratten – dies ist für beide Gruppen verschieden.
- Es gibt epigenetische Markierungen (Methylierung) in den Spermien der besonders leicht abhängig werdenden Tiere – diese werden in der Ontogenese erworben und weitergegeben.
Was sind die Befunde zu Fruchtfliegen von Giacomo Cavalli (u.a. 2017)?
- Identifikation genetisch identischer Fruchtfliegen, deren Augenfarbe variiert (weiß, gelb, rot).
- Paarungsrestriktion: nur noch Exemplare mit gleicher Augenfarbe dürfen sich paaren, über viele Generationen. Befund: diese bleiben genetisch identisch.
- Identifikation von epigenetischen Markierungen, die sich im Laufe der Linienbildung häufen und eine bestimmte Augenfarbe immer wahrscheinlicher machen.
- Eine Zurücksetzung der epigenetischen Markierung führt dann zurück zu einer der früheren Augenfarben.
