Thema:

Paperwelt

5-hmc: auf den Spuren der epigenetischen Reprogrammierung

Wie die Epigenome früher Säugerembryonen reprogrammiert werden, um totipotent zu werden und damit in jede Körperzelle differenzieren zu können, war bislang Gegenstand von Spekulationen. Denn zwar war bekannt, dass 5‘-Methylcytosine in der väterlichen und mütterlichen DNA der Zygote demethyliert werden. Doch lagen die molekularen Mechanismen, die den Vorgang vermitteln, bislang im Dunkeln.

Eine Forschergruppe unter Leitung von Jörn Walter von der Universität des Saarlandes in Saarbrücken hat nun erstmals nachgewiesen, dass die Abnahme von 5‘-Methylcytosin (5-mC) in väterlichen Vorkernen von Maus-, Kaninchen- und Rinder-Zygoten mit der Zunahme an 5-Hydroxymethylcytosin (5-hmC) korreliert und die Oxidase Tet3 durch Knock-out-Experimente als Katalysator der Modifikation identifiziert. Zugleich entdeckten die Forscher durch Ausschalten des entsprechenden Gens, dass ein Schutzprotein PGC7 die Konversion von 5-mc in 5-hmc in weiblichen Vorkernen verhindert. Die neuen Erkenntnisse unterstreichen, dass 5-hmc und Tet3 eine wichtige Rolle bei der Reprogrammierung in frühen Embryonen spielen.

LABORWELT:

Was sind Ihre wichtigsten Ergebnisse?

Walter:

DNA-Methylierung wird nicht einfach eliminiert, sondern als Hydroxmethylcytosin quasi zunächst nur maskiert. Diese Maskierung ist ein wichtiger Teil der epigenetischen Reprogrammierung in Zellen, so dass aus einer befruchteten Eizelle später pluripotente „Alleskönner“-Zellen werden.

LABORWELT:

Wie erklären sich die Unterschiede im Auftreten der Modifikation in männlichen und weiblichen Vorkernen von Säugerzygoten?

Walter:

Die mütterlichen Chromosomen, die in der Eizelle vorkommen, sind gegen die Enzyme, die die Oxidation von 5-mc in 5-hmc katalysieren, geschützt. Die väterlichen Chromosomen kommen dagegen in einer Form in die Eizelle, in der sie erst einmal entpackt werden und die DNA ungeschützt vorliegt, bevor sie wieder in Nukleosomen verpackt wird. In diesem Zwischenzustand ist die DNA offenbar zugänglich für die neue Modifikation.

LABORWELT:

Was ist der biologische Sinn dieses Unterschiedes?

Walter:

Das ist noch unklar. Ein biologischer Sinn könnte sein, dass die väterlichen Genome frühzeitig aktiviert werden, um sicherzustellen, dass die Genome kompatibel sind und die richtigen Gene für eine normale Entwicklung aktiviert werden. Dies würde eine frühzeitige Entscheidung darüber ermöglichen, ob eine Fertilisation erfolgt oder es zu ihrem Abbruch kommt, um nicht-funktionsfähige Schwangerschaften zu vermeiden.

LABORWELT:

Wie kam es zu der Idee, die Hydroxymethylierung zu untersuchen?

Walter:

Dass man die Methylierung über eine entsprechende Modifikation von der Base abspalten kann, ist relativ lange bekannt, wurde jedoch nicht überprüft, weil publizierte Ergebnisse lange dagegensprachen. Einen Anstoß, die Hydroxymethylierung noch einmal genau zu untersuchen, lieferten im Jahr 2009 Ergebnisse einer Gruppe, die von der Hydroxymethylierung in Purkinjezellen und embryonalen Stammzellen berichtete. 

LABORWELT:

Inwieweit handelt es sich bei der Hydroxymethylierung um einen konservierten und damit biologisch bedeutenden Mechanismus?

Walter:

Wir sehen Hydroxymethylierung bisher in drei Species, in der Maus, im Rind und in Kaninchen und wir wissen aus Daten unserer und anderer Gruppen, dass es auch in anderen Species so sein soll. Ich würde fast darauf wetten, dass es im Menschen genauso sein wird. Aber diese Untersuchungen werden wir nicht durchführen, da sie in Deutschland nicht zulässig sind.

LABORWELT:

Was bedeutet Ihre Entdeckung für die epigenetische Vererbung?         

Walter:

Sie deutet darauf hin, dass möglicherweise bestimmte Signale über eine gewisse Zeit vererbbar sind. Noch ein wenig unklar ist, wie lange und wie stabil diese zusätzliche Modifikation während der frühen Zellteilungen erhalten bleibt. Unsere ersten Befunde deuten aber darauf hin, dass sie stabil ist. Das würde bedeuten, dass über DNA-Methylierung möglicherweise mehr epigenetisch vererbt wird als bisher bekannt.   

LABORWELT:

In welche Richtung wird Ihre Gruppe nun weiterforschen?

Walter:

Wir werden die Auswirkungen der neuen Modifikation auf die frühe Vererbung, Stammzellbildung und die Entstehung von Krankheiten untersuchen.

Prof. Dr. Jörn Walter (Lehrstuhl für Genetik, Universität des Saarlandes in Saarbrücken) beschäftigt sich mit der Erforschung des Zusammenhanges epigenetischer Phänomene mit Entwicklungsvorgängen und Erkrankungen. Nach Studium und Promotion (1990) der Biologie an der Freien Universität Berlin forschte Walter am Max-Planck-Institut für molekulare Genetik und am BBSRC in Cambridge (UK), bevor er als MPI-Gruppenleiter (1994-2000) nach Berlin zurückkehrte, wo er sich 1999 habilitierte. Walter ist Mitgründer (1999) und wissenschaftlicher Berater der Berliner Epigenomics AG. Er koordiniert zahlreiche nationale und europäische Forschungsprogramme zur Epigenetik und Epigenomforschung.

Mehr zum Spezial

Magazin zum Thema

Laborwelt-Heftarchiv

Alle Ausgaben

  • 2/2017
  • 1/2017
  • 5/2016
  • 4/2016
  • 3/2016
  • 2/2016
  • 1/2016
  • 5/2015
  • 4/2015
  • 3/2015
  • 2/2015
  • 1/2015
  • 5/2014
  • 4/2014
  • 3/2014
  • 2/2014
  • 1/2014
  • 4/2013
  • Ausgabe 3/2013
  • Ausgabe 2/2013
  • Ausgabe 1/2013
  • Heft 4/2012
  • Heft 3/2012
  • Heft 2/2012
  • Heft 1/2012
  • Heft 6/2011
  • Heft 5/2011
  • Heft 4/2011
  • Heft 3/2011
  • Heft 2/2011
  • Heft 1/2011
  • Ausgabe 6 / 2010
  • Ausgabe 5 / 2010
  • Ausgabe 4 / 2010
  • Ausgabe 3 / 2010
  • Ausgabe 2 / 2010
  • Ausgabe 1 / 2010
  • Ausgabe 6 / 2009
  • Ausgabe 5 / 2009
  • Ausgabe 4 / 2009
  • Ausgabe 3 / 2009
  • Ausgabe 2 / 2009
  • Ausgabe 1 / 2009
  • Ausgabe 6 / 2008
  • Ausgabe 5 / 2008
  • Ausgabe 4 / 2008
  • Ausgabe 3 / 2008
  • Ausgabe 2 / 2008
  • Ausgabe 1 / 2008
  • Ausgabe 6 / 2007
  • Ausgabe 5 / 2007
  • Ausgabe 4 / 2007
  • Ausgabe 3 / 2007
  • Ausgabe 2 / 2007
  • Ausgabe 1 / 2007
  • Ausgabe 6 / 2006
  • Ausgabe 5 / 2006
  • Ausgabe 4 / 2006
  • Ausgabe 3 / 2006
  • Ausgabe 2 / 2006
  • Ausgabe 1 / 2006
  • Ausgabe 6 / 2005
  • Ausgabe 5 / 2005
  • Ausgabe 4 / 2005
  • Ausgabe 3 / 2005
  • Ausgabe 2 / 2005
  • Ausgabe 1 / 2005
  • Ausgabe 6 / 2004
  • Ausgabe 5 / 2004
  • Ausgabe 4 / 2004
  • Ausgabe 3 / 2004
  • Ausgabe 2 / 2004
  • Ausgabe 1 / 2004
  • Ausgabe 6 / 2003
  • Ausgabe 5 / 2003
  • Ausgabe 4 / 2003
  • Ausgabe 3 / 2003
  • Ausgabe 2 / 2003
  • Ausgabe 1 / 2003
  • Ausgabe 4 / 2002
  • Ausgabe 3 / 2002
  • Ausgabe 2 / 2002
  • Ausgabe 1 / 2002
  • Ausgabe 4 / 2001
  • Ausgabe 3 / 2001
  • Ausgabe 2 / 2001
  • Ausgabe 1 / 2001
  • Ausgabe 4 / 2000
  • Ausgabe 3 / 2000
  • Ausgabe 2 / 2000
  • Ausgabe 1 / 2000

© 2007-2017 BIOCOM

http://www.laborwelt.de/spezialthemen/biomarker-identifikation/5-hmc-epigenetische-reprogrammierung.html

Alle Themen

SpezialThemen

Presseschau

Produkt der Woche

Alle Produkte