Lagotto Romagnolo Züchtergemeinschaft
.

Epigenetik

Autor: ZL 22.03.2017

'Epigenetik':ein magischer Begriff?
Zweifellos: es gibt immer noch Fortschritte in der Forschung zur Genetik des Hundes; vermehrt tauchen nun in vielen Publikationen Bezüge auf 'Epigenetik' auf.

Wirklich an Fortbildung interessierte Hundehalter und Hundezüchter warten auf allgemeinverständliche Erklärungen des Begriffs - mit Recht.
Laienhaft verkürzt beschreibt Epigenetik die Erläuterung, ob und wie erlernte bzw. erworbene Eigenschaften von Zuchttieren an ihre Nachkommen weitergegeben werden. Etwas, woran skeptische und kritische Hundeleute bisher nicht glaubten.
Wenn die LRZ den Anspruch hat, ein seriöser Zuchtverein für den Lagotto Romagnolo zu sein, müssen wir unseren Mitgliedern und anderen interessierten Lesern die Möglichkeit bieten, sich kritisch mit allen Zuchtstrategien und Zuchtgrundsätzen auseinandersetzen zu können.


Ich bin der Autorin Jana Keim dankbar, dass sie erlaubt hat, ihren allgemeinverständlichen Artikel, der für die Vereinszeitschrift 'Unsere Windhunde' des Deutschen Windhundzucht- und Rennvereins e.V. geschrieben wurde, auch hier zu veröffentlichen.

Jana Keim

Jana Keim studierte an der Ludwig-Maiximilians-Universität in München Veterinärmedizin, war davor schon intensiv mit Windhunden befaßt. Sie hält seit 13 Jahren Whippets, die sie ausstellt und mit denen sie an Rennen, Coursings und Agility-Turnieren teilnimmt. Jana Keim ist Zuchtwartin für Windhunde und züchtet gemeinsam mit Meike Göbel 'Min-Ma-Sha'-Salukis.

Was in der Biologie für Windhunde gilt, gilt unverändert auch für Lagotti Romagnoli. 

Sie finden nachstehend zwei Texte: 'Epigenetik und ihre Bedeutung', wo auch ein ganz wirklichkeitsnahes Beispiel beschrieben wird.Und: die nachgestellte Erklärung 'Der genetische Code', wie die Erbinformationen angeordnet und weitergegeben werden. Ist etwas akademisch. Diesen Sachverhalt kann man aber anders nicht seriös erklären,
Lektüre für Wißbegierige und Leute, die nicht leicht zu entmutigen sind.

Jochen H. Eberhardt, März 2017

 

Epigenetik und ihre Bedeutung

Das Aussehen, das Verhalten, die Vitalität und die Leistungsfähigkeit unserer Windhunde sind zum Großteil von deren genetischer Ausstattung abhängig. Dabei wird immer nur ein Teil der vorhandenen Erbinformation äußerlich wahrnehmbar, das nennen wir den Phänotyp. Die Gesamtheit der genetischen Informationen eines Individuums nennen wir dagegen Genotyp oder Genom. Zusätzlich werden die verschiedenen Eigenschaften und Merkmale eines Lebewesens natürlich durch dessen Umwelt beeinflusst, wie jedem Züchter hinlänglich bekannt ist. Ein krasses Beispiel wäre das Kupieren von Ohren und / oder Rute bei Hunden. Die eigentlich mit Schlappohren und langer Rute zur Welt kommen.

Aber auch weniger "rabiate Umwelteinflüsse" hinterlassen Spuren: So kann eine Mangelernährung in der Wachstumsphase eine kleinere Körpergröße als eigentlich vorgesehen bewirken, können falsche Belastungen das Sichtbarwerden von Erbdefekten begünstigen oder in besonders sensiblen Phasen der Pubertät und Adoleszenz (Übergangsstadium in der Entwicklung von der Kindheit zum Erwachsensein) gemachte Erfahrungen das Verhalten des erwachsenen Hundes nachhaltig beeinflussen. Dies erklärt, warum sich eigentlich genetisch sehr ähnlich ausgerüstete Hundewelpen in unterschiedlichen Umgebungen auch teilweise sehr unterschiedlich physisch und psychisch entwickeln. Doch wie funktioniert das genau?

Das Genom (Erbgut) trägt die Gesamtheit der Erbinformation eines Organismus'. Egal, ob es eine Muskel- oder Hautzelle ist - in jeder Zelle liegt die gesamte Erbinformation eines Individuums vor. Alle vorhandenen Gene im Körper werden ständig genutzt, nur nicht in jeder Zelle. Jeder Zelltyp (Nervenzelle, Nierenzelle, Muskelzelle etc.) nutzt nur den Teil der DNA, der den Bauplan der benötigten Proteine und Enzyme enthält, der für seine Arbeit notwendig ist. Nicht benötigte Gene werden einfach abgeschaltet, indem das Ablesen des entsprechenden Abschnitts auf der DNA durch verschiedene Mechanismen blockiert wird. Dabei wird die DNA selbst nicht verändert. Dieses Konzept wird als Epigenetik bezeichnet. Das kann man sich vorstellen wie ein Kochbuch, bei dem man nur die Seite mit dem Rezept aufschlägt, welches man gerade zubereiten möchte. Die anderen Rezepte sind nach wie vor im Kochbuch enthalten, sind aber nicht zu sehen und werden nicht umgesetzt. Die Epigenetik bestimmt also für die einzelnen Zellen, welches "Rezept" aufgeschlagen und zubereitet wird.

Somit sind die sogenannten epigenetischen Modifikationen die Grundlage für die Spezialisierung von Zellen. Die Modifikationen (Grafik) werden im Rahmen der Zellerneuerung an jede neue Zellgeneration vererbt. Das gewährleistet, dass zugrunde gegangene Hautzellen nur durch Hautzellen oder Leberzellen nur durch Leberzellen ersetzt werden und nicht plötzlich eine völlig unnütze Leberzelle in der Haut auftaucht. Diese Spezialisierung von Zellen innerhalb eines Zellverbandes (Organisation) war die Voraussetzung für die evolutionäre Entwicklung von Mehrzellern. So sind etliche dieser Zelltypen natürlich viele Millionen Jahre alt und werden von Generation zu Generation weitergegeben.
Die Epigenetik ermöglicht aber zusätzlich eine kurzfristige Anpassung durch Chromosomen-Modifikationen an diverse Umweltreize, die so dem jeweiligen Individuum eine bessere Anpassung an dessen aktuelle Umwelt ermöglichen. Diese relativ gesehen kleinen Veränderungen ermöglichen eine rasche Anpassung an das unmittelbare Lebensumfeld. Eine Umwelt mit guten Lebensbedingungen sorgt beispielsweise für viele Nachkommen bei Beutetieren und Beutegreifern. Viele Nachkommen jedoch dezimieren im Falle von Fleischfressern die Anzahl der Beutetiere, was eine steigende Konkurrenz der Beutejäger untereinander zur Folge hat. Diese Futterkonkurrenz verursacht Stress innerhalb der Beutegreiferpopulation. Nun führen die epigenetischen Veränderungen u.a. zu einer Steigerung des Aggressionsniveau der nächsten Generation, was den Individuen einen evolutionären Vorteil im Leben mit Artgenossen verschafft und somit (Nahrungs- und Fortpflanzungs-) Ressourcen sichert. Epigenetische Modifikationen nützen so einzelnen Individuen innerhalb einer Generationsfolge. Veränderungen im Genom, also in der DNA, finden dagegen über viele Generationen hinweg statt und ermöglichen keine solch schnelle lebenswichtige Anpassung an umweltliche Gegebenheiten.

Relativ neu ist die Erkenntnis, dass letztgenannte Faktoren auch "vererbbar" in den Chromosomen verankert werden können, ohne die Erbinformation an sich zu verändern. Wir sprechen diesbezüglich von "Epigenetik". Dieses Konzept soll nachfolgend an einigen Beispielen erläutert werden:

In einigen Entwicklungsphasen haben Umwelteinflüsse besondere und weitreichende Auswirkungen auf den Organismus: Trächtigkeit, Primärsozialisation (bis ca 16. Lebenswoche) und Pubertät. Je früher im Leben eines Organismus epigenetische Markierungen gesetzt werden, desto stärker sind diese verankert und umso schwieriger lassen sie sich rückgängig machen. Die gilt in gleichem Maße für positive wie negative Erfahrungen.

In der Embryonalentwicklung (die Zeit, in der sich die Organe bilden und die unterschiedlichen Zelltypen entstehen) können gehäuft Störungen durch Umweltreize auftreten.

Beispiel: Unbewältigbarer Stress, dem das Muttertier während der Trächtigkeit ausgesetzt ist, hat einen Einfluss auf die Welpen und deren epigenetische Ausstattung. Jungtiere solcher Mutterhündinnen sind später ängstlicher, weniger erkundungsfreudig/aufgeschlossen und teilweise hyperaktiv. In einem Experiment mit Ratten konnte nachgewiesen werden, dass diese Verhaltensweisen bis auf die zweiten Nachkommengeneration übertragen wurden.

Diesem Phänomen liegt folgender Mechanismus zugrunde: Durch Stress wird die Ausschüttung des Hormons Oxytocin seitens der Mutterhündin reduziert. Dies beeinflusst die Anzahl der ausgebildeten Oxytocin-Rezeptoren im Gehirn der Welpen negativ, es werden also weniger Rezeptoren angelegt, als eigentlich genetisch "vorgesehen". Oxytocin verringert u.a. den Blutdruck und den Kortisolspiegel, und zusammen mit der Wirkung über die HPA-Achse (komplexe Wechselwirkungen zwischen Hormondrüsen und bestimmten Teilen des Hirns) ermöglicht es eine Kontrolle von Stressreaktionen und wirkt beruhigend. Für die Wirkung auf den Körper ist nicht nur die Menge des ausgeschütteten Hormons wichtig, sondern ebenso die Anzahl der Rezeptoren. "Wenige Rezeptoren" bedeutet "wenig Wirkung", auch wenn Oxytocin in Massen vorhanden ist. Daher ist ein entspanntes Umfeld für die Mutterhündin während der Trächtigkeit eine Voraussetzung für entspannte Welpen - der Züchter kann das durch regelmäßige Kuschelstunden mit der trächtigen Hündin selbst fördern. Durch verschiedene Versuche konnte jedoch auch gezeigt werden, dass in frühen Lebensphasen stattgefundene (negative) epigenetische Schaltungen durch eine spätere optimierte Umwelt korrigiert werden können.

Aber auch nach der Geburt geht der epigenetische Einfluss des Muttertieres auf seine Nachkommen weiter: Das "dog appeasing pheromone" (D.A.P.) wird von der Mutterhündin in Drüsen nahe der Gesäugekomplexe gebildet und vermittelt Hündin und Welpen ein Sicherheitsgefühl, verstärkt die Bindung und kann Ängste reduzieren, wenn die entsprechenden Rezeptoren ausgebildet sind. Inzwischen gibt es ein synthetisches D.A.P., welches bei verschiedenen Verhaltensauffälligkeiten (z.B. Geräuschangst, Trennungsangst) angewandt wird. Durch eine zu frühe Trennung der Welpen vom Muttertier kommt es zu einer reduzierten oder fehlenden Ausbildung der D.A.P.- Rezeptoren, so dass sich kaum bis keine Wirkung bei der Anwendung solcher "Wühltischwelpen" zeigt.
Epigenetische Einflüsse lassen sich auch auf das Fressverhalten übertragen. Wurde Futter eines Muttertieres während der Trächtigkeit mit einem Aromastoff versetzt, bevorzugten auch die Welpen später dieses Aroma. Das bedeutet für den verantwortungsvollen Züchter, der seine Welpen gut für ihr zukünftiges Leben vorbereiten möchte, dass er diesen möglichst eine große Bandbreite an Futtern mit unterschiedlichen Geschmacksrichtungen anbietet.

Ein klassisches Beispiel der epigenetischen Anpassung an Umwelteinflüsse bietet der Mensch selbst. Während des Hungerwinters 1944/45 herrschte großer Nahrungsmangel für die Bevölkerung. Frauen, die in diesem Winter schwanger wurden, brachten Kinder mit geringen Geburtsgewicht zur Welt. Als später im Leben dieser Kinder genügend Nahrungsmittel zur Verfügung standen, entwickelten die Kinder schwere Stoffwechselerkrankungen (Übergewicht, Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen). Die reduzierte Nährstoffzufuhr während der Embryonalentwicklung hatte zu epigenetischen Veränderungen geführt, damit die Kinder auf die zu erwartenden Nahrungsknappheit vorbereitet waren und damit zurechtkommen konnten.

Nicht nur die ursprünglichen Einflüsse der Umwelt haben epigenetische Modifikationen zur Folge, sondern auch neuere chemische Stoffe, wie zum Beispiel der Weichmacher Bisphenol A (BPA), hinterlassen deutliche Spuren im Genom. Bisphenol A greift in die Methylierungsmechanismen ein und kann zu einer verstärkten oder auch verminderten Methylierung führen und somit Gene sowohl aktivieren, wie auch inaktivieren. Bei Labortieren konnte nachgewiesen werden, dass der Einfluss von BPA während der Organentwicklung epigenetische Veränderungen im Gehirn hinterlässt, was sich in einer Reduktion der Lern- und Gedächtnisleistung niederschlägt und eine erhöhte Ängstlichkeit begünstigen kann. Außerdem hat es Einflüsse auf die Fruchtbarkeit und wird mit Tumorentstehung in Verbindung gebracht. Hohe Konzentration finden sich in Kunststoffspielzeug und auch in den so beliebten Bällen im Bällebad.

Mit der Pubertät findet nochmals eine epigenetische Weichenstellung statt, die teilweise direkt an der DNA angreift und den Aktivitätszustand der Gene verändert. Der Auslöser dafür findet sich in der beginnenden Hormonaktivität durch Einsetzen der Geschlechtsreife. Der Aktivitätszustand von Genen kann durch direktes Eingreifen an der DNA durch Geschlechtshormone und Cortisol verändert werden. Dadurch können Verhaltensweisen entweder gefestigt oder überschrieben/gelöscht werden.

Bisher wurde davon ausgegangen, dass epigenetische Veränderungen auf das Individuum beschränkt blieben und, dass die bei der Befruchtung der Eizelle neu kombinierte DNA aus den beiden halbierten Chromosomensätze der Eltern quasi auf "Werkseinstellungen" zurückgesetzt wird. Ein Teil der bei den Eltern gesetzten epigenetischen Markierungen kann bestehen bleiben und somit werden von den Eltern gemachte Erfahrungen teilweise an die Nachkommen weitergegeben. Dies konnte
In einem Laborversuch bewiesen werden. Männliche Mäuse wurden über einen Duftstoff und darauffolgende "Bestrafung" einer Angstkonditionierung unterzogen. Nachkommen der Mäusemännchen zeigten die gleiche Angstreaktion, obwohl bei ihnen nie eine Konditionierung stattgefunden hatte.

Letztes Beispiel zeigt sehr anschaulich, inwieweit auch das Verhalten und die Erfahrungen von männlichen Tieren die genetische Ausstattung verändern und sie an ihre Nachkommen weitergeben. Was wiederum bestätigt, welchen Stellenwert die Auswahl der Vatertiere im Hinblick auf Verhalten bzw. Verhaltensauffälligkeiten für die Zucht hat bzw. haben sollte. Die aktuellen Erkenntnisse in der Forschung auf dem Gebiet der Epigenetik zeigen sehr deutlich, wie stark Umwelteinflüsse auch auf vermeintlich genetisch fest verankerte Merkmale einwirken können. Für den verantwortungsbewussten Hundezüchter, der gesunde, vitale und wesensfeste Welpen in die Welt setzen möchte, mahnen diese Erkenntnisse zu noch mehr Sorgfalt bei der Auswahl der Zuchttiere, aber auch bei der Pflege und Haltung vor und nach der Geburt.

 

Der genetische Code

Die Träger der Erbinformation sind die Chromosomen. Sie liegen größtenteils als homologe Paare vor, sogenannte Autosomen. Dabei stammt jeweils eine Kopie vom Vater und eine von der Mutter. Eine Ausnahme bilden die Geschlechtschromosomen. Weibliche Tiere verfügen über zwei gleich große und gleich gestaltete X-Chromosomen; männlich Tiere tragen ein X-Chromosom und ein etwas kleineres Y-Chromosom. Die Chromosomen bestehen aus einer Strickleiter-ähnlichen, in sich gewundenen Struktur. Die Seitenteile der Strickleiter bestehen aus Zucker- und Phosphorsäuremolekülen, während die Sprossen aus zwei Basenpaaren aufgebaut sind - dabei bilden jeweils Thymin mit Adenin und Guanin mit Cytosin eine Sprosse. Die vier Basen dienen wie die Buchstaben des Alphabets als Grundlage für die genetische Kommunikation. Da die Gestaltungsmöglichkeiten mit nur 4 Basen sehr eingeschränkt sind, werden jeweils drei Basenpaarungen (Triplet) benötigt, um eine Aminosäure im genetischen Alphabet zu kodieren. Damit erreicht die DNA umgerechnet 43 (=64) mögliche Kombinationen.

dna 1


Damit die DNA, mit einer Länge von z.T.. mehreren Zentimetern, Platz im Zellkern findet, liegt sie um das 10.000-50.000fache verkürzt vor. Durch ihre Doppelhelixwindungen ist sie in sich spiralisiert und durch eine Umwicklung von Histonproteinen weiter komprimiert.

Um Teile der DNA zu kopieren und als Vorlage für die Eiweißsynthese zu nutzen, lockert sich die Struktur durch Anlagerung der RNA-Polymerase an die DNA und löst die Verbindung der Basenpaare während des Ablesevorganges über eine Länge von 10-20 Basenpaare. Schrittweise wird so der codierende Teil abgelesen und eine Kopie (Messenger-RNA) erstellt. Die Messenger-RNA (m-RNA) verlässt den Zellkern und transportiert die Information über den Aufbau von Proteinen zum Ribosom, in welchem die Synthese stattfindet. Die kurzfristig vorliegenden Einzelstränge lagern sich nach Ende der Transkription wieder zum Doppelstrang zusammen.

Arten der epigenetischen Modifikation

Die Methylierung: Dabei wird ein kleines Molekül (bestehend aus einem Kohlenstoff- und drei Wasserstoffatomen) an eine bestimmte Stelle der DNA angeheftet - immer an die Base Cytosin. Damit wird der Ablesevorgang einzelner DNA-Abschnitte blockiert, die dort liegende Information über die Zusammensetzung bestimmter Proteine, Enzyme etc. kann nicht abgelesen, nicht kopiert und nicht neu synthetisiert werden,

dna 2

Histone sind Proteine, die dafür sorgen, dass die DNA möglichst in kompakter Form vorliegt. Die Histonmodifikation verhindert, dass sich die DNA-Struktur für z.B. Ableseprozesse im Bereich bestimmter Gene lockert. Dr. Sommerfeld-Stuhr vergleicht die Histonmodifikation mit einem zusammengeknüllten Blatt Papier, dessen Text nicht (ab-)gelesen werden kann.

Stur Erklärung

Bei den Modifikationen über Mikro-RNAs wird nicht der Ablesevorgang der Gene (Transkription) verhindert, wie dies bei der Methylierung oder der Histonmodifikation der Fall ist, sondern die bereits fertig kopierte m-RNA auf dem Weg zum Ribosom, in dem die Proteinsynthese stattfindet, abgefangen. Das lässt sich ein wenig mit Wildwest-Szenario vergleichen, in dem Posträuber (Mikro-RNAs) Baupläne (m-RNA) stehlen und diese damit nicht mehr zur Produktion von bestimmten Waren mehr zur Verfügung steht.

Literatur:
Irene Sommerfeld-Stuhr (2016): Rassehundezucht - Genetik für Züchter und Halter. Verlag Müller-Rüschlikon

 

Dieser Artikel wurde bereits 1870 mal angesehen.

0 Kommentare
Schriftgröße:
Powered by Papoo 2016
59454 Besucher