Genetik : Wenn nur Mutter oder Vater eine Rolle spielen

Bei hunderten von Genen wird nur eine der beiden vorhandenen Kopien verwendet.

Ewen Callaway

Die Lehrbuchregel, die besagt, dass immer beide Kopien eines Gens abgelesen werden - diejenige, die von der Mutter ererbt wurde und diejenige, die vom Vater ererbt wurde - scheint nicht zu stimmen. Neueren Forschungen zufolge bevorzugt stattdessen eine ganze Reihe von Genen das "Single-Dasein".

Ob dabei die mütterliche oder die väterliche Genkopie angeschaltet wird, scheint vollkommen zufällig zu sein. Das Ergebnis kann jedoch große Auswirkungen auf die Disposition für Erkrankungen oder andere biologische Merkmale haben.

Bislang ging man davon aus, dass nur in Einzelfällen nicht beide Kopien eines Gens genutzt werden. Ein neues Screening von 4.000 menschlichen Genen entdeckte jedoch 371, die gelegentlich die eine oder andere Kopie bevorzugen, was nahe legt, dass dieses Phänomen weiter verbreitet ist als bislang angenommen.

"Was wir gezeigt haben steht gegen alles, was wir bislang über Gene gedacht haben: Wenn ein Gen aktiviert ist, werden beide Kopien abgelesen", sagt Andrew Chess, Biologe an der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, der die Studie zusammen mit seinem Kollegen Alexander Gimelbrandt durchführte.

Diese Art selektiver Genexpression könnte eine weitere Quelle für Unterschiede zwischen den Menschen sein, selbst wenn einige ihrer Gene identisch sind.

"Mir gefällt der Gedanke, dass wir alle Mosaike sind und dass dies zu Unterschieden beitragen könnte", sagt Steve Henikoff, Biologe am Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, Washington.

Koalitionen

Wissenschaftler wissen seit Langem, dass manche Zellen lediglich eine Version bestimmter Gene ablesen, jedoch aus einem bestimmten Grund. Zum Beispiel ist bei Frauen, die zwei X-Chromosomen besitzen, regelmäßig eine Kopie ausgeschaltet, um zu verhindern, dass die doppelte Menge mancher Genprodukte ausgeschüttet wird. Immunzellen, die darauf spezialisiert sind, bestimmte Krankheitserreger zu erkennen, schalten eine Kopie ihrer Immunglobulingene ab. Und während der embryonalen Entwicklung markieren Embryonen chemisch eine der Genkopien, die dann abgeschaltet wird.

Auf der Suche nach weiteren Genen, die sich ähnlich verhalten, züchteten Chess und Gimelbrant Zellen in der Petrischale, wo sie sich teilten. Sie analysierten die Millionen Zellen mithilfe eines Genchips, um zwischen der mütterlichen und der väterlichen Variante der mRNA (messengerRNA) zu unterscheiden und entdeckten, dass etwa 9 Prozent der Gene gelegentlich nur eine Kopie einschalten. Die Resultate wurden in Science veröffentlicht (1).

Selbst wenn die Zellen genetisch identisch waren, schalteten einige die mütterliche Kopie ein, einige die väterliche und andere beide. "Selbst bei eineiigen Zwillingen wird es Unterschiede geben", sagt Gimelbrant.

Das Team fand ein ähnliches Muster in einer kleineren Teilmenge von Genen, die sie aus Proben gespendeter Plazenta und weißer Blutzellen isolierten. "Es handelt sich nicht um eine Eigenart, die nur in Zellkulturen vorkommt", sagt Chess. Auch ist es nicht nur in Immunzellen zu beobachten, auch wenn die weiteren Arbeiten der Wissenschaftler mit anderen zelltypen noch nicht publiziert wurden.

Schlampiges Genom

Diese Unterschiede könnten einem Organismus potenziell helfen, die Genexpression zu regulieren und das Krankheitsrisiko zu beeinflussen. Zum Beispiel steht die höhere Expression eines Gens mit der Bezeichnung APP in Beziehung zum frühen Beginn der Alzheimer-Erkrankung. Und Chess' Team entdeckte, dass Zellen, die nur eine Kopie des APP-Gens eingeschaltet haben, halb soviel mRNA produzieren, wie Zellen, die beide Kopien nutzen. An diesem Punkt bleibt eine mögliche Beziehung zu Alzheimer spekulativ, sagt er.

Die zufällige Inaktivierung, die Chess' Team entdeckte, könnte ein Überbleibsel kontrollierterer Formen des Abschaltens sein, wie zum Beispiel das Ausschalten eines X-Chromosoms, sagt Huntington Willard, Genetiker an der Duke University in Durham, North Carolina. "Ich neige dazu, es nicht als großen evolutionären Plan zu betrachten, sondern einfach als Schlampigkeit der Genregulation."

Chess kann nicht sagen, wann Zellen eine der Genkopien abschalten, er nimmt jedoch an, dass es während der Entwicklung geschieht. Ebenfalls unbeantwortet ist, wie die Zellen eine Kopie abschalten, während die andere abgelesen wird. Dieser Frage widmet sich nun Chess' Labor.

(1) Gimelbrant, A. et al. Science 318, 1136-1149 (2007).

Dieser Artikel wurde erstmals am 15.11.2007 bei news@nature.com veröffentlicht. doi: 10.1038/news.2007.250. Übersetzung: Sonja Hinte. © 2007, Macmillan Publishers Ltd

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