Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Wusstest du, dass die Zellen in unserem Körper ein Gedächtnis haben? Sie können sich nämlich langfristig an Aufgaben und Abläufe erinnern.

Janika Kiltz: Doch wo und wie ist dieses Gedächtnis in unserer DNA verankert und können wir es beeinflussen? In dieser Folge geht es um das Thema Epigenetik. Die Epigenetik beschreibt Mechanismen in unserem Körper, die unser Genom interpretieren. Sie steuern, welche Gene in welchen Zellen aktiv oder passiv sind.

Janika Kiltz: Zusätzlich zu unserer DNA-Sequenz gibt es nämlich weitere Ebenen und Schichten, die unsere DNA mitdefinieren. Diese epigenetischen Modifikationen sind äußerst wichtig und können durch Umweltfaktoren wie Ernährung, Stress oder Umweltgifte beeinflusst werden.

Janika Kiltz: Das ist auch interessant im Hinblick auf die Entwicklung von Krankheiten wie beispielsweise Krebs, Diabetes und Alzheimer. Heute im Podcast werden wir betrachten, wie man diese Mechanismen durch eine gesunde Lebensweise beeinflussen kann, welche Bedeutung die Epigenetik für unseren Organismus hat und ob solche epigenetischen Markierungen auch in die nächste Generation vererbt werden können.

00:01:11: [Intro-Musik beginnt]

Janika Kiltz: Dieser Podcast wird präsentiert von GHGA. Dem deutschen Humangenom-Phänom Archiv. Viel Spaß bei der heutigen Folge: „Epigenetik: Die Programmierung unserer Zellen“.

00:01:26: [Intro-Musik endet]

Janika Kiltz: Willkommen zum Code des Lebens! Mein Name ist Janika Kiltz und jeden Monat erklären Experten und Expertinnen hier im Podcast, spannende Themen innerhalb der Genomforschung. Heute geht es um das Thema Epigenetik und hierzu habe ich zwei Gäste eingeladen. Heute mit dabei sind nämlich Professor Dr. Jörn Walter und Professor Dr. Julia Schulze-Hentrich, beide von der Universität des Saarlandes. Ihre Fachgebiete sind die Epigenetik, Entwicklungsgenetik und neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson.

00:02:00: Ja, dann lasst uns direkt in das Thema einsteigen. Herr Walter, was ist denn nun die Epigenetik?

Prof. Dr. Jörn Walter: [Prof. Dr. Jörn Walter] Die Epigenetik ist ein Teilgebiet der Genetik. Epigenetik bedeutet so viel wie „oberhalb“ der Genetik, mit dem Unterton „zusätzlich“ zum Genom. Das bedeutet, dass man Mechanismen umschreibt, die vererbbare Aktivitätszustände von Genen mitbestimmen, dabei aber nicht dazu führen, dass die Bausteine des Lebens, unsere Basenabfolge, davon verändert wird, sondern nur die Lesbarkeit. Das führt dazu, dass es eine neue Ebene der Interpretierbarkeit unseres Genoms ermöglicht.

Prof. Dr. Jörn Walter: Epigenetische Markierungen auf den Chromosomen, also auf den Trägern der Erbinformation, sind essentiell für uns und für eine geordnete Differenzierung von Zellen. Die stabile Vererbbarkeit von solchen Markierungen, ihre Veränderbarkeit aber auch, bis hin zu einem kompletten Löschen solcher zusätzlichen Information, ist für die Entwicklung des Menschen von zentraler Bedeutung. Es gäbe keine Entwicklung im Menschen, wenn diese epigenetischen Mechanismen nicht zusätzlich das Genom interpretieren würden. Ohne epigenetische Markierung, ohne epigenetisch arbeitende Enzyme, entsteht kein Leben.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Die Epigenetik beeinflusst die Art, wie unsere Gene interpretiert und in Proteine umgesetzt werden, aber nicht tatsächlich unseren genetischen Code an sich. Epigenetische Markierungen sind sozusagen Modifikation der DNA, die aber auch wieder umkehrbar sind. Diese allumfassenden Prozesse finden auf verschiedenen Ebenen statt. Im Grunde aber geht es um das Verpacken und Entpacken von DNA. Also dem Zugänglichmachen oder Blockieren von Erbinformation. Und dabei sind epigenetische Markierungen auf den Chromosomen besonders wichtig. Das Genom so wie es ist, reicht nicht aus, um einen vollständigen, funktionierenden Menschen basteln zu können. Es braucht eine steuernde Instanz, die den Zellen verschiedene Aufgaben zuweist. Eine Programmierung die dauerhaft aktiviert bleibt und verschiedene Abläufe durchläuft.

Janika Kiltz: Ja, epigenetische Mechanismen geben Zellen unterschiedliche Markierungen. Und diese Markierungen sind, neben anderen Faktoren, ein Mechanismus der Zellen unterschiedliche Identitäten zuweist. Aber was heißt das nun genau und welche Rolle spielt die Epigenetik bei der Zelldifferenzierung?

Prof. Dr. Jörn Walter: [Prof. Dr. Jörn Walter] Sie müssen sich vorstellen, dass wir in unserem Körper mindestens 200, wir schätzen mittlerweile bis zu 300, verschiedene Zelltypen haben. Diese Zelltypen wiederum haben noch unterschiedliche Aktivitätszustände. Jetzt muss das eine Genom, was in jeder Zelle gleich ist, auf unterschiedliche Art und Weise angesteuert werden. Das muss deswegen angesteuert werden, weil im Lauf der Entwicklung ein geordneter Ablauf von Veränderungen in den Zellen stattfindet. Von einer Stammzelle hin zu einer bereits etwas differenzierten Zelle bis hin zur spezialisierten Zelle. Auf dem Weg zu dieser Differenzierung von Zellaktivitäten werden die epigenetischen Programme sehr geordnet verändert und so angepasst, dass dann klar ist, dass ein bestimmter Zustand erreicht ist und dieser Zustand stabil bleibt.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Die Zelldifferenzierung ist also einfach eine Aufgabenverteilung, da Zellen unterschiedliche Funktionen haben.

Prof. Dr. Jörn Walter: [Prof. Dr. Jörn Walter] Genau, eine Nervenzelle hat eine andere Aufgabe wie eine Blutzelle. Eine rote Blutzelle hat eine andere Aufgabe wie eine weiße Blutzelle, hat eine andere Aufgabe wie eine Muskelzelle… Und all diese unterschiedlichen Funktionen gehen auf das gleiche Genom zurück, was aber unterschiedlich interpretiert wird. Und für diese unterschiedliche Interpretation brauchen wir Epigenetik.

Prof. Dr. Jörn Walter: Ich will es mal an einem Beispiel versuchen zu erklären. Es ist nicht nur wichtig das bestimmte Gene in bestimmten Zellen angeschaltet sind, sondern es ist genauso wichtig, dass bestimmte Gene in diesen Zellen NICHT angeschaltet sind. Und wenn dieses Nicht-Anschalten irgendwann mal genetisch festgelegt ist - dass zum Beispiel eine Zelle sich in Richtung Nervenzelle entwickelt - dann müssen Gene für die Blutzelle, oder Gene für die Muskelzelle abgeschaltet bleiben. Und dieses Gedächtnis des Abschaltens, das bewerkstelligt u.a. die Epigenetik. Damit sorgt sie dafür, dass die Zellen auch nur einen Teil ihres Genoms wirklich benötigen, ablesen müssen und dadurch funktionieren.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Jede Zelle trägt zwar ein vollständiges Genom, benötigt aber nur ein paar bestimmte Gene für seine spezifische Aufgabe. Von den ca. 20.000 Genen die einer Zelle zur Verfügung stehen, sind die meisten ausgeschaltet. Neben „an“ und „aus“, gibt es aber auch „mehr“ oder „weniger“, vergleichbar mit einem Dimmer am Lichtschalter. Zellen verwenden also nie die ganze DNA, sondern nur das was sie brauchen. Und was sie brauchen, das wird epigenetisch verankert und gespeichert.

Prof. Dr. Jörn Walter: [Jörn Walter] Es geht um diesen ersten Schritt: was wird ausgelesen und warum und wie stark wird es ausgelesen.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Ja, Bienen sind hier ein anschauliches Beispiel. Eine Arbeiterbiene und eine Königin sind genetisch identisch. Das epigenetische Programm, nach denen sie sich entwickeln, ist aber unterschiedlich. Die abweichende Genaktivität und Zelldifferenzierung führt dazu, dass die eine Larve zu einer Arbeiterin wird, während die andere plötzlich drei Corgis besitzt.

Janika Kiltz: Epigenetische Programmierungen werden übrigens auch mit in die nächste Zellgeneration übertragen, damit Tochterzellen die gleiche Zellidentität behalten. In der Leber werden also direkt wieder Leberzellen gebildet und nicht plötzlich etwas anderes. Das heißt Zellen können sich langfristige Programmierungen und Abläufe im Körper „merken“. Wie kann man sich das vorstellen?

Prof. Dr. Jörn Walter: [Jörn Walter] Alle Zellen unseres Körpers haben im Prinzip eine Art epigenetisches Gedächtnis. Das epigenetische Gedächtnis zeigt dabei mehrere Dinge. Nämlich erstens: Woher kommen die Zellen? Wie alt sind sie? Und wie weit haben sie sich spezialisiert. Man kann dieses epigenetische Gedächtnis mittlerweile auslesen. Man kann es durch Sequenzierungstechniken so auslesen, dass man genaue Muster entlang der Chromosomen feststellen kann und die kann man dann zuordnen zu diesen unterschiedlichen Funktionen. Also was ist die spezielle Funktion, wie alt ist die Zelle, wo kommt sie her? Das kann man darin sehen. Man kann so eine Art epigenetische Forensik betreiben.

Prof. Dr. Jörn Walter: Wenn man das nochmal ein bisschen platter formulieren möchte könnte man sagen, das, was aktuell in der Zelle passiert, das spiegelt sich in dem wie die Gene abgelesen werden, im Transkriptom, wider. Das heißt wie viel RNAs in einer Zelle in welcher Form gemacht werden. Aber das Gedächtnis der Zelle, wo sie herkommt und wo sie hingeht, das spiegelt sich auch im Epigenom und in der Epigenetik wider. Dementsprechend bringt uns die Epigenetik ganz tiefe Einblicke in die Entwicklung biologischer Prozesse.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Ein wichtiger biologischer Prozess an dem die Epigenetik maßgeblich beteiligt ist, ist die Genregulierung. Frau Schulze-Hentrich, wie genau funktioniert das?

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: [Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich] Die Genregulierung steuert die Aktivität eines Gens. Sie legt fest, ob und wie oft ein Gen abgelesen, das heißt wie oft eine RNA hergestellt wird. Sie sorgt also genau dafür, dass immer nur bestimmte Gene in Proteine und Enzyme umgesetzt werden und legt fest wie genau die Gene abgelesen werden. Alle anderen Gene, die nicht benötigt werden, sind dann nicht aktiv. Also quasi ausgeschaltet. Und dieses Aus- und Anschalten, wie bei einem Lichtschalter, funktioniert auf der einen Seite über Steuerung der Zugänglichkeit, indem die Verpackungsstruktur der DNA gelockert, oder enger verpackt wird. Die DNA liegt ja verpackt im Zellkern vor und ist um Proteine, die sogenannten Histone, gewickelt.

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: Ein Gen welches abgelesen werden soll, muss erstmal zugänglich gemacht werden. Dafür sorgen z.B. chemische Gruppen wie die Acetylierung, die an die Histone selbst binden. Aber auf der anderen Seite funktioniert das An- und Abschalten ebenfalls durch die Methylierung der DNA selbst. Es binden sogenannte Methylgruppen an Cytosinbasen, die die Raumstruktur der DNA verändern. Die Transkriptionsfaktoren, die dann zum Ablesen die DNA binden müssen, können nicht mehr binden. Der Lichtschalter ist auf „aus“ gestellt. Wir die Methylgruppe dann entfernt, ist der Schalter „an“ und das Gen wird abgelesen. Das Ganze kann auch sehr ge- fine-tuned werden und wie ein Dimmer funktionieren.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Die Genregulierung ist ein komplexes Wechselspiel verschiedener Regulationsebenen. Gerade aufgrund dieser Komplexität, werden computergestützte Verfahren und Maschinelles Lernen eingesetzt, um diese Ebenen sinnvoll zusammen zu führen und interpretierbar zu machen. Unsere Zellen sind also einer epigenetischen Programmierung unterworfen die bestimmt, welche Gene in welchen Zellen an und welche eher aus sind. Können diese Schalter denn auch falsch gesetzt werden?

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: [Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich] Im Krankheitszustand ist das tatsächlich der Fall. Eine Krankheitsklasse, die da eine Rolle spielt, sind die sogenannten Imprinting-Erkrankungen. Wir als Menschen sind ja diploide Lebewesen. Das heißt wir erhalten zwei Kopien jedes Gens. Einmal die Kopie unserer Mutter auf dem sogenannten maternalen Allel und noch eine Kopie vom Vater, das sogenannte paternale Allel. Und die beiden ergänzen sich dann gut, Schalter sind oft gleichmäßig an und ausgestellt und man hat im Prinzip eine Backup-Kopie dabei.

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: Spannenderweise gibt es aber einige Gene die geprägt sind, das heißt die sind anders reguliert auf dem maternalen oder paternalen Allel. Die Schalter sind dann entweder an oder ausgestellt, je nachdem von wem wir diese Kopie geerbt haben. Das bleibt auch das ganze Leben so bis zur nächsten Generation, wenn in den Keimzellen diese Programmierung je nach Geschlecht wieder stattfinden kann. Wenn diese Regulation gestört ist kommt es dazu, dass dann z.B. beide Schalter, also beide Kopien auf „an“ oder beide auf „aus“ gestellt sind. Und es können Syndrome entstehen wie das Angelman-Syndrom oder das Prader-Willi-Syndrom, die sogenannten Imprinting-Erkrankungen.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Die Epigenetik ist also auch im Zusammenhang mit Krankheiten hoch interessant. Ob Krebs, Asthma oder Diabetes, Epigenetik spielt bei der Entstehung und dem Verlauf verschiedener Krankheiten eine entscheidende Rolle. Ein Einfluss, den Wissenschaftler nun nach und nach zu verstehen versuchen. Ein besonders spannender Bereich sind hier die neurodegenerativen Erkrankungen, wie beispielsweise Parkinson.

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: [Julia Schulze-Hentrich] In den letzten Jahrzehnten wurden enorme Anstrengungen unternommen und viel Geld ausgegeben, um die Genetik dieser Erkrankungen zu verstehen. Und ja, man hat bis heute etwa 100 Gene identifiziert die mit Parkinson assoziiert sind, aber diese erklären nur etwa zehn Prozent aller Fälle. In den restlichen Fällen tritt die Krankheit sporadisch auf und scheint auf einem Zusammenspiel zwischen genetischen Prädispositionen, Alterungsprozessen und Umwelteinflüssen zu basieren. Und an diesem Nexus zwischen Umwelt und Genom sitzt das Epigenom, sitzt die Epigenetik, die Signale, Lebensweisen, Erfahrungen, die wir machen, in das Genom integrieren und auch in die nächste Generation weitergeben können. Deswegen ist es spannend auch in neurodegenerativen Erkrankungen diese Ebene zu beleuchten und zu verstehen, welche Veränderungen zum Krankheitsprozess beitragen könnten.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Was genau ist Parkinson?

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: [Julia Schulze-Hentrich] Parkinson ist nach Alzheimer die zweihäufigste neurogenerative Erkrankung in Deutschland. Die Betroffenen leiden zunehmend unter einer Verlangsamung von Bewegungsabläufen, Gangstörungen und später kommt dann noch ein Zittern der Hände, der Beine und des Kopfs dazu. Die Ursache der Parkinson-Erkrankung ist die nachlassende Produktion des Botenstoffes Dopamin durch das Absterben von Dopamin-produzierenden Zellen im Gehirn. Dieser Botenstoff ist wichtig für die Signalübertragung zwischen Gehirn und Muskulatur. Fehlt Dopamin, dann werden die Bewegungen immer kleiner, der Gleichgewichtssinn leidet und es kommt zu zittern oder Steifheit der Muskeln.

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: Parkinson bleibt häufig über Jahrzehnte unbemerkt und wird im Prinzip erst diagnostiziert, wenn schon die Hälfte der Neuronen im Gehirn in der Substantia Nigra (schwarzen Substanz), der wichtigsten Region für Parkinson, abgestorben sind. Deswegen ist es wichtig, früher zu diagnostizieren und früher auch medikamentös ansetzen zu können und hier könnten eventuell auch epigenetische Marker, Biomarker, am Ende helfen. Außerdem belegen zahlreiche Studien, dass neben der Gabe von Medikamenten auch Bewegung und Sport das fortschreitend der Parkinson-Krankheit hinauszögern kann.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Ja, wie man sich denken kann, Sport ist wichtig und gesund und hat einen großen Einfluss auf viele Bereiche unseres Körpers, nicht nur auf unsere Muskeln. Und wie Studien belegen, kann man durch regelmäßigen Sport das Risiko an Parkinson zu erkranken um bis zu 40 Prozent senken. Außerdem ist Sport ein epigenetischer Umwelteinfluss. Was heißt das? Es gibt eine Reihe an Umwelteinflüssen, die sich auf unser Epigenom auswirken. Beispielsweise Schlaf, Stress, Trauma, Ernährung, Alterung und eben auch Bewegung. Diese Einflüsse können die Interpretierung unseres Genoms beeinflussen, Gene aktivieren oder herunter dimmen. Ein spannender Gedanke! Welche konkreten Auswirkungen hat Bewegung denn auf unser Epigenom?

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: [Julia Schulze-Hentrich] Das ist nicht ganz so leicht herauszufinden. Denn in unserem alltäglichen Leben gibt es natürlich viele Umwelteinflüsse und große epidemiologische Studien können natürlich auch zeigen, dass Bewegung protektiv im Krankheitskontext ist. Aber wie Bewegung ganz konkret unsere Zellen beeinflusst, ist manchmal gar nicht so leicht herauszufinden. Weil die Epigenetik tatsächlich ja dynamisch ist und auch unterschiedlich von Individuum zu Individuum.

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: Aber Forscher haben da spannende Ansätze, weil man braucht ja im Prinzip so eine interne Kontrolle. Und wenn man sich Ansätze überlegt, wo zum Beispiel Menschen sich sportlich betätigen, aber nur mit einem Bein. Also man setzt sie auf ein Fahrrad und lässt nur das eine Bein treten und das andere bewegt sich nicht, dann hat man ja innerhalb eines Menschen die perfekte Kontrolle. So haben Forscher tatsächlich Probanden sechs Wochen lang Fahrrad fahren lassen mit einem Bein und haben dann hinterher die epigenetischen Veränderungen im Muskel verglichen, zwischen dem unbewegten und dem bewegten Bein und da sehr spannende Entdeckungen gemacht. Und tatsächlich mehrere tausend dieser Schalter im Genom identifiziert, die sich verändert haben durch den Sport, durch die Bewegung. Gene die damit assoziiert sind haben natürlich was mit Muskelaufbau zu tun, haben was mit Energieversorgung zu tun, haben was mit freien Radikalen zu tun und wie der Muskel damit umgeht. Und diese Veränderungen sind auch nachhaltig. Das heißt auch nach längerer Zeit kann man die noch messen und epigenetisch feststellen.

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: Das heißt Sport hat konkret Auswirkungen auf den ganzen Körper, nicht nur auf den Muskel, sondern auf auch auf andere Gewebe, auch auf unser Gehirn und kann unser Gedächtnis beeinflussen. Aber wie genau und in welchem Kontext da epigenetische Schalter umgelegt werden muss noch weiter untersucht werden und braucht die richtigen Kontrollen um tatsächlich auch Schlussfolgerungen ziehen zu können.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Sport schützt also vor Krankheiten, stärkt das Gedächtnis und aktiviert wichtige Bereiche unseres Genoms. Es lässt sich natürlich nicht jede Krankheit durch Sport vermeiden, aber es bietet dennoch einen guten Schutz vor einer Vielzahl an Erkrankungen.

Janika Kiltz: Kommen wir nun zum Thema Alterung, ebenfalls ein interessanter Aspekt der Epigenetik-Forschung. Ja denn das Alter ist natürlich ein Hauptrisikofaktor verschiedener Erkrankungen, beispielweise auch von Parkinson. Was hat denn aber die Epigenetik mit der Alterung von Zellen zu tun?

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: [Julia Schulze-Hentrich] Es gibt verschiedene Ansätze, das biologische Alter eines Menschen zu bestimmen. Einer ist sich die gerade besprochenen Schalter, also die DNA Methylierung anzuschauen. Denn diese ändert sich im Laufe des Lebens kontinuierlich. Wenn man sich etwa 350 dieser Schalter anguckt, dann sieht man in einem 20-jährigen sehen sie anders aus als in einem 80-jährigen. Und dadurch kann man relativ genau sagen, was ist das biologische Alter einer jeweiligen Zelle oder eines Organs. Als der Biomathematiker Steve Horvath im Jahr 2014 erstmals diese epigenetische Uhr, also diese Altersuhr vorstellte, wollte ihm zunächst niemand glauben. Aber mit statistischen Methoden wars ihm gelungen das Alter eines Menschen bis auf wenige Jahre genau zu bestimmen.

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: Interessanterweise gibt es Menschen, die epigenetisch jünger sind als ihr Geburtsdatum. Das heißt wir können das Altern verlangsamen, wenn wir uns richtig ernähren, viel Sport treiben, nicht rauchen und auch keinen Umweltgiften ausgesetzt sind. Und in manchen Erkrankungen ist das epigenetische Altern beschleunigt. So zum Beispiel auch in Parkinson. Da haben wir erste Hinweise, dass die Uhr hier etwas schneller tickt.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Die Entdeckung der epigenetischen Uhr war eine Sensation. Sie tickt nämlich in unserem ganzen Körper. Aber tut sie das immer gleich schnell? Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen wollten das etwas genauer wissen und haben beispielsweise Krebszellen und gesunde Zellen derselben Person miteinander verglichen. Und hier gab es tatsächlich Differenzen! Aber wie diese Unterschiede zu bewerten sind, das ist noch nicht ganz klar. Beispielsweise scheinen die Zellen von Hirntumoren, oder auch Lungen- und Hautkrebszellen epigenetisch deutlich älter zu sein als das chronologische Alter der Patienten. Bei manchen Krebserkrankungen ist es aber wiederum genau das Gegenteil. Da sind die Krebszellen sogar jünger.

Janika Kiltz: Aber kann man dieses Wissen um epigenetische Einflüsse, Marker und veränderte Genexpression auch in die Entwicklung von Therapien umsetzen? Wenn man weiß welche Schalter bei der Zellalterung oder beim Sport umgelegt werden, könnte man sie dann selbst drücken? Gibt es da Ideen und Ansätze?

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: [Julia Schulze- Hentrich] Ja auf jeden Fall. Die Epigenetik hat ja den Vorteil, dass ihre Veränderungen umkehrbar sind. Sie sind im Prinzip nicht so statistisch wie im Genom und können auf viel einfachere Weise wieder rückgängig gemacht werden, oder auf andere Zustände gebracht werden. Schalter können einfacher an- und ausgeschaltet werden und so gibt es große Hoffnung, da therapeutisch anzusetzen, auch im Kontext der Alterungserforschung

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: Leider haben wir den Jungbrunnen noch nicht gefunden. Wir kennen noch nicht den Trick, wie wir uns wieder verjüngen können. Aber es gibt spannende Ansätze und Ideen, wie man tatsächlich an der epigenetischen Uhr dreht und mit bestimmten Medikamenten, Transkriptionsfaktoren und anderen Einflüssen an der Uhr dreht und uns sozusagen langsamer altern lässt oder uns tatsächlich wieder einen Schritt zurückbringt. Aber noch einmal: Viel Forschung ist da weiter notwendig, um tatsächlich einen Schritt weiterzukommen.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Und wie sieht es beim Thema Sport aus?

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: [Julia Schulze-Hentrich] Ja das ist natürlich auch eine spannende Frage für alle Couchpotatoes oder für jeden von uns. Wir wissen wie gut sportliche Aktivität ist und trotzdem fällt es uns schwer von der Couch hochzukommen oder einfach mal eine Runde draußen laufen zu gehen. Manchmal fehlt auch einfach die Zeit, oder in bestimmten Erkrankungen ist es gar nicht mehr möglich sportlich aktiv zu sein, oder nur begrenzt möglich. Und hier wäre es natürlich ein Traum der Forscher oder eines jeden Menschen, Sport durch ein Medikament ersetzen zu können. Gäbe es die Pille, die wir einfach nehmen können, um den gleichen protektiven, positiven Effekt zu haben, wie toll wäre das denn

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: Es gibt tatsächlich ein Forschungsfeld, das heißt „Enviromimetik“, diesen Begriff hat Anthony Hannan aus Australien geprägt. Die [Enviromimetik] versucht Medikamente zu entwickeln, die die protektiven Effekte oder die positiven Effekte von Sport nachahmen. Und hier ist man dran tatsächlich auf molekularer Ebene die essentiellen Schlüsselenzyme und Schlüsselgene zu finden, die da zuständig sind, um das dann am Ende nachzuahmen und therapeutisch in eine Pille zu verpacken, die man statt des Sportes dann irgendwann nehmen kann. Aber das ist alles Zukunftsmusik und da muss noch viel getan werden.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Dieses Vorhaben hat auf jeden Fall etwas Fantastisches. Aber wie würde sich wohl so eine Erfindung wohl auf die Gesellschaft und die Medizin auswirken?

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: [ Julia Schulze-Hentrich] Ja das hat natürlich weitreichende Auswirkungen am Ende auch auf die Gesellschaft und auf unser Zusammenleben generell. Ich glaube ich bin erstmal Optimist und würde das sehr positiv sehen. Ich glaube die Effekte, die wir haben könnten, für bestimmte Erkrankungen, aber auch für das alltägliche Leben, sind sehr spannend und sehr hilfreich. Es sollte uns aber trotzdem nicht davon abhalten, etwas inne zu halten und vielleicht auch für uns selbst zu reflektieren und zu verstehen, dass wir nicht auf die Pille warten sollten, die den Sport ersetzt oder die an der Uhr dreht und uns wieder verjüngt, sondern die gute Nachricht der Epigenetik ist ja, dass wir jeden Tag selbst etwas tun können und das wir durch unser Verhalten unsere Lebensweise, unsere Gesundheit, beeinflussen können. Ich würde das eher als Ansporn nehmen und epigenetische Forschung dann verstehen, die diese positiven Effekte untermauert und uns motivieren sollte tatsächlich zu reflektieren, wie sieht ein gesundes und gutes Leben aus, das auch gesundes Altern am Ende ermöglichen kann.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Ja, wir sollten auf keine Wunderpille warten, sondern hier im Jetzt versuchen möglichst gesund zu leben. Eine spannende Frage bleibt hier jedoch noch offen. Könnte ich dann nicht zumindest für meine Kinder eine gewisse Vorarbeit leisten? Also lassen sich epigenetische Schalter, die ich z.B. durch Sport schon aktiviert habe, im aktivierten Zustand an meine Nachkommen weitergeben? Sind diese Markierungen über Generationen hinweg haltbar?

Prof. Dr. Jörn Walter: [Jörn Walter] Ja das ist ein sehr weit diskutiertes Thema und das greift natürlich tief in biologische Grundprinzipien ein. Der Vererbbarkeit alleine über die Gene. Gibt es oberhalb der Gene eine Form von Vererbbarkeit und ist diese Vererbbarkeit auch mitentscheidend wie sich Organismen, wie sich der Mensch, wie sich alle Lebewesen an Lebensbedingungen anpassen und das eventuell auch vererben können? Das ist manchmal so ein Streit der immer genannt wird, zwischen Darwinismus und Lamarkismus. Also Herr Lamark hat postuliert, dass es bestimmte Formen von Anpassbarkeit von Lebewesen geben könnte an veränderte Umweltbedingungen und dass diese zum Teil auch vererbbar sein könnten. Darwin hat dagegengesprochen und die Biologie des 20. Jahrhunderts wird auch eigentlich mehr von der darwinistischen Sichtweise getragen.

Prof. Dr. Jörn Walter: Jetzt gibt es aber bestimmte Veränderungen die man in der Natur kennt, die auch durchaus durch Reize aus der Umwelt mitausgelöst werden, aber nicht unbedingt immer eine Vererbbarkeit mit sich bringen, sondern eine Steuerung der Gene betrifft. Und hier spielen epigenetische Prinzipien eine Rolle. Ein Teil dieser epigenetischen Veränderungen die dann stattfinden, könne vielleicht auch in die nächste Generation vererbt werden. Und bestimmte Prinzipien dieser angepassten Vererbbarkeit sehen wir bei Pflanzen. Bei Menschen ist es durchaus noch etwas zweifelhaft ob diese Vererbbarkeit wirklich so durchgehend gegeben ist. Was es gibt ist, bestimmte Korrelationen zwischen veränderten Umweltbedingungen, sprich z.B. Ernährungsbedingungen oder Exposition zu bestimmten Schadstoffen, die möglicherweise zu Veränderungen auch in der nächsten Generation führen.

Prof. Dr. Jörn Walter: Aber dieses „möglicherweise“ was ich gerade gesagt habe schränkt schon ein, dass wir den genauen Nachweis dafür leider noch nicht erbracht haben. Vor allen Dingen nicht genau wissen wie sich bestimmte Einflüsse auf den Menschen vererben. Was wir allerdings wissen, und deswegen glaubt man so fest auch an epigenetische Vererbbarkeit, ist, dass es bestimmte Gene in unserem Genom gibt, die, abhängig davon ob wir sie vom Vater oder der Mutter weitergegeben bekommen, so epigenetisch geprägt sind, dass sie auf eine bestimmte Art und Weise angeschaltet sind. Nämlich das nur noch eine Kopie, entweder die väterliche oder die mütterliche Kopie, angeschaltet ist. Und das ist essenziell. Wenn man das unterbricht, das was man Imprinting nennt, also prägungsverfahren von den Genen, dann kommt es zur abnormalen Entwicklung bis hin zur Erkrankung.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Das heißt wir haben noch keine biologische Erklärung dafür gefunden, ob und wie genau diese Vererbung funktionieren soll. Versteh ich das richtig?

Prof. Dr. Jörn Walter: [Jörn Walter] In meiner Arbeitsgruppe beschäftigen wir uns schon seit 20 Jahren mit der Frage. „Können epigenetische Mechanismen kurz nach der Befruchtung, also nach der Entstehung eines Lebens eigentlich noch weiter existieren, oder werden die gelöscht. Weil sie müssen sich ja vorstellen, was letztendlich ein neues Leben kreiert ist eine Eizelle und ein Spermium. Die beiden kommen zusammen und die bringen ihre Chromosomen mit. Und die beiden Chromosomensätze tragen Muster von Eizellen und Spermien. Und was dann passiert ist, dass erstmal diese beiden epigenetischen Muster weitgehend gelöscht werden, weil ein Spermienmuster würde nicht ausreichen um ein gesamtes Leben zu machen und ein Eizellenmuster würde nicht ausreichen um ein ganzes Leben zu machen. Also müssen die sozusagen wieder auf einen Grundzustand gebracht werden und dann fängt die Differenzierung an. Also das Entstehen von neuen Zellen und von neuen Zelltypen. Und mit diesem Entstehen setzen dann wieder neue epigenetische Mechanismen ein die halt für das Individuum neu gesetzt werden, aber nach Programmen die das Genom mitdiktiert. Und dementsprechend ist es sehr schwer sich vorzustellen, dass etwas das von der Mutter kommt, das müsste ja dann in der Eizelle ruhen, in dem Genom der Eizelle ruhen, dass diese Information wirklich weitergegeben wird und nicht bei diesem Prozess auch mitgelöscht wird.

Prof. Dr. Jörn Walter: Es gibt Hinweise darauf, dass manchmal, quasi als Unfall, gewisse Löschungen nicht komplett sind. Und dass es dann durchaus zu Verschiebungen kommen kann. Aber wir haben bis heute noch nicht verstanden, wie sich das aus einer Eizelle, über viele Zellteilungen hin bis hin zum erwachsenen Menschen fortschreibt. Und das ist ein Gegenstand der immer noch erforscht wird und da werden wir noch lange brauchen. Dementsprechend bin ich ein bisschen vorsichtig, da diesen Schluss komplett zuzulassen. Ich will nicht sagen, dass es nicht möglich ist, aber ich will auch nicht sagen, dass es bewiesen ist.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Ja, ganz genau wissen wir also noch nicht, ob und inwieweit epigenetische Markierungen vererbt werden. Ob und wie genau, sich meine Entscheidung heute mehr Sport zu machen auf die Genaktivität meiner Kinder auswirkt, ist also noch unklar. Im Zweifel würde ich aber sagen: ein bisschen Bewegung schadet nie. Das heißt es gibt noch einige ungelöste Rätsel und auch in Sachen Therapieentwicklung gibt es noch sehr langfristige Ziele und Ideen. Wie könnte sich das Feld der Epigenetik denn in den nächsten zehn Jahren wandeln?

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: [Julia Schulze-Hentrich] Das Feld der Epigenetik ist auch sehr technologiegetrieben und produziert große Datenmengen auf unterschiedlichen Ebenen. Wir haben uns ja heute mehr auf die DNA-Methylierung konzentriert, als einen möglichen Mechanismus, als diese Schalteridee die wir präsentiert haben. Aber Epigenetik ist viel mehr als DNA-Methylierung. Es gibt unglaublich viele Ebenen, die ineinandergreifen, die nicht nur auf DNA-Ebene zu suchen sind, sondern auch auf der Verpackungsstruktur. Wie vorhin schon gesagt, Zugänglichkeit spielt hier eine große Rolle. Die Proteine, die die DNA verpacken, sind auch hoch dekoriert und auf unterschiedlichste Weise verändert.

Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich: Und diese Markierungen und Veränderungen müssen wir umfassend verstehen. Und da werden große Datenmengen entstehen, die, und das ist auch wichtig zu sagen, natürlich auch zelltypspezifisch und alters- und geschlechtsabhängig gemessen werden müssen. Denn im Gegensatz zu unserem Genom, das relativ statisch ist, und sich im Laufe des Lebens nicht ändert, ist ja die Epigenetik hochdynamisch und wir müssen es schaffen uns einen Überblick zu verschaffen, über zelltypspezifische altersabhängige Veränderungen auf all diesen Ebenen. Wie gesagt, da werden sehr viele Daten entstehen und GHGA bietet hier ideale Strukturen um standardisiert auch Datenmengen speichern zu können und am Ende zu erlauben, sie auch intelligent zu integrieren und zu analysieren, um alle Fragen über die wir heute gesprochen haben dann auch besser und eindeutiger beantworten zu können.

Janika Kiltz: [Janika Kiltz] Ja, das sind große Fragen! Wir können gespannt sein, was wir in Zukunft noch über die Themen der Alterung und Entwicklung des Menschen und auch über die Entwicklung verschiedener Erkrankungen lernen können. Ich bedanke mich bei meinen beiden Gästen für den spannenden Einblick in ihr Forschungsgebiet und verabschiede mich, bis zur nächsten Folge! Auf Wiederhören!

Janika Kiltz: [Musik]

Janika Kiltz: Dieser Podcast wurde präsentiert von GHGA. Wir bieten Infrastruktur, in welcher Genomdaten sowie weitere medizinische Daten sicher gespeichert und kontrolliert zugänglich gemacht werden können. Das Projekt wird von der deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert und ist Teil der Nationalen Forschungsdateninfrastruktur. Weitere Informationen findet ihr unter www.ghga.de. Vielen Dank fürs Zuhören und herzlichen Dank an unsere heutigen Gäste Professor Dr. Jörn Walter und Prof. Dr. Julia Schulze-Hentrich. Bis zum nächsten Mal!

00:35:41: Outro-Musik