Seit über einem Jahrhundert definieren Gregor Mendels Erbsenexperimente, wie Merkmale von Eltern an Nachkommen weitergegeben werden. Doch eine neue Studie an Mäusen deutet darauf hin, dass einige vererbte Merkmale diesen klassischen Regeln überhaupt nicht folgen.
Forscher der Johns Hopkins Medicine und der Texas A&M University fanden heraus, dass etwa 7 % der epigenetischen Vererbungsmuster, die sie untersuchten, sich auf unerwartete Weise verhielten. Diese chemischen Markierungen auf der DNA, die beeinflussen, wie Gene arbeiten, ohne den genetischen Code selbst zu verändern, schienen manchmal aus dem Nichts aufzutauchen oder Regeln zu folgen, die bei Säugetieren noch nie zuvor gesehen wurden.
Epigenetische Markierungen, die die Regeln brechen
Epigenetische Veränderungen sind chemische Modifikationen, wie DNA-Methylierung, die Gene ein- oder ausschalten können. Anders als Mutationen in der DNA-Sequenz können sich diese Markierungen als Reaktion auf Umweltbelastungen verschieben. Die am 20. Mai in Nature Genetics veröffentlichte Studie untersuchte, wie diese Markierungen über Generationen hinweg bei Mäusen weitergegeben wurden.
Das Team entdeckte Hunderte von Fällen, in denen die Vererbung dieser chemischen Markierungen nicht mit Mendels Vorhersagen übereinstimmte. Einige Markierungen schienen spontan aufzutauchen, ohne klaren Ursprungselternteil. Andere zeigten Muster der genomischen Prägung, bei denen es davon abhängt, ob ein Merkmal exprimiert wird, welches Elternteil es beigesteuert hat, nicht davon, ob das Gen dominant oder rezessiv ist.
Erste natürliche Paramutation bei einem Säugetier
Das vielleicht auffälligste Ergebnis war die Identifizierung der ersten bekannten natürlich vorkommenden Paramutation bei einem Säugetier. Paramutation ist eine seltene Form der Vererbung, die zuvor nur bei Pflanzen und Fruchtfliegen dokumentiert wurde. Bei diesem Prozess kann ein Allel ein anderes Allel anweisen, seinen epigenetischen Zustand zu ändern, und dieser neue Zustand wird dann an zukünftige Generationen weitergegeben.
Die Entdeckung deutet darauf hin, dass Umwelteinflüsse eine größere Rolle bei der Vererbung spielen könnten, als Wissenschaftler bisher angenommen hatten. Andrew Feinberg, ein Bloomberg Distinguished Professor an der Johns Hopkins und Co-Leiter der Studie, merkte an, dass nicht-mendelsche Muster der epigenetischen Vererbung Organismen ermöglichen könnten, schneller vielfältige oder neue Merkmale zu erwerben als durch Veränderungen der DNA-Sequenz selbst.
Die Forschung wurde von den National Institutes of Health und der National Science Foundation finanziert. Sie fügt sich in eine wachsende Zahl von Belegen ein, dass Vererbung komplexer ist, als Mendels Gesetze allein erklären können.
Was das für das Verständnis von Vererbung bedeutet
Die Ergebnisse heben Mendels Arbeit nicht auf, sondern erweitern das Bild. Mendels Gesetze beschreiben immer noch, wie viele genetische Merkmale weitergegeben werden. Aber diese Studie zeigt, dass epigenetische Markierungen ihren eigenen Regeln folgen können, manchmal auftauchen, verschwinden oder sich auf eine Weise verändern, die DNA-Sequenzen nicht können.
Für Wissenschaftler eröffnen diese Ergebnisse neue Fragen darüber, wie Merkmale evolvieren und wie Organismen sich an ihre Umgebungen anpassen. Wenn epigenetische Veränderungen auf nicht-mendelsche Weise vererbt werden können, dann könnten die Geschwindigkeit und Flexibilität der Anpassung größer sein als bisher angenommen. Die Studie wurde in einem begleitenden Nature-Kurzbericht hervorgehoben und stellt einen Schritt zum Verständnis der gesamten Vererbungslandschaft dar.
