Dynamisches Gedächtnis

Der Neurowissenschaftler Prof. André Fischer über das Forschungsfeld der Epigenetik und unser Erbgut als Bibliothek mit „dynamischen“ Lesezeichen. 

„Epigenetik ist eine Art dynamisches Gedächtnis unseres Erbguts “

Prof. Dr. André Fischer ist Neurologe und forscht im Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen DZNE zu Epigenetik und der Systemmedizin bei neurodegenerativen Erkrankungen.

Was genau ist Epigenetik, woher stammt der Begriff? 

Der Begriff geht auf den Entwicklungsbiologen Conrad Waddington zurück, womit er beschreiben wollte, dass „erworbene Eigenschaften“ vererbt werden können, ohne dass sich die Basenabfolge der DNA ändert. Waddington dachte dabei an Entwicklungsprozesse. Beim Menschen entwickeln sich z.B. aus einer befruchteten Eizelle über 300 verschiedene Zelltypen. Diese Zelltypen bilden die verschiedenen Gewebe, wie z.B. die Haut, Leber, das Herz oder Hirn. Das Erbgut, also unsere DNA, ist in allen diesen Zellen gleich.  

TV-Tipp: scobel - Gehirn und Gene

Im Rahmen des „NeuroForum Frankfurt 2021“, organisiert von der Gemeinnützigen Hertie-Stiftung und Gehirn&Geist, wird Prof. Dr. André Fischer am 29. April um 21 Uhr als einer von drei Experten zum Thema Epigenetik live auf 3sat in der Diskussionsrunde bei Gert Scobel zu sehen sein. 

Zur Sendung

Wie schaffen es dann aber diese Zellen so unterschiedlich zu sein?  Haben Sie dafür einen bildlichen Vergleich? 

Die Lösung liegt in der Art und Weise, wie die Zellen das Erbgut nutzen. Stellen wir uns unser Erbgut, die DNA, als eine Art Bibliothek vor. Diese Bibliothek enthält sehr viele Bücher und diese Bücher sollten die einzelnen Gene repräsentieren. Beim Menschen wären es dann ca. 25000 Gene, bzw. Bücher. Die Zellen der Haut, Leber, des Herzens und Hirns haben also alle die gleiche Bibliothek. Sie sind unterschiedlich, weil sie einen jeweils anderen Teil ihres Erbgutes ablesen. Von den 25.000 Büchern in der Bibliothek lesen die Leberzellen also andere Bücher oder Kapitel in diesen Büchern als z.B. die Hirnzellen. In Antwort auf Umweltreize reagieren die Zellen ebenfalls in dem sie bestimmte Bücher aufschlagen und Kapitel darin ablesen, also Gene aktivieren. Das passiert z.B. auch in den Nervenzellen, wenn Erinnerungen abgespeichert werden sollen. Damit eine Zelle einmal gelesene Bücher/Kapitel schnell wiederfindet, wenn die Information gebraucht wird, kann sie Lesezeichen setzten. Diese Lesezeichen sind nun die „epigenetische Veränderungen“. Die Zelle „markiert“ also das Erbgut, um Gene an- oder abzuschalten, wenn diese gebraucht werden. Diese Lesezeichen sind „dynamisch“, d.h. sie können gesetzt aber auch wieder eliminiert werden. Dennoch können sie extrem stabil sein und sogar vererbt werden. Epigenetik ist also eine Art dynamisches Gedächtnis unseres Erbgutes das u.U. sehr stabil sein kann und sogar über Generationen vererbt wird. Eine zusätzliche Ebene, um unser Erbgut zu regulieren. Daher auch der Begriff Epi-Genetik, wobei das „Epi“ aus dem griechischen stammt und „dazu“ bedeutet. 

Was begeistert Sie an diesem Forschungsfeld?

Das Verständnis von Lern- und Gedächtnisprozessen ist immer noch eines der großen Rätsel der modernen Wissenschaft. Die kombinierte Untersuchung von Lernprozessen in den Neurowissenschaften und die Analyse epigenetischer Prozesse in dem neuen Forschungsfeld der Neuroepigenetik fasziniert mich, insbesondere da wir ganz neue Einblicke zur Therapie von Hirnerkrankungen erhalten.

Wie können Sie die Epigenetik für ihre Arbeit nutzen, z.B. in Alzheimerforschung?

Bei Alzheimer ist die Frage nach dem richtigen Medikament nur ein wichtiger Punkt. Ein weiteres großes Problem ist die Tatsache, dass krankheitsbedingte Veränderungen der Nervenzellen auftreten, lange bevor eine Person überhaupt bemerkt, dass das Gedächtnis gestört ist. Zu diesem Zeitpunkt können die bisher entwickelten Medikamente dann nicht mehr helfen. Speziell Alzheimer ist nun eine Erkrankung, die auf verschiedene Kombinationen von genetischen und umweltbedingten Risikofaktoren zurückzuführen ist. Solche Genom-Umwelt Interaktionen werden durch epigenetische Prozesse reguliert. Epigenetik bietet die Möglichkeit neue Medikamente zu entwickeln, die auch helfen könnten, wenn die Krankheit mit herkömmlichen Methoden erkannt wurde, also schon fortgeschritten ist. Gleichzeitig kann man epigenetische Veränderungen messen, um Risikopersonen schon früh zu identifizieren. Ähnlich der Screening-Verfahren bei z.B. der Krebsvorsorge. Diese beiden Ansätze verfolgen wir. 

"Das Verständnis von Lern- und Gedächtnisprozessen ist immer noch eines der großen Rätsel der modernen Wissenschaft."

Welche „äußeren“ Einflüsse (wie z.B. Sport/Gedächtnistraining) können bei der Alzheimer Erkrankung eine nennenswerte Rolle spielen?

Es gibt umfangreiche Daten, die sehr eindeutig belegen, dass bestimme Umweltfaktoren die Wahrscheinlichkeit im Alter an Alzheimer zu erkranken deutlich vermindern können. Sport und Gedächtnistraining sind dabei sehr wichtig. Die meisten solcher Einflüsse wirken vorbeugend, d.h. sie tragen vermutlich dazu bei eine sogenannte „kognitive Reserve“ aufzubauen.
 

Gehirn erforschen

Die Hertie-Stiftung stellt in ihrem Arbeitsgebiet „Gehirn erforschen“ die Funktionsweise des Gehirns und die Bekämpfung seiner Erkrankungen in den Mittelpunkt. Schwerpunkte bilden die Förderung klinischer Hirnforschung und Projekte im Bereich der Grundlagenforschung sowie die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses. Darüber hinaus unterstützen wir neurowissenschaftliche Initiativen für innovative Forschungs-, Bildungs- und Kommunikationsformate.

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