Epigenetische Genomreprogrammierung in der Keimbahn und im frühen Embryo: Implikationen für die Reproduktionsmedizin

Journal für Reproduktionsmedizin und Endokrinologie - Journal of Reproductive Medicine and Endocrinology 2006; 3 (3): 136-140

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Keywords: Genetik,  Genom,  Reproduktionsmedizin

Reversible epigenetische Modifikationen der genomischen DNA-Sequenz, insbesondere die Methylierung von CpG-Dinukleotiden, ist wichtig für die zeitlich, örtlich und elternspezifisch koordinierte Expression unserer Gene. Epigenetische Phänomene sind Grundlage der Entwicklung. Fehlerhafte DNA-Modifikationen (Epimutationen) spielen wahrscheinlich nicht nur bei der Entstehung von Krebs, sondern auch bei vielen anderen Krankheiten eine Rolle. In somatischen Zellen werden die einmal etablierten Methylierungsmuster, die zusammen genommen das Epigenom der Zelle bilden, bei jeder Teilung an die Tochterzellen weitervererbt. Dagegen werden in den primordialen Keimzellen die ererbten Methylierungsmuster komplett ausgelöscht. Anschließend wird ein für die männliche bzw. weibliche Keimbahn spezifisches Epigenom programmiert, das die individuellen väterlichen und mütterlichen Interessen bezüglich der Entwicklung der Nachkommen in der nächsten Generation durchsetzen soll. Um die sehr unterschiedlichen epigenetischen Ausgangspositionen von Ei- und Samenzelle für die somatische Entwicklung aneinander anzugleichen, findet nach der Befruchtung eine elternspezifische Reprogrammierung der beiden Keimbahngenome in ein neues diploides somatisches Genom statt. Diese genomweite Reprogrammierung ist für die Wiederherstellung der Totipotenz erforderlich. Im frühen Embryo werden die meisten Keimbahnmuster wieder ausgelöscht und identische somatische Methylierungsmuster auf beiden elterlichen Allelen erzeugt. Nur relativ wenigen geprägten Genen gelingt es, ihre Keimbahnmuster und elternspezifische Aktivität beizubehalten. Stochastische, durch Umwelt- oder elterliche Faktoren bedingte Störungen der Methylierungsreprogrammierung sind eine wichtige Ursache für den Verlust von Embryonen und Entwicklungsstörungen. Häufigkeit und Schwere der epigenetischen Defekte nehmen zumindest im Tierexperiment zu, wenn man mit assistierten Reproduktionstechniken in die Entwicklung von Gameten und frühen Embryonen eingreift oder bei der Embryoklonierung die Keimbahn komplett umgeht. Ein besseres Verständnis der Reproduktionsepigenetik ist sowohl für eine Therapie von infertilen Paaren, als auch für die Herstellung menschlicher embryonaler Stammzell-Linien für die Zellersatztherapie wichtig.