Gene lernen aus Stress
Epigenetischer Mechanismus entdeckt, wie frühkindliches Trauma uns für Depression programmiert
(8.11.09) Forscher des Max-Planck-Instituts für Psychiatrie entdecken, wie schwerer psychischer Stress die Anlagerung einfacher chemischer Markierungen, sogenannter Methylgruppen, an unsere Erbsubstanz bewirkt und die Aktivität von Genen dauerhaft verändert. Dies gelang mit Hilfe von Mäusen, die nach der Geburt kurze Zeit vom Muttertier getrennt wurden und als Folge lebenslang erhöhte Stresshormone und verminderte Stresstoleranz zeigten. Beides sind bei entsprechender Veranlagung Wegbereiter für schwere Depressionen. Die Entschlüsselung dieser Gedächtnisbildung ist Gegenstand der Epigenetik, einer Forschungsrichtung, die zum Verständnis der Wechselwirkung von Genen und Umwelt zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die Wissenschaftler hoffen, auf diesem Weg neue, auf das Individuum zugeschnittene, Therapien zu entwickeln.
Wie Gene und Umwelteinflüsse in Wechselwirkung treten ist gerade im Bereich der Psychiatrie von größtem Interesse. Sigmund Freud beschrieb bereits vor mehr als 100 Jahren den Einfluss von traumatischen Erlebnissen auf die Entwicklung von Depressionen und Angsterkrankungen. Die Epidemiologie konnte dies bestätigen. Die molekularen Mechanismen durch die diese Ereignisse tiefe Spuren in unseren Gehirnen hinterlassen sind aber eines der großen ungelösten Rätsel der modernen Medizin geblieben.
Mit der Entschlüsselung des menschlichen Genoms zur Jahrtausendwende richteten sich die Hoffnungen der Forscher vor allen auf die Identifizierung von Genvarianten, die mit einem erhöhten Erkrankungsrisiko einhergehen. Sehr schnell wurde aber deutlich, dass genetische Faktoren und Umwelteinflüsse nicht voneinander unabhängig sind und dass erworbene Informationen die Gebrauchsanweisung liefern, wie das Erbgut genutzt wird. Hierzu werden Methylgruppen wie Signalflaggen auf den DNA-Strängen angebracht und legen somit fest, wie häufig ein Gen abgelesen wird. Könnte dieser zweite, epigenetische, Kode dann auch frühkindliche Erfahrungen langfristig in unserem Gehirn verankern?
Wie die epigenetische Gedächtnisbildung eines frühen Stresserlebnisses im Mausgehirn genau aussieht, konnte die Forschergruppe um Dietmar Spengler im Detail aufklären. Werden neugeborene Mäuse vom Muttertier kurze Zeit getrennt, dann können sich diese Tiere ihr Leben lang nur schlecht an Stresssituationen anpassen und Gedächtnis, Antrieb und Emotionen sind gestört. Die Stresshormone sind erhöht, weil in ihrem Gehirn das Eiweißmolekül Vasopressin überproduziert wird. Vasopressin ist ein Schlüsselfaktor für die Steuerung von Stresshormonen, Gedächtnis, Emotionen und Sozialverhalten. Die Wissenschaftler gingen der Frage nach, wodurch diese Überproduktion von Vasopressin auslöst wird. DNA-Analysen führten zur Identifizierung eines Genabschnittes, dessen Methylierung die Aktivierung des Vasopressin-Gens hemmt. Dieser epigenetische Aus-Schalter fehlt in den gestressten Tieren und führt zu einer lebenslangen Überproduktion von Vasopressin. Durch die Behandlung mit einem Pharmakon kann die Andockstelle des Botenstoffes Vasopressin auf den Zelloberflächen jedoch blockiert werden, was die Folgen der frühen Stressbelastung normalisiert.
Um die Entwicklung psychiatrischer Erkrankungen zu verstehen, werden zukünftig neben den genetischen Analysen die epigenetischen Kodierungen identifiziert werden müssen. Erst sie werden uns Antworten liefern und die Komplexität psychiatrischer Erkrankungen erklären. Prof. Florian Holsboer, Direktor des Max-Planck-Instituts in München, führt dazu aus: „Unsere Studie dokumentiert, wie sich Umwelteinflüsse über epigenetische Mechanismen auf die molekulare Ebene unseres Genoms niederschlagen. Früh erlittene schwere Belastung kann die Entwicklung krankmachender Prozesse einleiten, die sich später in Angsterkrankungen und Depression manifestieren. Das Verständnis dieser epigenetischen Kodierung wird zum zukünftigen Schlüssel neuer Behandlungsstrategien.“
Originalveröffentlichung:
Chris Murgatroyd, Alexandre V Patchev, Yonghe Wu, Vincenzo Micale, Yvonne Bockmühl, Dieter Fischer, Florian Holsboer, Carsten T Wotjak, Osborne F X Almeida & Dietmar Spengler
Dynamic DNA methylation programs persistent adverse effects of early-life stress
Nature Neuroscience, advance online publication 8. November 2009, DOI 10.1038/nn.2436