Eltern-Sport für smarte Nachkommen – die Epigenetik macht’s möglich: Fitness von Körper und Geist lässt sich wohl vererben

Anke Brodmerkel

Interessenkonflikte

30. April 2018

Prof. Dr. André Fischer

Körperliche und geistige Aktivität sind gut für das Gehirn. Und zwar offenbar nicht nur für das eigene, sondern auch für das der nächsten Generation: Wie ein Team um Prof. Dr. André Fischer vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Göttingen im Fachjournal Cell Reports berichtet, haben aktive Mäuse die lernfähigeren Nachkommen [1].

Diese Form der epigenetischen Vererbung – an der das eigentliche Erbmaterial, die DNA, nicht direkt beteiligt ist – wird offenbar durch 2 bestimmte RNA-Moleküle vermittelt. Nach körperlicher und geistiger Aktivität der Tiere waren diese microRNAs nicht nur im Gehirn, sondern auch in den Keimzellen der Nager vermehrt zu finden.

Fischer und seine Kollegen vermuten, dass sich die Ergebnisse ihrer Studie auf den Menschen übertragen lassen – und planen bereits entsprechende Experimente, um ihre Hypothese zu überprüfen. „Die Spermatogenese beim Mann dauert rund 2 Monate“, sagt Fischer im Gespräch mit Medscape. „Es könnte also vielleicht gar kein so schlechter Gedanke sein, dass ein Mann, der plant, ein Kind zu zeugen, erst einmal ein paar Wochen lang vermehrt Sport treibt.“

Entdeckte microRNAs könnten zur Früherkennung von Alzheimer beitragen

Die Beobachtungen an den Mäusen lassen sich womöglich auch noch anderweitig medizinisch nutzen, beispielsweise für die Früherkennung von Alzheimer: „Wir suchen schon lange nach Biomarken im Blut, anhand derer sich jene Menschen aufspüren lassen, die ein besonders hohes Risiko haben, einmal Alzheimer zu entwickeln“, sagt Fischer. „Wen wir jetzt sogar in peripheren Organen wie den Hoden Substanzen entdeckt haben, die Rückschlüsse auf den kognitiven Zustand zulassen, sind wir diesem Ziel bereits ein großes Stück näher gekommen“, betont der Forscher.

 
Es könnte also vielleicht gar kein so schlechter Gedanke sein, dass ein Mann, der plant, ein Kind zu zeugen, erst einmal ein paar Wochen lang vermehrt Sport treibt. Prof. Dr. André Fischer
 

Eine Früherkennung von Alzheimer sei deshalb so wichtig, weil man heutzutage davon ausgehe, dass viele der in den vergangenen Jahren entwickelten Medikamente nur deshalb nicht gut gewirkt hätten, weil sie zu spät verabreicht worden seien, erläutert Fischer. Allerdings seien die beiden RNA-Moleküle, auf die man in den Mäusen gestoßen sei, allein noch keine geeigneten Biomarker, sondern vermutlich nur zusammen mit weiteren Substanzen, räumt der Wissenschaftler ein.

Aktivere Mäuse und ihr Nachwuchs besser beim räumlichen Lernen

Die Forscher um die Erstautorin der Studie, Dr. Eva Benito vom DZNE, experimentierten mit 2 verschiedenen Gruppen von Mäusen. Die eine Gruppe wurde einer stimulierenden Umgebung ausgesetzt, in der die Nager viel Bewegung hatten. Die Tiere der Vergleichsgruppe wurden in Käfigen ohne besondere Stimuli gehalten. „Eigentlich wollten wir zunächst nur untersuchen, inwieweit im Blut zirkulierende RNA überhaupt etwas über die Lernfähigkeit bei Mäusen und eventuelle Zusammenhänge mit pathologischen Effekten aussagen kann“, berichtet Fischer.

Die jetzt veröffentlichten Ergebnisse beruhen somit eigentlich auf einer eher zufällig gemachten Beobachtung. Denn wie sich herausstellte, waren die aktiveren Mäuse nicht nur selbst lernfähiger als die Tiere der Kontrollgruppe. Auch bei dem Nachwuchs der beiden Gruppen waren die Unterschiede noch deutlich zu beobachten.

So schnitten die Nachkommen der aktiven Tiere in Tests, in denen das räumliche Lernen überprüft wird, wesentlich besser ab als der Nachwuchs der Kontrollgruppe. „Sie fanden zum Beispiel in einem Wasserlabyrinth, in dem sich die Tiere anhand bestimmter Punkte orientieren müssen, deutlich schneller die rettende Platform“, erklärt Fischer.

Auch synaptische Plastizität im Hippocampus verbessert

Darüber hinaus war bei den Nachkommen der aktiveren Tiere die synaptische Plastizität im Hippocampus verbessert. „In elektrophysiologischen Experimenten zeigte sich, dass die Nervenzellen dort besser und schneller miteinander kommunizierten“, erläutert Fischer. Der Hippocampus ist eine für das Lernen wichtige Hirnregion, die bei Alzheimer-Patienten oft frühzeitig beeinträchtigt ist.

Als nächstes untersuchten die Wissenschaftler, welcher Mechanismus den beobachteten Phänomenen zugrunde liegen könnte. „Da Spermien leichter als Eizellen verfügbar sind, konzentrierten wir uns zunächst auf die männlichen Tiere – auch wenn die verbesserte Lernfähigkeit von beiden Elternteilen an die Nachkommen weitergegeben wurde“, berichtet Fischer. Spermien enthalten neben der väterlichen DNA, in der die Erbanlagen gespeichert sind, auch zahlreiche unterschiedliche RNA-Moleküle.

2 microRNAs im Gehirn und Spermien angereichert

In ihren Experimenten überprüften die Wissenschaftler daher, welche Rolle die RNA bei der Vererbung der Lernfähigkeit spielen könnte. Dazu extrahierten sie zunächst RNA aus Spermien von Mäusen, die körperlich und geistig aktiv waren. Diese injizierten sie in befruchtete Eizellen und untersuchten die Tiere, die sich daraus entwickelten. Wie sich herausstellte, waren die Lernfähigkeit und die synaptische Plastizität auch bei diesen Mäusen verbessert.

 
Unsere Arbeiten bringen zum ersten Mal ein epigenetisches Phänomen konkret mit bestimmten microRNAs in Verbindung. Prof. Dr. André Fischer
 

In weiteren Injektionsexperimenten mit RNA-Extrakten konnten die Forscher genauer ermitteln, welche RNA-Moleküle an der epigenetischen Vererbung der Lernfähigkeit beteiligt sind. Sie wiesen nach, dass 2 sogenannte microRNAs – miRNA212 und miRNA132 – die gezeigten Phänomene zumindest zum Teil erklären können. microRNAs sind Steuermoleküle, die die Aktivität von Genen beeinflussen. „Unsere Arbeiten bringen zum ersten Mal ein epigenetisches Phänomen konkret mit bestimmten microRNAs in Verbindung“, sagt Fischer.

Wie die Forscher berichten, reichern sich miRNA212 und miRNA132 nach körperlicher und geistiger Aktivität sowohl im Gehirn als auch in den Spermien der Mäuse an. Im Gehirn fördern diese RNA-Moleküle – das war bereits bekannt – die Bildung von Synapsen und damit die Lernfähigkeit. Über die Spermien werden sie auf die Nachkommen übertragen. „Hier verändern sie vermutlich sehr subtil die Gehirnentwicklung, so dass die Nervenzellen besser vernetzt sind und die Nachkommen einen kognitiven Vorteil haben“, sagt Fischer.

Ob sich miRNA212 und miRNA132 nach Phasen körperlicher oder geistiger Aktivität auch in menschlichen Spermien anreichern, wollen er und seine Kollegen jetzt überprüfen.

 

Kommentar

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