Könnte Ihre Fitness die Gehirnleistung Ihrer Kinder steigern?
Laut neuen Forschungen aus Deutschland können Väter möglicherweise die verbesserte Lernfähigkeit weitergeben, die sich aus der körperlichen und geistigen Aktivität durch molekulare Veränderungen in ihren Spermien ergibt.
In einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel ZellenberichteForscher des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) und des Universitätsklinikums Göttingen, ebenfalls in Deutschland, erläutern, wie sie nach der Untersuchung von Mäusen zu diesem Ergebnis gekommen sind.
Sie fanden heraus, dass die Exposition gegenüber einer stimulierenden Umgebung mit viel Bewegung nicht nur die Lernfähigkeit bei erwachsenen männlichen Mäusen erhöhte, sondern auch, dass dieser Vorteil von ihren Nachkommen geerbt wurde.
Weitere Tests ergaben, dass der Effekt durch Veränderungen der RNA-Moleküle im Sperma des Vaters weitergegeben wurde.
Die Forscher identifizierten zwei spezifische microRNA-Moleküle - miRNA212 und miRNA132 - als primär verantwortlich. MicroRNAs sind eine Gruppe von Molekülen, die die Genaktivität steuern, ohne die zugrunde liegende DNA zu verändern.
Die neue Studie liefert weitere Belege für einen „epigenetischen“ Vererbungsprozess, bei dem Fähigkeiten ohne DNA-Beteiligung an die nächste Generation weitergegeben werden können.
Epigenetische Vererbung
In ihrer Arbeit fassen der leitende Studienautor André Fischer, Professor an der Abteilung für Psychiatrie und Psychotherapie am DZNE, und seine Kollegen die jüngsten Beweise für „nicht genetische Mechanismen“ der Vererbung zusammen.
Die Mechanismen betreffen das aufstrebende Gebiet der Epigenetik, in dem Wissenschaftler immer mehr Beweise dafür sammeln, wie Umweltfaktoren wie Lebensstil und Ernährung einer Generation die biologische Entwicklung, Gesundheit und Krankheit der nächsten Generation beeinflussen.
Epigenetische Mechanismen verändern die Genexpression, ohne die DNA zu verändern. Sie beeinflussen die Zellaktivität, indem sie beispielsweise Gene ein- und ausschalten und Muster der Proteinproduktion ändern.
Neuere Studien legen nahe, dass epigenetische Veränderungen über Spermien weitergegeben werden können. Untersuchungen, die kürzlich auf einer Konferenz vorgestellt wurden, zeigten beispielsweise, dass die Exposition gegenüber einem Leben mit leichtem Stress die Spermien männlicher Mäuse so verändern kann, dass sie die Gehirnentwicklung ihrer Nachkommen beeinflussen.
Bewegung und „synaptische Plastizität“
Prof. Fischer und Kollegen stellen fest, dass körperliche Bewegung in Kombination mit kognitivem Training - das sie als „Umweltanreicherung“ bezeichnen - bekanntermaßen das Risiko für verschiedene Krankheiten senkt, einschließlich solcher, die das Gehirn betreffen.
Insbesondere Studien an Ratten und Menschen haben gezeigt, dass eine Anreicherung der Umwelt die „synaptische Plastizität“ steigern kann, die bestimmt, wie gut Gehirnzellen kommunizieren, und auch als biologische Grundlage des Lernens anerkannt wird.
Studien haben zwar auch gezeigt, dass die Aufzucht von Mäusen in angereicherten Umgebungen zu einer erhöhten synaptischen Plastizität ihrer Nachkommen führen kann, es ist jedoch nicht klar, ob dies auch dann zutrifft, wenn die Exposition nur im Erwachsenenalter erfolgt.
Darüber hinaus ist der Mechanismus, durch den die erhöhte synaptische Plastizität vererbt wird, kaum bekannt, bemerken die Autoren.
Für ihre Studie nahmen die Wissenschaftler zwei Gruppen männlicher Mäuse. Sie ermöglichten es einer Gruppe, 10 Wochen lang eine Umweltanreicherung zu erleben, die viel Bewegung beinhaltete, während die andere Gruppe in „Heimkäfigen“ blieb.
Sie entdeckten, dass die Mäuse, die eine Umweltanreicherung erfahren hatten, im Vergleich zu den Käfigmäusen (den Kontrollen) eine „signifikante Zunahme“ der synaptischen Aktivität im Hippocampus zeigten, einem für das Lernen wichtigen Bereich des Gehirns.
Der Nutzen wird durch die Spermien-RNA weitergegeben
In der nächsten Phase der Studie nahmen die Forscher zwei weitere Gruppen erwachsener männlicher Mäuse und durchliefen sie nach dem gleichen Schema, mit der Ausnahme, dass sie sie nach 10 Wochen mit selbst eingesperrten Weibchen paarten.
Die Ergebnisse des Teams zeigten, dass die Nachkommen der männlichen Mäuse, die im Erwachsenenalter eine Umweltanreicherung erfahren hatten, im Vergleich zu den Nachkommen der männlichen Kontrollen auch eine erhöhte synaptische Aktivität des Hippocampus aufwiesen.
Die Autoren stellen fest, dass der Nutzen durch die Väter weitergegeben worden sein muss, da die Mütter noch nie eine Umweltanreicherung erfahren hatten.
In weiteren Experimenten extrahierten sie RNA aus dem Sperma der Väter und injizierten sie in befruchtete Maus-Eizellen.
Es wurde entdeckt, dass Nachkommen von Eiern mit Spermien-RNA von Mäusen, die im Erwachsenenalter einer Umweltanreicherung ausgesetzt waren, im Vergleich zu Nachkommen von Eiern mit Spermien-RNA von Kontrollmäusen eine „verbesserte synaptische Plastizität und Lernfähigkeit“ aufwiesen.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass eine Anreicherung der Umwelt oder eine stärkere körperliche und geistige Aktivität im Erwachsenenalter die kognitiven Fähigkeiten der Nachkommen verbessern kann und dass dies über die Spermien-RNA weitergegeben wird.
Mit präziseren RNA-Injektionen versuchte das Team dann, die genauen RNA-Moleküle zu identifizieren, die für die epigenetische Vererbung der verbesserten Lernfähigkeit verantwortlich sind. Sie fanden heraus, dass miRNA212 und miRNA132 den größten Teil davon ausmachten.
"Zum ersten Mal verknüpft unsere Arbeit ein epigenetisches Phänomen spezifisch mit bestimmten microRNAs."
Prof. André Fischer
