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Emotionale und motivationale Regulation menschlichen Verhaltens (Subject) / 5 Psychologie und Epigenetic (Lesson)
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- Wer ist Conrad Hal Waddington 1905-1975 -prägt Begriff Epigenetik -Epigenetik = Beschreibung der Prozesse anhand der Genotyp auf Umwelt antworten kann (Ergänzung zu zufälligen Mutationen, Multikausal statt genozentrisch) Konzept der inneren & äußeren Umwelt (das ganze ist mehr als die Summe seiner Teile) -innere Umwelt: chemische Zusammensetzung der inneren Umgebung des Embryos (Zellen, Hormone) -äußere Umwelt: chemische Zusammensetzung der Umwelt (licht, Ernärhung) -Emergenz: spontane Herausbildung neuer Eigenschaften/Strukturen des Systems
- Epigentik, Epigenom Erklärung von Wirkung Umwelt auf Aktivierung von Genen + Weitergabe zur nächsten Generation -Gene durch Mechanismen Ein- & Ausschalten -Epigenom=Markierung überhalb des Genetischen Codes (aktive & inaktive Genabschnitte) -> Unterschiedliche Epigenome entscheiden über Art der Genexpression -> Zwillinge =Gleiches Genom aber entwickeln unterschiedliche Epigenome
- Einflussmechanismen der Epigenetik auf Lesbarkeit der Gene -DNA Methylierung -Histonmodifikation
- Funktion & Struktur der DNA -Speicherung der genetischen Informationen -1) Replikation: Informationen bei Zellteilung kopieren -2)Transkription & Translation: anhand genetischer Informationen wir mRNA gebilde -> Proteine baunen =Genexpression Struktur -Doppelhelix= Phosphatrückgrat + vier Basen (adenin, Thymin, cytosin, guanin) -Histone = Proteine auf die DNA gewickelt -Nukleosom = 8 Histone (enthält 146 Basenpaare) -Chromosom = Verdichtung von Nukleosomen
- Wie funktioniert DNA-Methylierung -Methylreste an Cytosin-Guaning Basenpaare anhängen -> macht Genabschnitt unlesbar für RNA-Polymerase -teilweise Vererbung methylierter Abschnitte
- Wie funktioniert Histon-Modifikation -chemische Veränderung an Histonen -Moleküle haften an "histonetails" -mehr als 100 versch. Modifikationen möglich ->Chromatin-Struktur ändert sich & Abschnitte werden in Lesbarkeit modifiziert
- Was ist Epigenetik für Oma -geht der Frage nach welche Veränderungen durch welche Umwelteinflüsse dazu führen das Gene der DNA eingeschalten bzw ausgeschalten werden & wie diese Markierungen (=Epignome) vererbt werden -Dna in jeder Zelle gleich aber Zellen entwickeln sich unterschiedlich (Muskel vs Nervenzelle) ->nur best. Genabschnitte werden gelesen & zell spezifische Proteine gebaut
- Zwei Epigenetische Prozesse bei normaler Entwicklung? 1) Inaktivierung X-Chromosom bei Frauen 2) Genomic imprinting -> 2 Kopien jedes Genes (1x Mutter, 1xVater), beide für Entwicklung entscheident ->ABER: ca 1% der Gene geprägt, d.h. eine Kopie wird durch Methylierung deaktiviert -> Genexpression hängt davon ab von wem Allel
- 2 Krankheiten durch Genomic Imprinting -Chromosomabschnitt 15q11-13 unterliegt genomischer Prägung -> best. Gene auf diesem Abschnitt nur von Mutter und andere nur von Vater aktiv Prader-Will-Syndrom -Genkopie von Vater unvollständig / nicht funktional Angelman-Syndrom -Genkopie von Mutter unvollständig / nicht funktional Ursachen: -Deletion -Disomie -Methylierung (=Epigenetische Ursache)
- Epigenetik bei Krankheit Untersuchung, Befund, Auswirkung -Methylisierung während Schwangerschaft -> neuronale Erkrankungen (Prader-Willi & Angelmann Syndrom) -Krebs = unkontrollierte Vermehrung & Wachstum von Zellen ->Hypermethylierung = Stilllegung von Tumor-Suppressor-Genen (Kontrollieren Zellwachstum-Vermehrung) ->Aktivierung von Onkogenen fördern Zellteilung & damit Tumorwachstum
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- „The Early Care-Giving Environment“ beim Menschen - Befunde? Oberlander et al. 2008 Mütter mit Depression in Schwangerschaft: -Serotonin Aufnahme Hemmer vs keine Medikamente vs keine Depression Ergebnisse: -Effekte Depression wird Epigenetisch auf Kinder übertragen ->erhöhte Methylierung Gluco-Corticoiderezeptor-Gens -> Kinder 3 Monate alt = stärkere Reaktion des hypothalamatischen Adrenalinkomplexes (HPA) auf Stress McGowan 2009 Post-mortem Untersuchung von: -suizidale VP mit vs ohne kindlichem Missbrauch vs kein Selbstmord -> mit Erfahrungen= weniger Glucocorticoid-Rezeptoren & erhöhte Methylierung der Gluco-Corticoiderezeptor-Gene -> stärkere HPA Reaktion
- Epigenetische Prozesse über mehrere Generationen im Tiermodell Epigentische Änderungen intergenerational stabil (Meiose)? Nagetierstudien: Anway et al 2005 -transgenerationale Effekte von endokrinen Beeinflussungen während Schwangerschaft ->weniger Spermienproduktion & Partner Präferenz beeinflusst -Mechanimus: Veränderte DNA-Methylierung der Keimzellen Curley et al 2008 -verringerte Mütterliche Fürsorge bei Ratten -> vermehrte Furch & verringertes Explorationsverhalten bis in 2. Generation Champagne & Menae 2007: -positive nach Abstillen kann neg. Effekte mangelnder Fürsorge direkt nach Geburt umkehren -Effekte sind reversibel ABER kritische & kompensatorische Zeitfenster
- Frühe elterliche Fürsorge (Early care giving environment) -bei Tieren, Befunde Szyf et al. 2008 Vgl Verhalten, Physiologie, Epigenom f -fürsorgliche(high lick/grooming) vs wenig fürsorgliche (low lick/grooming) Mütter Ergebnis: -Fürsorge -> pos Auswirkung auf Stressreaktion (hormonelle Reaktion geringer) Mechanimus: Mehr Fürsorge -> weniger Methylierung der Glucocorticoid-Rezeptor Gene -> mehr Glucocorticoid-Rezeptor im Hippocampus -> schwächere HPA Reaktion
- Epigenetische Prozesse über mehrere Generationen-Mensch, Befunde? Susser et al. 1998 -Nahrungsmangel nach 2. WK in Niederlanden ->Folgen (z.b. vermindertes Geburtsgewicht) reichen bis in 2. Nachfolgegeneration -Studien in Schweden (Kaati, Pembrey) -Einfluss von Hunger auf Mortalität -> bis in 2. Generation ->Geschlechterspezifisch, Großmütter -> Enkelinnen |Großväter ->Enkel
- Epigenetische Prozesse und seelische Erkrankungen/ psychischen Störungen, Befunde? Berton et al 2006 -Mäuse chronischem Stress aussetzen ->Depressionsähnliche Symptome Mechanismus: Histon Veränderung BDNF-produzierendes Gen -> verminderte BDNF-Werte (Brain-derived neurotrophic factor) Mill & Petronis 2007 Wechselspiel von Genom und Epigenetik bei Depression -> familiäre Häufung der Erkrankung aber unklar wann-> äußere Faktoren Roth et al. 2006 -Schizophrene mehr Erfahrung mit Missbrauch/ Misshandlung Tsankovaet er al. 2007 -Schizophrene -> Erhöhte Methylierung Reelin-Codierungs Gen -> geringerer Reelin-Spiegel -Reelin = wichtig für Bildung & Modulation neuronaler Verbindungen (besonders GABA) -> Verringerung Reelin -> GABAerge Fehlregulation
- Befunde von Lan Ma et al? -Ratten & Epigentische Vererbung von Suchtverhalten Ergebnis: -Kokain-Affinität bis in 2. Generation über männliche Linie -Veränderungen in männlicher Keimzelle (erhöhte Methylierung) -Veränderte Reaktionsmuster im Nucleus Accumbens -Stärkere Suchtreaktion als bei Suchtfreien Eltern
- Befunde von Cavalli et al 2017 Wie steuern Epigenetische Prozesse Expression eines Merkmals? -> Merkmal etablieren /Rückgängig machen 1. Identifikation genetische Identischer Fruchtfliegen mit varrierender Augenfarbe (Farbe = Epigenetisch) 2.Paarungsrestriktion: Nur noch gleiche Augenfarbe -> Epigenome (Marker) für best. Farbe häufen sich 3. Identifikation der Epigenome die best. Augenfarbe wsl machen 4. Zurücksetzung der Markierung führt zu Früherer Augenfarbe =Identifikation eines epigenetischen Musters welches Expression eines best. Merkmals wahrscheinlicher macht (Augenfarbe= -Übertragung des Epigenoms in andere Fruchfliege führt zu Aktivierung/Deaktivierung des Merkmals
- 6 Gründe für die Bedeutung von Epigenetik 1. Bessere Verständnis normaler & abweichender Entwicklungsprozesse in Ontogenese mit phylogenetischen Konsequenzen 2. Transgenerationale Effekte im Tiermodell gut belegt. 3. Identifikation der pathogenen Entwicklungsbedingungn kann epigenetische Risiken vermindern 4. Möglichkeit zur Entwicklung von Medikamenten 5.Effekte von Psychotherapie ergänzen durch Diagnostik epigenetischer Effekte 6. Jeder ist für sein eignes Epi-Genom verantwortlich
- Was ist genomic Imprinting? Elternspezifische Ausprägung einer genetischen Anlage. Die genetische Information gelangt nur zur phänotypischen Ausprägung wenn es von einem der beiden Elternteile kommt z.b. Maultier und Maulesel Maultier =Man-Esel +Frau-Pferd Maulesel =Frau-Esel +Man-Pferd