Sind epigenetische Veränderungen vererbbar?
Vertiefung zum ThemaEpigenetik
Steckt der Stress deiner Großmutter in deinen Genen? Die Frage, ob epigenetische Veränderungen vererbbar sind, beschäftigt Forschung und Medien gleichermaßen. Die Antwort hängt davon ab, was man mit „vererbt“ meint, und sie fällt bei Pflanzen, Würmern, Mäusen und Menschen sehr unterschiedlich aus.
Kurz gesagt
Epigenetische Vererbung gibt es auf zwei Ebenen. Bei der Zellteilung werden Markierungen wie die DNA-Methylierung zuverlässig an die Tochterzellen weitergegeben; das ist gut belegt. Über Generationen hinweg ist es schwieriger: Bei Pflanzen und Fadenwürmern ist sie nachgewiesen, bei Mäusen in Einzelfällen. Beim Menschen ist sie bisher nicht belegt, auch weil die meisten Markierungen in den Keimzellen und im frühen Embryo gelöscht werden.
Das lernst du hier
- die Weitergabe bei der Zellteilung von der Weitergabe an Nachkommen unterscheiden,
- die beiden Löschwellen der Reprogrammierung beschreiben,
- die Begriffe inter- und transgenerationell auf Beispiele anwenden,
- Belege bei Pflanzen, Tieren und Menschen beurteilen.
Sind epigenetische Veränderungen vererbbar? Zwei Bedeutungen
Wer fragt, ob epigenetische Veränderungen vererbbar sind, kann zwei sehr verschiedene Dinge meinen. Die erste Bedeutung ist die Weitergabe von Zelle zu Zelle: Teilt sich eine Leberzelle, erben beide Tochterzellen ihr Methylierungsmuster. Ein Enzym kopiert die Methylgruppen nach der Replikation auf den neuen DNA-Strang. Diese mitotische Weitergabe ist gut verstanden und die Grundlage dafür, dass Zelltypen stabil bleiben. Wie das Kopieren im Detail funktioniert, erklärt das Hauptkapitel Epigenetik.
Die zweite Bedeutung ist die Weitergabe an Kinder und Enkel. Dafür müsste eine Markierung in einer Ei- oder Samenzelle stecken, die Befruchtung überstehen und im neuen Organismus wieder wirken. Genau hier wird es schwierig, und genau um diese Frage geht es meist, wenn von epigenetischer Vererbung die Rede ist.
Epigenetische Faktoren: Was könnte weitergegeben werden?
Mit „epigenetischen Faktoren“ sind zwei Dinge gemeint. Zum einen die molekularen Träger der Information: DNA-Methylierung, Veränderungen an Histonen und kleine RNA-Moleküle, die Gene stummschalten können. Zum anderen die äußeren Einflüsse, die solche Markierungen verändern, etwa Ernährung, Rauchen, Stress oder Schadstoffe. Für die Vererbung zählt nur, ob eine Veränderung die Keimzellen erreicht. In Spermien sind die meisten Histone durch andere Verpackungsproteine ersetzt; als mögliche Träger gelten dort vor allem Methylierung und kleine RNAs.
Die große Löschung: Reprogrammierung in Keimbahn und Embryo
Bei Säugetieren gibt es in jeder Generation mindestens zwei Phasen, in denen das Methylierungsmuster fast im ganzen Genom gelöscht und neu aufgebaut wird: kurz nach der Befruchtung und in den Urkeimzellen, aus denen später Ei- oder Samenzellen werden. Diese Reprogrammierung sorgt dafür, dass der frühe Embryo wieder alle Zelltypen bilden kann. Sie löscht dabei auch Markierungen, die ein Elternteil im Laufe seines Lebens erworben hat.
Die beiden Wellen unterscheiden sich in einem wichtigen Punkt. Nach der Befruchtung bleiben die Markierungen der genomischen Prägung erhalten; sie legen fest, ob bei bestimmten Genen nur die mütterliche oder nur die väterliche Kopie abgelesen wird. In den Urkeimzellen werden auch sie gelöscht und dann in Ei- und Samenzellen je nach Geschlecht neu gesetzt. Die Prägung ist also eine regelmäßige, programmierte Form epigenetischer Weitergabe, aber keine dauerhafte: Sie wird in jeder Generation zurückgesetzt. Ganz lückenlos ist die Löschung allerdings nicht. Einige Abschnitte, vor allem bestimmte springende DNA-Elemente, entgehen ihr teilweise. Genau dort setzen die wenigen Beispiele an, die man bei Säugetieren kennt.
Merke
Epigenetische Vererbung von Zelle zu Zelle ist gut belegt. Damit eine Markierung an Enkel gelangt, müsste sie zwei Löschwellen überstehen: nach der Befruchtung und in den Urkeimzellen. Prägungsmarken überstehen nur die erste und werden in jeder Generation neu gesetzt. Von transgenerationeller Vererbung spricht man erst, wenn eine Generation betroffen ist, die selbst nie dem Auslöser ausgesetzt war.
Inter- oder transgenerationell? Richtig zählen
Viele Studien, die eine Vererbung über Generationen behaupten, zählen falsch. Entscheidend ist, wer dem Auslöser direkt ausgesetzt war:
| Wer ist betroffen? | direkt ausgesetzt | erste Generation ohne eigene Belastung |
|---|---|---|
| Schwangere Frau | sie selbst (F0), das Ungeborene (F1) und dessen bereits angelegte Keimzellen (F2) | Urenkel (F3) |
| Mann oder nicht schwangere Frau | die Person (F0) und ihre Keimzellen, aus denen die Kinder (F1) entstehen | Enkel (F2) |
Effekte in direkt ausgesetzten Generationen heißen intergenerationell. Sie sind gut möglich, ohne dass etwas „vererbt“ wird: Hunger in der Schwangerschaft wirkt eben auch auf das Kind und dessen Keimzellen. Erst Effekte in der ersten nicht ausgesetzten Generation gelten als transgenerationell. Wie diese Unterscheidung beim Mythos von der „Vererbung von Trauma“ hilft, zeigt das Hauptkapitel Epigenetik.
Belege bei Pflanzen, Würmern und Mäusen
Dass epigenetische Information Generationen überdauern kann, ist bei einigen Lebewesen gut belegt:
| Lebewesen | Befund | Einordnung |
|---|---|---|
| Echtes Leinkraut (Pflanze) | Eine schon von Linné vor über 250 Jahren beschriebene Form hat radiärsymmetrische statt spiegelsymmetrischer Blüten. Ursache ist kein Basenaustausch, sondern ein stark methyliertes, stummes Gen (Lcyc). Die Veränderung wird vererbt; gelegentlich schlägt sie mit dem Verlust der Methylierung zurück. | gut belegt, über viele Generationen |
| Fadenwurm C. elegans | Würmer, die ein Virus mit kleinen RNAs abwehren, geben diese RNAs und damit den Schutz über viele Generationen an Nachkommen weiter. | gut belegt |
| Agouti-Maus | Die Fellfarbe der Jungen hängt davon ab, wie die Mutter aussieht. Die stillgelegte Genkopie wird in der weiblichen Keimbahn unvollständig gelöscht. | belegt, aber ein Sonderfall an einem springenden DNA-Element |
| Maus, Duftangst | Mäuse lernten, einen bestimmten Duft zu fürchten; Kinder und Enkel reagierten empfindlicher auf diesen Duft. | umstritten: Kritik an der Statistik, Mechanismus unklar |
| Maus, gezielt methyliert | Forschende methylierten zwei Steuerbereiche künstlich. Die Methylierung und Stoffwechselstörungen wurden über mehrere Generationen weitergegeben. | starker Hinweis (2023), aber künstlich erzeugt, Mechanismus unklar |
Warum klappt es bei Pflanzen und Würmern besser? Bei Pflanzen wird die Methylierung zwischen den Generationen weit weniger gründlich gelöscht als bei Säugetieren. Fadenwürmer können kleine RNAs mit eigenen Enzymen nachbilden und so über Generationen aufrechterhalten. Säugetiere haben dagegen die beiden Löschwellen.
Wusstest du?
Linné beschrieb die ungewöhnliche Leinkraut-Form schon im 18. Jahrhundert. Erst 1999 zeigte sich, dass keine Mutation, sondern eine Methylierung dahintersteckt. Die Forschenden folgerten, epigenetische Mutationen könnten für die Evolution wichtiger sein als bisher vermutet.
Und beim Menschen?
Beim Menschen sind Experimente über Generationen ausgeschlossen. Forschende sind auf Beobachtungen angewiesen. Bekannt sind Auswertungen historischer Aufzeichnungen aus dem nordschwedischen Ort Överkalix: Dort hing die Sterblichkeit von Enkeln statistisch mit der Nahrungsversorgung ihrer Großeltern in deren Kindheit zusammen, getrennt nach Geschlecht. Die Gruppen waren mit 303 Personen klein, und eine Bestätigung in unabhängigen Gruppen steht aus. Ähnlich dünn ist die Datenlage zu den Enkeln des Holländischen Hungerwinters.
Das Grundproblem beschreibt der Humangenetiker Bernhard Horsthemke: Familien teilen nicht nur Markierungen, sondern auch Gene, Wohnort, Ernährung und Kultur. Alle diese Wege können Ähnlichkeiten zwischen Generationen erklären. Ein Effekt, der zum Beispiel über Erziehung oder Lebensumstände weitergegeben wird, ist real, aber keine epigenetische Vererbung über die Keimbahn. Ob es diese beim Menschen gibt, ist bisher nicht belegt. Wie man solche Studien kritisch prüft, zeigt die Seite Epigenetik-Studien.
Typische Fehler
- „Epigenetische Markierungen werden immer vererbt.“ Falsch. An Tochterzellen ja, an Kinder nur in Ausnahmefällen; die meisten werden gelöscht.
- „Ein Effekt bei Kindern einer Schwangeren beweist epigenetische Vererbung.“ Falsch. Das Kind war selbst ausgesetzt; der Effekt ist intergenerationell.
- „Prägung zeigt, dass erworbene Eigenschaften vererbt werden.“ Falsch. Prägung ist ein festes Programm, das in jeder Generation gelöscht und neu gesetzt wird.
- „Was bei der Maus gilt, gilt auch beim Menschen.“ Nicht ohne Weiteres. Viele Mausbefunde betreffen Sonderfälle oder sind nicht bestätigt.
Vertiefung Oberstufe: Wie könnte Information die Löschung überstehen?
Forschende diskutieren mehrere Wege, wie epigenetische Information bei Säugetieren trotz Reprogrammierung in die nächste Generation gelangen könnte.
Unvollständige Löschung: Bei der Agouti-Maus liegt vor dem Gen ein springendes DNA-Element, ein Retrotransposon. Ist es methyliert, bleibt das Gen stumm und die Maus hat braunes Fell. Weil die Methylierung an diesem Element in der weiblichen Keimbahn nicht vollständig entfernt wird, haben braune Mütter häufiger braune Junge. Kontrollversuche zeigten, dass dies nicht an der Umgebung im Mutterleib liegt. Da Retrotransposons einen großen Teil des Säugetiergenoms ausmachen, könnte es weitere solche Stellen geben.
Kleine RNAs im Spermium: Männliche Mäuse erhielten fettreiches Futter. Danach veränderten sich bestimmte kleine RNA-Bruchstücke in ihren Spermien. Spritzte man diese RNAs in befruchtete Eizellen normal gefütterter Eltern, entwickelten die Nachkommen Stoffwechselstörungen. Das betrifft allerdings die direkt folgende Generation, ist also intergenerationell.
Neu aufgebaute Methylierung: Bei den 2023 gezielt methylierten Mäusen wurde die Methylierung in den Urkeimzellen zunächst gelöscht, im Embryo der nächsten Generation aber nach der Einnistung an derselben Stelle wieder aufgebaut. Wie sich die Zelle an diese Stelle „erinnert“, ist noch ungeklärt.
Fachbegriffe
- Reprogrammierung
- Weitgehendes Löschen und Neusetzen epigenetischer Markierungen nach der Befruchtung und in den Urkeimzellen.
- Urkeimzellen
- Frühe Vorläuferzellen im Embryo, aus denen später Ei- oder Samenzellen entstehen.
- intergenerationell
- Effekt in einer Generation, die dem Auslöser selbst direkt ausgesetzt war, etwa als Ungeborenes.
- transgenerationell
- Effekt in der ersten Generation, die dem Auslöser nie selbst ausgesetzt war.
- Epimutation
- Vererbbare Veränderung der Genaktivität durch eine epigenetische Markierung statt durch eine Änderung der Basenfolge.
Aufgaben
AFB I Wissen wiedergeben AFB II Anwenden AFB III Beurteilen
- AFB IBeschreibe den Unterschied zwischen der mitotischen Weitergabe epigenetischer Markierungen und der Weitergabe an Nachkommen.
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Mitotische Weitergabe: Bei jeder Zellteilung wird das Methylierungsmuster auf den neuen DNA-Strang kopiert, Tochterzellen behalten so ihren Zelltyp; gut belegt. Weitergabe an Nachkommen: Eine Markierung müsste in Ei- oder Samenzellen vorliegen und die Reprogrammierung in Keimbahn und frühem Embryo überstehen; bei Säugetieren nur in Ausnahmen gezeigt, beim Menschen nicht belegt.
- AFB IIEine trächtige Maus wird einem Giftstoff ausgesetzt. Ermittle, in welcher Generation ein Effekt frühestens als transgenerationell gelten kann. Vergleiche mit einem Versuch, in dem nur Männchen vor der Paarung belastet werden.
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Bei der trächtigen Maus sind F0 (Mutter), F1 (Ungeborenes) und F2 (Keimzellen im Ungeborenen) direkt ausgesetzt. Erst F3 ist die erste nicht ausgesetzte Generation. Werden nur Männchen belastet, sind F0 und seine Keimzellen, aus denen F1 entsteht, direkt betroffen. Hier ist bereits F2 die erste nicht ausgesetzte Generation.
- AFB IIErkläre mithilfe von Abb. 1, warum die genomische Prägung nach der Befruchtung erhalten bleiben, in den Urkeimzellen aber gelöscht werden muss.
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Nach der Befruchtung muss die Prägung erhalten bleiben, damit im Kind bei geprägten Genen weiterhin nur die mütterliche oder nur die väterliche Kopie abgelesen wird. In den Urkeimzellen muss sie gelöscht werden, weil eine Person Keimzellen nur eines Geschlechts bildet: Eine Frau gibt auch die Chromosomen weiter, die sie von ihrem Vater hat. Diese müssen in ihren Eizellen eine mütterliche Prägung erhalten. Deshalb wird alles gelöscht und dem eigenen Geschlecht entsprechend neu gesetzt.
- AFB IIBei der Agouti-Maus bekommen braune Mütter häufiger braune Junge als gelbe Mütter, obwohl alle Tiere genetisch gleich sind. Erläutere diesen Befund mithilfe der Reprogrammierung.
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Bei braunen Müttern ist das springende DNA-Element vor dem Agouti-Gen methyliert und das Gen stumm. Normalerweise würde diese Methylierung in den Urkeimzellen gelöscht. An diesem Element geschieht das in der weiblichen Keimbahn aber nur unvollständig. Ein Teil der Eizellen trägt die Methylierung deshalb weiter, die Jungen schalten das Gen ebenfalls ab und werden braun. Da Kontrollversuche einen Einfluss der Umgebung im Mutterleib ausschlossen, handelt es sich um eine Weitergabe über die Keimbahn.
- AFB IIIEine Schlagzeile lautet: „Angst ist vererbbar – Mäuse geben Furcht vor Gerüchen an Enkel weiter.“ Beurteile diese Aussage.
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Die Studie von 2014 fand bei Kindern und Enkeln belasteter Mäuse eine erhöhte Empfindlichkeit für genau den gelernten Duft und veränderte Methylierung im Spermium. Das ist ein bemerkenswerter Befund. Allerdings wurden die Ergebnisse als statistisch unwahrscheinlich gleichmäßig erfolgreich kritisiert. Werden Männchen belastet, ist F2 zwar die erste nicht ausgesetzte Generation, ein Mechanismus für die Weitergabe einer so spezifischen Information ist aber unbekannt. Zudem lassen sich Mausbefunde nicht direkt auf Menschen übertragen. „Angst ist vererbbar“ ist deshalb stark übertrieben; angemessen wäre „Ein Mausexperiment liefert umstrittene Hinweise“. Eine begründete eigene Bewertung ist gefordert.
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Quellen & Stand
- Reik, W.; Dean, W.; Walter, J. (2001): Epigenetic reprogramming in mammalian development. Science 293, 1089–1093.
- Horsthemke, B. (2018): A critical view on transgenerational epigenetic inheritance in humans. Nature Communications 9, 2973; Heard, E.; Martienssen, R. A. (2014): Transgenerational epigenetic inheritance: myths and mechanisms. Cell 157, 95–109.
- Cubas, P.; Vincent, C.; Coen, E. (1999): An epigenetic mutation responsible for natural variation in floral symmetry. Nature 401, 157–161; Rechavi, O. u. a. (2011): Transgenerational inheritance of an acquired small RNA-based antiviral response in C. elegans. Cell 147, 1248–1256.
- Morgan, H. D. u. a. (1999): Epigenetic inheritance at the agouti locus in the mouse. Nature Genetics 23, 314–318; Dias, B. G.; Ressler, K. J. (2014): Parental olfactory experience influences behavior and neural structure in subsequent generations. Nature Neuroscience 17, 89–96; Francis, G. (2014): Too much success for recent groundbreaking epigenetic experiments. Genetics 198, 449–451.
- Chen, Q. u. a. (2016): Sperm tsRNAs contribute to intergenerational inheritance of an acquired metabolic disorder. Science 351, 397–400; Takahashi, Y. u. a. (2023): Transgenerational inheritance of acquired epigenetic signatures at CpG islands in mice. Cell 186, 715–731; Pembrey, M. E. u. a. (2006): Sex-specific, male-line transgenerational responses in humans. Eur J Hum Genet 14, 159–166.
Stand: Oktober 2026.