20.04.1998

VERERBUNGKalter Krieg der Gene

Die Zeugung, ein scheinbar harmonischer Akt, ist in Wahrheit der Beginn eines Kampfs, glauben Evolutionsbiologen. Schon im Embryo entbrenne ein elterlicher Zwist: Die väterlichen Gene wollen das Kind zum Riesenbaby aufblasen, die mütterlichen halten dagegen.
Väter haben ein Problem: Sie können nicht wissen, ob ihre Kinder wirklich ihre Kinder sind - oder vielleicht doch gezeugt vom besten Freund? Vom ärgsten Feind? Der Mann behilft sich mit kulturellen Keuschheitsgürteln, etwa der Ehe. Damit schwört er die Frau auf Treue ein und markiert sie mit dem Ring als Empfängerin seiner Gene.
Das garantiert zwar nicht die Vaterschaft, vermittelt aber mehr Sicherheit - zumindest beim ersten Kind. Mit jedem weiteren Sprößling jedoch wachsen die Zweifel. Laut Statistik zu Recht, denn mit jedem Geschöpf, das weibliche Wesen einer polygamen Spezies in die Welt setzen, sinkt die Wahrscheinlichkeit, daß der Erzeuger derselbe ist wie beim ersten.
* Die kleinen Mäuse entstammen der Paarung eines Vaters aus einer monogamen Art mit der Mutter aus einer promisken Art, bei der großen Maus ist es umgekehrt.
In diesem Dilemma stehen die Väter nicht allein. Mächtige Verbündete kämpfen auf ihrer Seite: die Gene. So sieht es David Haig, Evolutionsbiologe an der Harvard University: Das Erbgut, das Männer in ihren Spermien tragen, setze vom Moment der Befruchtung an alles daran, den Frauen zukünftige promiske Freuden zu vergällen.
Doch die Erbgutfäden der Mutter wehren sich. "Es ist wie im Kalten Krieg", sagt Rudolf Jaenisch, Molekularbiologe am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Ein "Gleichgewicht des Schreckens" regiere zwischen den Genen von Mann und Frau.
Haigs Theorie liegt ein seltsames Vererbungsphänomen zugrunde, das erst vor wenigen Jahren entdeckt wurde. Bis dahin glaubte jedes Schulkind uneingeschränkt an Mendels eherne Gesetze. Denen zufolge ist Gen gleich Gen, egal, ob es vom Vater oder von der Mutter stammt: Wenn ein Kind braune Augen erbt, hat dies nichts mit dem Geschlecht des braunäugigen Elternteils zu tun, sondern nur mit der Dominanz seiner entsprechenden Gene.
Inzwischen aber ist bekannt, daß es Abschnitte im Erbgut jedes Menschen gibt, die väterlich oder mütterlich geprägt sind. "Genomic Imprinting" heißt diese verblüffende Eigenheit der Erbsubstanz im Fachjargon.
Jeder Mensch besitzt in jeder seiner Zellen einen doppelten Chromosomensatz: Die eine Hälfte stammt von der Eizelle, die andere vom Spermium. Da auf den Chromosomen die Gene liegen, hat er also auch zwei Kopien von einem Gen. Und meist verrät nichts, welche dieser Kopien auf welchen Elternteil zurückgeht; beide sind voll funktionsfähig.
Bei den geprägten Genen ist dieses Gesetz außer Kraft gesetzt: Denen hat die Mutter schon in der Eizelle einen mütterlichen Stempel aufgedrückt - und der Vater in den Spermien einen väterlichen. Durch die Befruchtung erhält der Embryo dann zwei unterschiedlich markierte Kopien eines Gens (siehe Grafik).
Wie Fähnchen hängen diese Markierungen am Erbgutstrang. Sie signalisieren der Zellmaschinerie, ob das jeweilige Gen abgelesen werden soll oder nicht. So ruhen die vom Vater stammenden Stückchen des Erbmoleküls DNS - ansonsten völlig intakt - für immer stumm im Körper eines Menschen. Währenddessen ist die entsprechende mütterliche Kopie dieses Gens aktiv. Oder umgekehrt: Das von der Mutter vererbte Gen ist ausgeschaltet, nur die väterliche Kopie wird abgelesen.
Etwa zwei Dutzend geprägte Säugetiergene wurden inzwischen identifiziert. "Und dies ist noch lange nicht das Ende", glaubt der Essener Humangenetiker Bernhard Horsthemke. "Es sind wahrscheinlich 100 oder sogar mehr."
Das Phänomen der geschlechtsspezifischen Erbgutprägung haben die Biologen Davor Solter und Azim Surani schon Mitte der achtziger Jahre entdeckt - und damit rund 120 Jahre nach Gregor Mendels Kreuzungsversuchen eines seiner Gesetze aus den Angeln gehoben.
Solter und Surani wollten Mäuse aus rein mütterlichem und aus komplett väterlichem Erbgut basteln: Um Tiere 100prozentig aus Weibchen zu erzeugen, injizierten sie in eine Eizelle den Kern einer anderen, für die Männchen-Tiere packten sie das Innere zweier Spermien in eine entleerte Eizelle. Die so erzeugten Embryonen besaßen damit, wie es sich gehört, einen doppelten Chromosomensatz.
Sie wuchsen dennoch nicht heran. Die meisten starben, als sie noch winzige Zellhaufen waren. Irgend etwas schien zu fehlen. Damit war klar: Ein Mäuse-Embryo reift nur dann, wenn die eine Hälfte des Erbguts von einem Weibchen, die andere vom Männchen kommt.
Nach Solters und Suranis Versuchen begann die Suche nach jenen geheimnisvollen Botschaften, die dem Embryo die zweigeschlechtliche Herkunft seiner Chromosomen signalisieren. Diesen molekularen Details rücken die Forscher allmählich näher. Die Frage nach dem Sinn allerdings ist immer noch offen: Warum haben die Gene überhaupt ein Geschlecht?
David Haig von der Harvard-Universität und sein Kollege Tom Moore sind bisher die einzigen, die geprägte Gene nicht im Laborschälchen analysiert, sondern in den großen Zusammenhang der Evolution eingebaut haben.
Ihre Theorie fußt auf der Vorstellung vom Egoismus der Gene. Danach hat die DNS nur eines im Sinn: sich so, wie sie ist, möglichst zahlreich zu vermehren. Den Organismus drum herum nutzt sie nur als Behälter bei ihrem Sprung von Generation zu Generation.
Und weil die mütterlichen Chromosomen, laut Haig, etwas anderes wollen als die väterlichen, kommt es im Embryo zum Interessenkonflikt.
Das evolutionäre Ansinnen der Mutter sei es, möglichst viele Kinder zu bekommen. Ihre Gene können sich sicher sein, zu 50 Prozent in jedem der Sprößlinge vertreten zu sein. Jedes Baby darf allerdings nur soviel Kraft von seiner Mutter abziehen, daß sie fit bleibt für die folgenden.
Die Gene des Vaters im Embryo hingegen scheren sich nicht um den künftigen Nachwuchs der Mutter. Wer weiß, ob sie da wieder mitmischen dürfen? Deshalb setzen sie bei der Befruchtung alles daran, dieses eine Kind so groß und strotzend wie möglich zu machen, auf daß es sein Erbgut in Zukunft erfolgreich auf der Welt verbreite.
Die Eltern benützten die Gene als Waffen im Zwist um die Größe des Kindes, glaubt Haig. Mäuseversuche haben seine Hypothese bestätigt: Weibchen einer monogamen Art wurden mit extrem polygamen Männchen gekreuzt. Haigs Voraussagen gemäß müßten die Männchen, gewöhnt an die Vielmännerei ihrer Artgenossinnen, ihr Erbgut mit dem Geschlechterstempel aufgerüstet haben.
Partnertreue Mäuse hingegen brauchten keine Prägung, da die männlichen Gene sicher sein können, im Nachwuchs stets vertreten zu sein. Und da sich ihre Weibchen nicht mehr wehren müssen, rüsten sie ebenfalls ab. Das Experiment bestätigte Haigs Theorie: Der Nachwuchs geriet so groß, daß manche der Mäusemütter starben, als sie die Giganten gebaren.
Bekämpfen männliche Gene die Mutter demnach bis zum Tod? So extrem will Haig seine Theorie nicht verstanden wissen. "Es ist einfach ein Konflikt um die Ressourcen der Mutter", erklärt er. Um abzuwiegeln, verzichtet der gelernte Botaniker lieber auf Wörter wie "Waffen" und "Krieg" und verlegt den Ort des Geschehens ins Zivile: "Es ist wie auf dem Marktplatz. Die Gene verhandeln. Und am Ende treffen sie sich in der Mitte."
Einige Unterhändler hat Haig auf den Chromosomen schon ausgemacht: drei inzwischen bis ins Detail analysierte, geprägte Gene. Das eine, Igf2, produziert ein Protein, das den Embryo groß und stark machen will. Nur die väterliche Genkopie ist aktiv, die mütterliche bleibt stumm.
Dafür besitzt die Mutter-Erbguthälfte zwei nur bei ihr aktive Gegenspieler: H19 und Igf2r. Der eine stört das Wachstumsprotein schon während dessen Produktion, der zweite zieht es aus dem Verkehr. So bremsen beide den Größenschub - das Baby wächst normal.
Mäuse, bei denen die Forscher das väterliche Igf2 abgeschaltet haben, bleiben zart und klein; solche ohne die H19- und Igf2r-Waffen der Mutter werden als Riesenbabys geboren.
Das Problem ist nur: Nicht alle Prägungsgene passen so gut in Haigs Theorie. Jüngst machten sich zwei britische Biologen daran, Haigs Ideen zu überprüfen. Gilean McVean und Laurence Hurst durchsuchten die Imprinting-Literatur über Menschen und Mäuse nach väterlichen Goliath-Genen und mütterlichen Wachstumsbremsen. Ihr Fazit: "Die meisten Ergebnisse stützen die Hypothese nicht."
Rudolf Jaenisch vom MIT bleibt dennoch überzeugter Anhänger der Haigschen Evolutionstheorie - und stützt sie mit Erkenntnissen aus der Molekularbiologie. Wenn es stimme, so überlegte er, daß die geprägten Gene Resultat einer kriegerischen Aufrüstung sind, dann müsse man Frieden schaffen können, indem man die Kontrahenten ihrer Waffen beraubt.
Und tatsächlich: Sogenannte KnockoutMäuse, bei denen das Wachstumsgen des Vaters und dessen Bremse aus dem Muttergenom stillgelegt worden waren, überlebten. Und zwar gesund, fruchtbar und vor allem: normal groß.
"Aber natürlich ist es eine grandiose Vereinfachung, von drei Genen auf das Ganze zu schließen", gibt Jaenisch zu. Auch Haig ist vorsichtig geworden: "Laßt uns noch abwarten, bis wir wissen, was die einzelnen geprägten Gene genau machen."
Das wird, zumindest beim Menschen, noch etwas dauern. Hier können die Forscher nur an Kranken sehen, welche Folgen das Imprinting haben kann. So wie auf Chromosom 15: Da ist, bei allen Menschen und immer, ein mütterliches Chromosomenstück abgeschaltet. Fällt nun das väterliche wegen irgendeines Defekts aus, kann die stumme Mutterkopie dessen Job nicht übernehmen. Genau dies ist der Fall beim PWS, dem Prader-Willi-Syndrom (siehe Kasten).
PWS ist die am besten untersuchte Imprinting-Krankheit. Und genau an ihr scheiden sich Befürworter und Gegner der Haigschen Hypothese. Ihr zufolge müßten die Betroffenen, denen ja der genetische Wachstumsansporn vom Vater fehlt, klein und zierlich sein. Klein sind sie tatsächlich. Aber zart keineswegs - sie futtern, was sie können, und wachsen daher zu Schwergewichten heran. Haig hat nicht nur "Wachstum" zu weich definiert; sein ganzes Modell erscheint etwas vage.
Aber selbst wenn David Haig den Kern des elterlichen Zwists im Kind doch getroffen hat - den Männern hilft es wenig, solange nur die Gene wissen, ob ihre Kinder auch wirklich ihre Kinder sind.
Ein anderes Experiment verspricht mehr Alltagsrelevanz. Zumindest an Mäusen hat Azim Surani inzwischen nachgewiesen, daß geprägte Gene über mehr als nur die Größe des Kindes entscheiden. Rein mütterliches Erbgut, stellte er fest, scheint die Entwicklung der Großhirnrinde zu fördern - beim Menschen die Heimat intellektueller Funktionen wie Sprache, Planen und Bewußtsein. Väterliche Doppelprägung hingegen beschert den Mäusen ein Winzgehirn. Gut gedieh darin nur das limbische System. Dort wohnen die Gefühle, Sex, Appetit und Kampfeslust.
Der Vater steuert Statur, Muskelwuchs und Triebe, die Mutter hingegen den IQ? Würde diese Lehre in die Tat umgesetzt, könnte sie das Geschlechterspiel in neue Bahnen lenken: Frauen würden Zehnkämpfer mit sonnigem Gemüt zu umgarnen suchen, Männer pirschten Professorinnen hinterher.
[Grafiktext]
Die Vererbung geprägter Gene
[GrafiktextEnde]
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Die Vererbung geprägter Gene
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* Die kleinen Mäuse entstammen der Paarung eines Vaters aus einer monogamen Art mit der Mutter aus einer promisken Art, bei der großen Maus ist es umgekehrt.
Von Rafaela von Bredow

DER SPIEGEL 17/1998
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