Genetische Kontrolle zellulärer Differenzierung

Überblick

Bereits seit langem war man der Meinung, dass die verschiedenen Zelltypen eines multizellulären Organismus im Prinzip alle die gleichen genetischen Fähigkeiten besitzen und letztlich in der Lage sind, einen vollständigen Organismus neu entstehen zu lassen. Diese Fähigkeit hat man als Totipotenz von Zellen bezeichnet. Hierfür gab es vor allem Argumente, die sich aus embryologischen Experimenten ableiten. In letzter Zeit haben die Versuche zur Klonierung mit Hilfe somatischer Zellen gezeigt, dass viele somatische Zellen multipotent sind. Das Klonschaf „Dolly“ war dafür das bekannteste Beispiel, bevor es unerwartet jung starb.

Über die Klonierung von Organismen aus Körperzellen wird ebenso diskutiert wie über den Nutzen von Stammzellen. Seien es embryonale Stammzellen aus der Blastocyste oder adulte Stammzellen aus dem Knochenmark oder anderen Geweben — in Kultur können sie zu Zellen vieler unterschiedlicher Gewebe heranwachsen. Viele erhoffen sich hiervon, ein präzise steuerbares Ersatzteillager für Patienten aufzubauen.

Die Kerntransplantationsergebnisse haben aber auch gezeigt, dass offensichtlich in bestimmten Bereichen das mütterliche und väterliche Genom unterschiedlich ist. Bevor man dieses Phänomen molekular bearbeiten konnte, wurde dafür der Begriff „genetische Prägung“ (engl. imprinting) eingeführt. Wir wissen heute, dass Imprinting im Wesentlichen auf Methylierung beruht und in den frühen Phasen der Embryonalentwicklung gelöscht und später dann geschlechtsspezifisch erneuert wird.

Neben dem Imprinting ist in den letzten Jahren ein zweites epigenetisches Phänomen sehr interessant geworden, das als „RNA-Interferenz“ bezeichnet wird. Kleine RNA-Fragmente sind in der Lage, die Translation homologer mRNA zu blockieren. In dieser noch jungen Richtung steckt sicherlich auch ein großes gentherapeutisches Potential.

In früheren Jahren ist man immer davon ausgegangen, dass durch die Differenzierung zwar die Entwicklungsmöglichkeit und das Expressionsmuster einer Zelle festgelegt wird, dass aber dennoch die DNA jeder Zelle das gesamte Genom des jeweiligen Organismus enthält. Es gibt allerdings einige Einschränkungen, da sich in bestimmten Zellen irreversible Veränderungen der Genom-DNA vollziehen, die mit der Funktion des betroffenen Zelltyps zusammenhängen. Beispiele für die Veränderungen von DNA im Zusammenhang mitzellulärer Differenzierung bieten uns nicht nur Einzeller wie Hefen oder Ciliaten, sondern auch Gene, die eine zentrale Rolle im Säugerimmunsystem spielen: die Immunoglobuline.