Epigenetik: Lernfähigkeit vererbt sich auf die nächste Generation

Körperliche und geistige Übungen sind nicht nur für das eigene Gehirn von Vorteil. Sie können auch die Lernfähigkeit der Nachkommen beeinflussen. Das zeigten Versuche bei Mäusen, die Forscher um André Fischer vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Göttingen und München und der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) in Cell Reports publiziert haben (2018; doi:
10.1016/j.celrep.2018.03.059).

Epigenetische Veränderungen gehen nicht mit einer veränderten DNA-Sequenz einher. Stattdessen wirken sich bestimmte RNA-Moleküle auf die Genaktivität aus, indem sie sowohl im Gehirn als auch in den Keimzellen nach körperlicher und geistiger Aktivität akkummulieren. So können etwa eine schlechte Ernährung, Stress oder ein Trauma die Gesundheit der nächsten Generation beeinflussen. Es ist auch bekannt, dass körperliche und geistige Aktivität die Lernfähigkeit verbessern und das Risiko von Krankheiten wie Alzheimer reduzieren.

Bei Mäusen zeigten die Wissenschaftler vom DZNE jetzt, dass die Lernfähigkeit durch epigenetische Vererbung an die nächste Generation weitergegeben wurde. Sie setzten Mäuse einer stimulierenden Umgebung aus, in der sie viel Bewegung hatten. Im Vergleich zu den Mäusen einer Kontrollgruppe erzielten sie bessere Ergebnisse in Tests, die die Lernfähigkeit beurteilen. Auch die synaptische Plastizität im Hippocampus, einer für das Lernen wichtigen Region, sei besser, berichteten die Autoren.

Sperma-RNA entscheidend

Im Sperma der Mäuse fanden die Forscher einen Mechanismus, den sie für das positive Lernergebnis mitverantwortlich machen. Sie extrahierten RNA aus dem Sperma der körperlich und geistig aktiven Mäuse und injizierten diese in bereits befruchtete Eizellen. Der so gezeugte Nachwuchs entwickelte ebenfalls eine erhöhte synaptische Plastizität und Lernfähigkeit. Die Forscher schlussfolgern, dass sich die körperliche und geistige Aktivität über die RNA positiv auf die kognitiven Fähigkeiten der Nachkommen ausgewirkt hat.

Hier verändern sie vermutlich sehr subtil die Gehirnentwicklung, sodass die Nervenzellen besser vernetzt sind und die Nachkommen einen kognitiven Vorteil haben.André Fischer, Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE)

In weiteren Experimenten identifizierten die Wissenschaftler erstmals einen Teil der für die epigenetische Vererbung verantwortlichen RNAs: die microRNA-Moleküle, miRNA212 und miRNA132. Die beiden Komponenten miRNA212 und miRNA132 sammelten sich im Gehirn und in Spermien von Mäusen an, nachdem diese körperlich und geistig aktiv waren. Es war zuvor nicht nur bekannt, dass MicroRNAs die Genaktivität kontrollieren, sondern auch, dass sie die Bildung von Synapsen im Gehirn stimulieren und so die Lernfähigkeit verbessern. Über die Spermien werden die erworbenen Fähigkeiten auf die Nachkommen übertragen. „Hier verändern sie vermutlich sehr subtil die Gehirnentwicklung, sodass die Nervenzellen besser vernetzt sind und die Nachkommen einen kognitiven Vorteil haben“, sagt Fischer.

Auch beim Menschen weiß man, dass körperliche Aktivität und geistiges Training die Lernfähigkeit steigern. Ob Lernfähigkeit epigenetisch vererbt wird, lässt sich beim Menschen jedoch nicht ohne Weiteres untersuchen. Die Forscher planen nun, zu überprüfen, ob auch in menschlichen Spermien die Moleküle miRNA212 und miRNA132 nach Phasen körperlicher oder geistiger Aktivität angereichert werden.