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Väter können die verbesserten Lernfähigkeiten, die sich aus der körperlichen und geistigen Aktivität durch molekulare Veränderungen ihrer Spermien ergeben, weitergeben, so eine neue Forschung aus Deutschland.

junges Mädchen mit ihrem Vater

In einem in der Fachzeitschrift veröffentlichten Artikel erklären Forscher des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) und der Universitätsmedizin Göttingen, ebenfalls in Deutschland, wie sie zu diesem Schluss gekommen sind, nachdem sie Mäuse untersucht hatten.

Sie fanden heraus, dass die Exposition gegenüber einer stimulierenden Umgebung mit viel Bewegung nicht nur die Lernfähigkeit bei erwachsenen männlichen Mäusen erhöht, sondern auch, dass dieser Nutzen von ihren Nachkommen geerbt wurde.

Weitere Tests zeigten, dass der Effekt durch Veränderungen der RNA-Moleküle im Sperma der Väter weitergegeben wurde.

Die Forscher identifizierten zwei spezifische microRNA-Moleküle – genannt miRNA212 und miRNA132 – als in erster Linie verantwortlich. MicroRNAs sind eine Gruppe von Molekülen, die die Genaktivität kontrollieren, ohne die zugrunde liegende DNA zu verändern.

Die neue Studie liefert einen weiteren Hinweis auf einen "epigenetischen" Vererbungsprozess, bei dem Fertigkeiten an die nächste Generation weitergegeben werden können, ohne DNA zu involvieren.

Epigenetische Vererbung

In ihrer Arbeit rekapitulieren der Senior-Studienautor André Fischer, Professor an der Abteilung für Psychiatrie und Psychotherapie am DZNE, und seine Kollegen die jüngsten Hinweise auf "nichtgenetische Mechanismen" der Vererbung.

Die Mechanismen betreffen das aufkommende Gebiet der Epigenetik, in dem Wissenschaftler mehr und mehr Beweise sammeln, wie Umweltfaktoren – wie Lebensstil und Ernährung – einer Generation die biologische Entwicklung, Gesundheit und Krankheit der nächsten Generation beeinflussen.

Epigenetische Mechanismen verändern die Genexpression, ohne die DNA zu verändern. Sie beeinflussen die Zellaktivität, indem sie beispielsweise Gene ein- und ausschalten und Muster der Proteinproduktion verändern.

Neuere Studien deuten darauf hin, dass epigenetische Veränderungen durch Spermien weitergegeben werden können. Forschungen, die kürzlich auf einer Konferenz vorgestellt wurden, haben beispielsweise gezeigt, dass die Exposition bei lebenslangem mildem Stress Spermien bei männlichen Mäusen so verändern kann, dass sie die Gehirnentwicklung bei ihren Nachkommen prägen.

Übung und "synaptische Plastizität"

Prof. Fischer und seine Kollegen stellen fest, dass Bewegung in Verbindung mit kognitivem Training – das sie als "Umweltanreicherung" bezeichnen – bekanntermaßen das Risiko für verschiedene Krankheiten, einschließlich solcher, die das Gehirn beeinträchtigen, senkt.

Insbesondere Studien an Ratten und Menschen haben gezeigt, dass die Umweltanreicherung die "synaptische Plastizität" fördern kann, die bestimmt, wie gut die Gehirnzellen kommunizieren und wird auch als biologische Basis des Lernens anerkannt.

Während Studien jedoch auch gezeigt haben, dass die Aufzucht von Mäusen in angereicherten Umgebungen zu einer erhöhten synaptischen Plastizität bei ihren Nachkommen führen kann, ist nicht klar, ob dies auch der Fall ist, wenn die Exposition nur im Erwachsenenalter stattfindet.

Darüber hinaus ist der Mechanismus, durch den die erhöhte synaptische Plastizität vererbt wird, kaum verstanden, bemerken die Autoren.

Für ihre Studie nahmen die Wissenschaftler zwei Gruppen von männlichen Mäusen. Sie erlaubten einer Gruppe, 10 Wochen lang eine Bereicherung der Umwelt zu erleben, die viel Bewegung beinhaltete, während die andere Gruppe in "Heimkäfigen" blieb.

Sie entdeckten, dass die Mäuse, die eine Umweltanreicherung erfahren hatten, im Vergleich zu den eingesperrten Mäusen (den Kontrollen) einen "signifikanten Anstieg" der synaptischen Aktivität im Hippocampus aufwiesen, einem Bereich des Gehirns, der für das Lernen wichtig ist.

Nutzen wird durch Sperma-RNA weitergegeben

In der nächsten Phase der Studie nahmen die Forscher zwei weitere Gruppen ausgewachsener männlicher Mäuse und verabreichten sie demselben Regime, außer dass sie diese nach zehn Wochen mit hauskranken Frauen passten.

Die Ergebnisse des Teams zeigten, dass die Nachkommen der männlichen Mäuse, die im Erwachsenenalter eine Umweltanreicherung erfahren hatten, auch eine erhöhte synaptische Aktivität im Hippocampus hatten, verglichen mit den Nachkommen der männlichen Kontrolltiere.

Die Autoren weisen darauf hin, dass, da die Mütter noch nie eine Bereicherung der Umwelt erlebt haben, der Nutzen durch die Väter weitergegeben worden sein muss.

In weiteren Experimenten extrahierten sie RNA aus dem Sperma der Väter und injizierten sie in befruchtete Mauseizellen.

Es wurde entdeckt, dass Nachkommen aus Eiern mit Spermien-RNA von Mäusen, die im Erwachsenenalter einer Umweltanreicherung ausgesetzt waren, "verbesserte synaptische Plastizität und Lernfähigkeit" im Vergleich zu Nachkommen von Eiern mit Spermien-RNA von Kontrollmäusen aufwiesen.

Die Forscher folgerten, dass die Umweltanreicherung, oder mehr körperlich und geistig aktiv, im Erwachsenenalter die kognitiven Fähigkeiten bei den Nachkommen steigern kann, und dass dies durch Sperma-RNA weitergegeben wird.

Mit präziseren Injektionen von RNA suchte das Team dann nach den genauen RNA-Molekülen, die für die epigenetische Vererbung der erweiterten Lernfähigkeit verantwortlich sind. Sie fanden heraus, dass miRNA212 und miRNA132 das meiste davon ausmachten.

"Zum ersten Mal verbindet unsere Arbeit ein epigenetisches Phänomen spezifisch mit bestimmten microRNAs."

Prof. André Fischer

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