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Umwelt-Epigenetik in einem klonalen Organismus

Durch die Verwendung von Medikamenten, die in DNA-Methylierungsprozesse eingreifen, haben EU-finanzierte Forscher festgestellt, dass das Geschlecht von Daphnia durch diese epigenetischen Veränderungen verändert wird. Sie produzierten auch neue Instrumente, um epigenetische Signaturen für Histonmarker (ChiP-Seq und globale Methylierung) in diesen umweltreaktiven Tieren zu untersuchen.
Umwelt-Epigenetik in einem klonalen Organismus
Daphnien sind aufgrund ihrer klonalen Vermehrungsweise ein idealer Modellorganismus, um das neue Gebiet der umweltbedingten Epigenetik voranzubringen, um es in zukünftigen Risikobewertungen zu verwenden. Dieses auf die Umwelt bezogene epigenetische Konzept wird an einer Spezies untersucht, bei der Nährstoffdefizite über mehrere Generationen wahrscheinlich mischende Wirkungen haben. Epigenetik kann auch der regulatorische Mechanismus des Schlüsselgens für die umweltbedingte Geschlechtsausrichtung des Organismus sein. Da Daphnia sich sowohl klonal als auch geschlechtlich vermehren können, bieten sie eine einzigartige Möglichkeit, um die Zusammenhänge zwischen Geschlecht, Ernährung, Epigenetik und der Umwelt zu entwirren.

Das EU-finanzierte Projekt DGHOST (Ghosts in parthenogenetic daughters - Epigenetic effects on clonal organisms can reveal the degree of phenotypic plasticity due to biotic cues) untersuchte an einem gut beschriebenen Daphniamodell, wie die umweltbedingten Veränderungen sich in epigenetische Veränderungen übersetzen, die sich auf das Geschlecht der Nachkommen auswirken.

Zunächst führten die Forscher ein Transplantatexperiment durch, um zu beobachten, wie sich Veränderungen der Ernährung epigenetisch auf Daphnia auswirken. Sie entwickelten und führten Chromatin-Histon-Immunopräzipitation mit massiv paralleler DNA-Sequenzierung (ChiP-Seq) auf isoklonalen Linien durch, bei denen zwei Spezies drei Generationen lang nährstoffreich und nährstoffarm ernährt wurden. Dann wurden epigenetische Signaturen beider Isolate im Detail charakterisiert und ernährungsbedingte Veränderungen registriert.

Zweitens testete DGHOST mit chemischen Substanzen, die spezifische epigenetische Merkmale verändern, ob ein Geschlechtswechsel bei Daphnia-Nachkommen induziert werden kann. Verwendet wurden hierfür das epigenetisch wirksame Butyrat und zwei Krebsmedikamente.

Bei Butyrat war keine deutliche Wirkung zu beobachten, bei den anderen beiden Substanzen hingegen verschob sich das Geschlechterverhältnis in Richtung männlicher Nachkommen, was die Rolle epigenetischer Faktoren bei der Geschlechtsdetermination von Daphnia aufzeigt.

Anhand dieser Ergebnisse können nun weitere epigenetische Studien zum Zusammenhang zwischen Umwelt, Epigenetik und funktionellen Veränderungen erfolgen, Die Arbeit kann Auswirkungen auf die menschliche Gesundheitsforschung und Risikobewertung haben.

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Schlüsselwörter

Umwelt-Epigenetik, ChiP-seq, DNMT, Daphnia, Umgebungsreize, DGHOST
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