Zwei menschliche Genome

Überraschende genetische Vielfalt bei Frauen

Gleich zwei Beiträge der aktuellen Ausgabe von Nature beschäftigen sich mit dem X-Chromosom. Das Team des X-Chromosome Sequencing Project meldet die Entschlüsselung des X-Chromosoms: 99,3 Prozent des Chromosoms wurden sequenziert, 1.098 Gene gefunden und kartiert.

Damit ist ein wichtiges Kapital der Grundlagenforschung geschrieben. Ein anderes Forscherteam hat sich das zweite X-Chromosom bei Frauen genauer angesehen und Überraschendes entdeckt.

Männer besitzen ein X- und ein Y-Chromosom, Frauen zwei X-Chromosomen. Das weiß jeder. Bekannt ist auch, dass das Y-Chromosom ein eher kleines, zurückentwickeltes Teil ist, während das X-Chromosom viel Information enthält und Frauen dadurch die doppelte Gen-Ladung abbekommen. Weil so viel Information aber offenbar nicht nötig ist, hat die Natur für einen Ausgleich gesorgt und das zweite X-Chromosom bei Frauen weitgehend ausgeschaltet.

Doch wie es aussieht, ist das nicht die ganze Wahrheit. Forscher vom Duke University Institute for Genome Sciences & Policy (IGSP) und des Milton S. Hershey Medical Center College der Pennsylvania University haben nun herausgefunden, dass das zweite X-Chromosom umtriebiger ist als angenommen und die Aktivität seiner Gene von Frau zu Frau erstaunlich unterschiedlich sein kann.

Schon seit einiger Zeit weiß man, dass das zweite X-Chromosom bei Frauen nicht vollständig inaktiviert ist. Unter der Leitung von Laura Carrel und Huntington F. Willard sind nun zwei Forscherteams der Frage nachgegangen, welche Gene auf dem inaktiven X-Chromosom der Inaktivierung entgehen und wo diese sitzen. Für ihre Versuche verwendeten die Arbeitsgruppen verschiedene Zelllinien von 40 weiblichen Probandinnen und maßen die Gen-Aktivität von 471 Genen um herauszufinden, ob die zweite Kopie des X-Chromosoms an- oder abgeschaltet war.

Dabei stellten die Wissenschaftler zunächst einmal fest, dass in den evolutionsgeschichtlich älteren Abschnitten des Chromosoms weniger inaktive Gene saßen. Es scheint also so zu sein, dass die Gene, die es schaffen, der Ruhigstellung zu entgehen, im Verlauf der Evolution die Eigenschaft verlieren abgeschaltet zu werden. Auffallend war ebenfalls, dass die aktiven Gene immer in Gruppen angeordnet lagen.

Darüber hinaus stellten die Arbeitsgruppen fest, dass nur 65 Prozent der Gene in allen Proben inaktiv waren, 20 Prozent waren bei einigen Proben inaktiv und 15 Prozent waren immer aktiv – interessanterweise jedoch waren dies nicht durchgängig dieselben Gene: Bei einigen, aber nicht bei allen Frauen wiesen 10 Prozent der Gene des vermeintlich „ruhigen“ X-Chromosoms völlig verschiedene Inaktivierungsmuster bzw. Aktivitätsniveaus auf.

Mit diesen Ergebnissen konstatieren die Forscher vier Unterschiede zwischen männlichem und weiblichem Genom: Männer besitzen über das Y-Chromosom Gene, über die Frauen grundsätzlich nicht verfügen. Da einige Gene auf dem inaktiven X-Chromosom exprimiert (Genexpression) werden, bedeutet das, dass 15 Prozent der Gene bei Frauen stärker exprimiert sind als bei Männern. Die Studie zeigt zudem, dass Frauen genetisch heterogener sind. Sie weisen bei weiteren 10 Prozent der Gene des inaktiven X-Chromosoms eine unterschiedliche Exprimierung auf, wohingegen Männer davon nur eine einzelne Kopie besitzen. Wie aus älteren Studien bereits bekannt ist, unterliegt die X-Chromosom-Inaktivierung dem Zufallsprinzip. D. h. es bleibt dem Zufall überlassen, ob das väterlich oder das mütterlich vererbte X-Chromosom still gestellt wird. Bezüglich der X-Chromosomen stellt die Frau daher ein Gen-Mosaik dar.

Die Forschergruppen waren über die zu Tage geförderte Heterogenität der Gen-Aktivität bei Frauen einigermaßen erstaunt.

Wir untersuchten das X-Chromosom von 40 Frauen und jede hatte ein individuelles Muster der Gen-Expression. Diese Unterschiedlichkeit ist ein Merkmal bei Frauen, bei Männern war die Gen-Expression immer gleich. Wir wissen jetzt, dass 25 Prozent des X-Chromosoms – also 200 bis 300 Gene – bei einem Geschlecht auf völlig individuelle Art und Weise exprimiert werden können. Im Grunde genommen gibt es also nicht ein menschliches Genom, sondern zwei – ein männliches und ein weibliches.

Huntington F. Willard

Welche Folgen diese Vielfalt hat, bleibt noch zu untersuchen. Auch zahlreiche andere Fragen sind noch zu klären: Es muss untersucht werden, ob das Muster der X-Chromosom-Inaktivierung je nach Gewebe verschieden ist und ob es Unterschiede gibt bei der Inaktivierung je nach mütterlich oder väterlich vererbtem Chromosom. Und es wird weiter daran geforscht werden, herauszufinden, ob diese erstaunlichen genetischen Unterschiede zwischen Männern und Frauen tatsächlich große Folgen haben und was sie erklären. (Katja Seefeldt)

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