Pressemitteilung vom 05. April 2016

Rauchen während der Schwangerschaft hinterlässt Spuren im Erbgut des Kindes

Studie zeigt erstmals Veränderungen epigenetischer Verstärker-Regionen und deren Bedeutung für spätere Erkrankungen des Kindes

Heidelberg, Leipzig. Wenn Mütter während der Schwangerschaft rauchen, beeinflussen sie damit nachhaltig die epigenetische Programmierung des Erbguts ihres noch ungeborenen Kindes. Das kann zu einem erhöhten Risiko von Lungenerkrankungen führen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig sowie des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) in Heidelberg und der Universität Heidelberg haben herausgefunden, dass diese Veränderungen nicht auf einzelne DNA-Regionen begrenzt sind. Sie lassen sich stattdessen im gesamten Genom der Kinder nachweisen, schreiben die Forscher im Fachjournal "Molecular Systems Biology".

Tabakrauch ist schädlich für Mütter und ihre (ungeborenen) Kinder. Foto: UFZ / André Künzelmann
Tabakrauch ist schädlich für Mütter und ihre (ungeborenen) Kinder.
Foto: UFZ / André Künzelmann
 Foto: © Molecular Systems Biology

Foto: © Molecular Systems Biology

Rauchen während der Schwangerschaft ist nicht nur für die Mutter schädlich, sondern auch für das noch ungeborene Kind. Das ist bekannt. "Wir konnten nun zum ersten Mal zeigen, dass eine Belastung durch Tabakrauch auch epigenetische Veränderungen in Verstärkern der Genregulation, sogenannten Enhancern hervorruft", sagt UFZ-Umweltimmunologin Dr. Irina Lehman. Diese Enhancer verteilen sich über das gesamte Erbgut.

Epigenetische Veränderungen sind Teil der unzähligen Prozesse, die während der Entwicklung eines Menschen ablaufen. Das Erbgut fungiert als Blaupause für alle Zellen. Damit sich unterschiedliche Zelltypen entwickeln können, etwa Leber- oder Muskelzellen, müssen bestimmte Gene zu bestimmten Zeitpunkten an- oder abgeschaltet werden. Das passiert unter anderem durch epigenetische Veränderungen. Verschiedene Umwelteinflüsse können diese stören. In ihrer aktuellen Studie konnte die Forschergruppe aus Leipzig und Heidelberg zeigen, dass mit Tabakrauch verbundene epigenetische Veränderungen das Risiko von Kindern für Lungenerkrankungen erhöhen.

Die Daten dazu stammen aus der epidemiologischen Studie LiNA (Lebensstil und Umweltfaktoren und deren Einfluss auf das Neugeborenen-Allergierisiko). In dem Projekt gehen die Wissenschaftler der Frage nach, welche Umweltfaktoren während der Schwangerschaft einen negativen Einfluss auf die Gesundheit von Kindern haben können. Seit 2006 begleiten UFZ-Forscherinnen und -Forscher in Kooperation mit dem Städtischen Klinikum St. Georg in Leipzig 622 Mütter und deren Kinder. Die Mütter wurden bereits während der Schwangerschaft sehr intensiv auf mögliche Umweltbelastungen untersucht.
Für ihre aktuelle Arbeit hat das Wissenschaftlerteam Mutter-Kind-Paare aus der LiNA-Studie betrachtet. Dabei wurden Mütter untersucht, die während der Schwangerschaft geraucht haben und andere, die keiner Belastung durch Tabakrauch ausgesetzt waren. Gemeinsam mit den Genomforschern um Prof. Dr. Roland Eils, der im DKFZ und der Universität Heidelberg arbeitet, haben die Wissenschaftler sowohl das Epigenom der Mütter als auch das der Kinder untersucht. Sie wollten herausfinden, ob sich bei den Raucher-Familien epigenetische Veränderungen nachweisen lassen, die bei Nichtraucher-Familien nicht auftreten - und welche Folgen das für die Gesundheit der Kinder haben könnte. "Wir konnten die epigenetischen Veränderungen sowohl bei den rauchenden Müttern als auch im Nabelschnurblut der neugeborenen Kinder nachweisen", so Lehmann. Die Veränderungen treten also schon im Mutterleib auf und beeinflussen die Genregulation des noch ungeborenen Kindes.

Die Forscher haben festgestellt, dass durch das Rauchen besonders häufig sogenannte Enhancer-Regionen im Erbgut beeinflusst werden. Dabei handelt es sich um DNA-Abschnitte, die eines oder gleich mehrere Gene zu bestimmten Zeitpunkten aktivieren. "Wenn eine Enhancer-Region von den Wirkungen des Rauchens betroffen ist, kann dies zu einer Fehlregulierung von gleich mehreren Genen führen", erklärt Lehmann weiter. Die Forscher zeigen in ihrer Arbeit ein Beispiel für die Folgen eines fehlregulierten Enhancers: Das Enzym JNK2 (c-Jun N-terminal Proteinkinase 2) ist an der Entstehung von Entzündungsreaktionen beteiligt. Wird nun der Enhancer beeinflusst, der JNK2 aktiviert, kann dies das Risiko für Lungenerkrankungen im späteren Leben der Kinder erhöhen.

Gleichzeitig haben die Wissenschaftler festgestellt, dass die zur Geburt im Nabelschnurblut beobachteten epigenetischen Effekte auch noch mehrere Jahre nach der Geburt nachweisbar sind. Ob das langfristige Auswirkungen der Rauchbelastung vor der Geburt sind, lasse sich dabei aber nicht zweifelsfrei sagen. "Kinder, die vor der Geburt schon mit Tabakrauch belastet sind, sind es meist auch nach der Geburt", so Lehmann. Die anhaltende Belastung durch Zigarettenrauch nach der Geburt könnte deshalb ein Grund für die von den Forschern beobachtete Stabilität der epigenetischen Veränderungen sein.

In ihrer Analyse haben die Wissenschaftler mehr als 400 Enhancer ausgemacht, die vom Tabakrauch betroffen sind. Diese regulieren Gene, die unter anderem bei Diabetes, Fettleibigkeit oder sogar Krebs eine Rolle spielen. "Durch diese Entdeckung beginnen wir jetzt, die Mechanismen zu verstehen, die dazu führen, dass das Rauchen zu so unterschiedlichen Krankheiten führen kann", so Roland Eils.

Die Erkenntnisse dieser Arbeit sollen Ansatzpunkte für neue Therapieoptionen von umweltbedingten Erkrankungen liefern. "Je besser wir verstehen, was durch die Umweltbelastung fehlgesteuert wird, desto besser können wir auch darauf reagieren. Im Fall von Tabakrauch ist allerdings das Vermeiden der Belastung immer noch die beste Alternative", fasst Lehmann zusammen.

Publikation:
Bauer T, Trump S, Ishaque N, Thürmann L, Gu L, Bauer M, Bieg M, Gu Z, Weichenhan D, Mallm J, Röder S, Herberth G, Takada E, Mücke O, Winter M, Junge KM, Grützmann K, Rolle-Kampczyk U, Wang Q, Lawerenz C, Borte M, Polte T, Schlesner M, Schanne M, Wiemann S, Geörg C, Stunnenberg HG, Plass C, Rippe K, Mizuguchi J, Herrmann C, Eils R, Lehmann I (2016). Environment-induced epigenetic reprogramming in genomic regulatory elements in smoking mothers and their children. Molecular Systems Biology http://dx.doi.org/10.15252/msb.20156520

Diese Forschung wurde durch das DKFZ- Heidelberger Zentrum für personalisierte Onkologie (DKFZ-HIPO) unterstützt.


Weitere Informationen

Dr. Irina Lehmann
Leiterin UFZ-Department Umweltimmunologie
Telefon: +49 (0)341 235 1216
irina.lehmann@ufz.de

Prof. Dr. Roland Eils
Deutsches Krebsforschungszentrum und Universität Heidelberg
Telefon: +49 (0)6221 42 3601
r.eils@dkfz-heidelberg.de

UFZ-Pressestelle

Susanne Hufe
Telefon: +49 341 235-1630
presse@ufz.de


Im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Veränderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsmöglichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg mehr als 1.100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert.

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Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit 37.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 4 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).

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