Unsere Zellen enthalten zwei verschiedene Arten von DNA: Zum einen die DNA im Zellkern, die den größten Teil unseres Erbguts enthält und von Eltern an ihre Kinder weitergegeben wird, zum anderen die DNA in den Kraftwerken unserer Zellen, den Mitochondrien. Diese mitochondriale DNA wird der gängigen Annahme zufolge nur von Müttern an ihre Kinder vererbt, indem Mitochondrien mitsamt ihrer DNA über die Eizelle weitergegeben werden. Gelegentlich allerdings gelangt offenbar mitochondriale DNA in den Kern einer Zelle, integriert sich dort in unser Erbgut und kann auf diese Weise auch über die väterliche Linie vererbt werden. Wie verbreitet dieser Prozess jedoch ist, war bislang unklar.
Mehr Insertionen im Gehirn
Ein Team um Weichen Zhou von der University of Michigan in den USA hat nun Blut- und Hirngewebeproben von 1187 verstorbenen Spendern auf mögliche mitochondriale DNA-Insertionen, sogenannte Numts, untersucht. „Über alle Gewebe hinweg fanden wir im Durchschnitt 10,4 Numts pro Probe, von denen durchschnittlich etwa drei gewebespezifisch waren“, berichtet das Team. Dabei enthielten Gehirnzellen deutlich mehr Numts als Blutzellen. „Das erklärt, warum Dutzende früherer Studien, die Blut-DNA analysierten, dieses Phänomen übersehen haben“, sagt Co-Autor Martin Picard von der Columbia University in New York.
Auch innerhalb des Gehirns gab es Unterschiede: Im dorsolateralen präfrontalen Kortex fanden die Forschenden pro Person durchschnittlich 4,13 gewebespezifische Numts, im Kleinhirn dagegen nur 0,75. Die Länge der einzelnen Abschnitte integrierter mitochondrialer DNA betrug zwischen 22 und über 8000 Basenpaaren. Ein Teil der Numts war den Analysen zufolge vererbt worden, ein anderer Teil hingegen wahrscheinlich erst während der Lebenszeit der betreffenden Person neu entstanden. „Früher dachten wir, dass die Übertragung von DNA aus den Mitochondrien in das menschliche Genom ein seltenes Ereignis sei“, sagt Picard. „Es ist verblüffend, dass dies anscheinend mehrmals im Leben eines Menschen geschieht.“
Verkürzte Lebenserwartung
Doch welche Auswirkungen haben diese Integrationen? „Vererbte NUMTs sind meist gutartig, wahrscheinlich weil sie früh in der Entwicklung entstehen und die schädlichen ausgemerzt werden“, sagt Zhou. Problematisch wird es allerdings, wenn sich der mitochondriale DNA-Schnipsel an einer Stelle ins Genom einfügt, an der sich ein Gen oder eine regulatorische Region befindet, die dadurch unterbrochen werden. Das kann dazu führen, dass dieses Gen dann nicht mehr korrekt oder gar nicht mehr funktioniert. Solche Defekte können daher Krankheiten und Fehlfunktionen im Zellstoffwechsel auslösen.
Tatsächlich zeigten die Analysen der Forschenden, dass Personen mit mehr Numts im Gehirn durchschnittlich eher starben als Vergleichspersonen mit weniger oder ohne diese mitochondrialen Einschübe. „Die Gehirne von Personen, die in jüngerem Alter starben, trugen etwa zwei Numts mehr pro verlorenem Lebensjahrzehnt als die von Personen, die länger lebten“, berichtet das Team. „Dies deutet zum ersten Mal darauf hin, dass Numts funktionelle Auswirkungen haben und möglicherweise die Lebensspanne beeinflussen können“, sagt Picard. „Die Anhäufung von Numts kann der Liste der Mechanismen der Genominstabilität hinzugefügt werden, die zum Altern, zum Funktionsverlust und zur Lebenserwartung beitragen können.“
