Nachrichten | „Egoistische“ Chromosomen könnten für frühe Schwangerschaftsverluste verantwortlich sein
Warum sind menschliche Embryonen so anfällig? Warum sterben trotz erfolgreicher Befruchtung so viele Embryonen in den ersten Tagen, oft noch bevor eine Schwangerschaft erkannt wird? Forschungen des Milner Centre for Evolution an der University of Bath im Vereinigten Königreich bieten eine neue Erklärung: Ein egoistischer Konflikt zwischen Chromosomen könnte dafür verantwortlich sein.
Die Studie wurde von Professor Laurence Hurst, dem Leiter des Zentrums und Evolutionsgenetiker, geleitet und in PLOS Biology veröffentlicht. Er wies darauf hin, dass etwa die Hälfte der befruchteten menschlichen Eizellen in einem sehr frühen Stadium abstirbt, oft noch bevor eine Schwangerschaft erkannt wird. Selbst nach Feststellung einer Schwangerschaft gehen viele Embryonen innerhalb einiger Wochen durch eine Fehlgeburt verloren.
Falsche Chromosomenzahlen sind eine wichtige verborgene Ursache
Professor Hurst erklärte, dass abnorme Chromosomenzahlen die direkte Ursache für die meisten frühen Embryonenverluste sind. Normale menschliche Zellen haben 46 Chromosomen: 23 aus der Eizelle der Mutter und 23 aus den Spermien des Vaters. Viele Embryonen haben nicht diese Standardzahl, sondern möglicherweise nur 45 oder bis zu 47 Chromosomen, was während der Schwangerschaft zum Verlust führen kann.
Selbst bei feststellbaren Chromosomenanomalien wie dem Down-Syndrom, bei dem drei Kopien des Chromosoms 21 vorliegen, erreichen etwa 80% der betroffenen Embryonen nicht die Geburt.
Wenn Chromosomenanomalien so schwerwiegend sein können, warum treten sie dann so häufig auf?
„Egoistische“ Chromosomen: Ein verborgener Auslöser für Embryonenverluste
Professor Hurst zufolge liegt der Schlüssel in der Eizellbildung. Er stellte fest, dass die meisten Fehler bei der Chromosomenzahl während der ersten Phase der mütterlichen Eizellbildung und nicht während der Spermienproduktion entstehen. Untersuchungen deuten darauf hin, dass bereits bei der Bildung mehr als 70% der Eizellen die falsche Chromosomenzahl aufweisen.
In dieser ersten Phase können auch „egoistische“ Chromosomen eingreifen. Ein als Zentromer-Antrieb bezeichneter Mechanismus ermöglicht es bestimmten „egoistischen“ Chromosomen, konkurrierende Chromosomen zu stören und sich in mehr Eizellen durchzusetzen, wodurch ihre Vererbungschance steigt. Anders gesagt beseitigen sie das Chromosom, mit dem sie eigentlich gepaart sein sollten, um ihren Anteil an der nächsten Generation zu erhöhen.
Dieser chromosomale Konflikt wurde bei Tieren wie Mäusen untersucht; ein ähnlicher Mechanismus wurde bereits beim Menschen vermutet. Hursts Forschung stellt die erste enge Verbindung zu einer frühen Embryonensterblichkeit her.
Er wies außerdem darauf hin, dass diese „egoistischen“ Chromosomen selbst dann einen evolutionären Vorteil erlangen können, wenn ihr Antrieb scheitert und eine abnorme Chromosomenzahl entsteht, also entweder ein Chromosom zu viel oder eines zu wenig.
Ein Opfer zum Nutzen der anderen: Eine harte evolutionäre Strategie
Beim Menschen und bei anderen Säugetieren entwickeln sich Embryonen im Körper der Mutter und benötigen kontinuierlich Nährstoffe. Stirbt ein Embryo sehr früh, kann die Mutter schneller in einen weiteren Fortpflanzungszyklus eintreten, ohne zusätzliche Ressourcen aufzuwenden. Dieser Mechanismus kann überlebenden Geschwistern zugutekommen.
Hurst erklärte: „Wenn ein egoistisches Chromosom ‚weiß‘, dass es bald beseitigt wird, kann es unkonventionelle Taktiken einsetzen, um die Zellteilung zu stören und sich selbst zu erhalten. Dadurch kann es jedoch die Entwicklung des Embryos verhindern und letztlich dessen Tod verursachen.“
Noch überraschender ist, dass dieser Mechanismus nicht bei allen Tieren verbreitet ist. Hurst zufolge fanden Forscher in einer Untersuchung von mehr als 2,000 Fischembryonen keine von der Mutter stammenden Chromosomenfehler. Auch bei Vögeln sind solche Probleme selten; dort treten Chromosomenanomalien nur mit 1/25 der bei Säugetieren beobachteten Häufigkeit auf. Dies könnte damit zusammenhängen, wann der Wettbewerb um Ressourcen stattfindet: Säugetierembryonen konkurrieren im Uterus, Vögel und Fische erst nach dem Schlüpfen.
Eine Folge der Fortpflanzungsstrategie
Professor Hurst kam zu dem Schluss, dass die hohe Embryonensterblichkeit ein Nebenprodukt des Wettbewerbs unter Säugetieren ist. „Der Preis dieses Mechanismus besteht darin, dass wir besonders anfällig für die Auswirkungen von Chromosomenmutationen werden.“
Vorläufige Daten zeigen eine besonders hohe Embryonensterblichkeit bei Säugetieren, die normalerweise nur einen Embryo pro Schwangerschaft tragen, etwa Menschen und Rinder, während Arten mit mehreren Nachkommen wie Mäuse und Schweine eine etwas niedrigere Sterblichkeit aufweisen. Dies stützt auch die Annahme einer Umverteilung von Ressourcen: Embryonen, die sterben, hinterlassen mehr Nährstoffe und Platz für ihre Geschwister aus demselben Wurf.
Hurst wies außerdem darauf hin, dass niedrige Konzentrationen eines Proteins namens Bub1 direkt zu einem Verlust oder Zugewinn von Chromosomen führen können. Er fügte hinzu: „Die Konzentration von Bub1 nimmt mit steigendem Alter der Mutter ab, und die Wahrscheinlichkeit von Chromosomenanomalien in Embryonen steigt entsprechend. Eine Erhöhung dieses Proteins könnte möglicherweise dazu beitragen, die Fruchtbarkeit älterer Frauen wiederherzustellen.“
Er äußerte die Hoffnung, dass die Studie neue Ansätze zur Behandlung von Unfruchtbarkeit und wiederholten Fehlgeburten eröffnen werde.
Nachrichten | „Egoistische“ Chromosomen könnten für frühe Schwangerschaftsverluste verantwortlich sein
Nachrichten | „Egoistische“ Chromosomen könnten für frühe Schwangerschaftsverluste verantwortlich sein
Warum sind menschliche Embryonen so anfällig? Warum sterben trotz erfolgreicher Befruchtung so viele Embryonen in den ersten Tagen, oft noch bevor eine Schwangerschaft erkannt wird? Forschungen des Milner Centre for Evolution an der University of Bath im Vereinigten Königreich bieten eine neue Erklärung: Ein egoistischer Konflikt zwischen Chromosomen könnte dafür verantwortlich sein.
Die Studie wurde von Professor Laurence Hurst, dem Leiter des Zentrums und Evolutionsgenetiker, geleitet und in PLOS Biology veröffentlicht. Er wies darauf hin, dass etwa die Hälfte der befruchteten menschlichen Eizellen in einem sehr frühen Stadium abstirbt, oft noch bevor eine Schwangerschaft erkannt wird. Selbst nach Feststellung einer Schwangerschaft gehen viele Embryonen innerhalb einiger Wochen durch eine Fehlgeburt verloren.
Falsche Chromosomenzahlen sind eine wichtige verborgene Ursache
Professor Hurst erklärte, dass abnorme Chromosomenzahlen die direkte Ursache für die meisten frühen Embryonenverluste sind. Normale menschliche Zellen haben 46 Chromosomen: 23 aus der Eizelle der Mutter und 23 aus den Spermien des Vaters. Viele Embryonen haben nicht diese Standardzahl, sondern möglicherweise nur 45 oder bis zu 47 Chromosomen, was während der Schwangerschaft zum Verlust führen kann.
Selbst bei feststellbaren Chromosomenanomalien wie dem Down-Syndrom, bei dem drei Kopien des Chromosoms 21 vorliegen, erreichen etwa 80% der betroffenen Embryonen nicht die Geburt.
Wenn Chromosomenanomalien so schwerwiegend sein können, warum treten sie dann so häufig auf?
„Egoistische“ Chromosomen: Ein verborgener Auslöser für Embryonenverluste
Professor Hurst zufolge liegt der Schlüssel in der Eizellbildung. Er stellte fest, dass die meisten Fehler bei der Chromosomenzahl während der ersten Phase der mütterlichen Eizellbildung und nicht während der Spermienproduktion entstehen. Untersuchungen deuten darauf hin, dass bereits bei der Bildung mehr als 70% der Eizellen die falsche Chromosomenzahl aufweisen.
In dieser ersten Phase können auch „egoistische“ Chromosomen eingreifen. Ein als Zentromer-Antrieb bezeichneter Mechanismus ermöglicht es bestimmten „egoistischen“ Chromosomen, konkurrierende Chromosomen zu stören und sich in mehr Eizellen durchzusetzen, wodurch ihre Vererbungschance steigt. Anders gesagt beseitigen sie das Chromosom, mit dem sie eigentlich gepaart sein sollten, um ihren Anteil an der nächsten Generation zu erhöhen.
Dieser chromosomale Konflikt wurde bei Tieren wie Mäusen untersucht; ein ähnlicher Mechanismus wurde bereits beim Menschen vermutet. Hursts Forschung stellt die erste enge Verbindung zu einer frühen Embryonensterblichkeit her.
Er wies außerdem darauf hin, dass diese „egoistischen“ Chromosomen selbst dann einen evolutionären Vorteil erlangen können, wenn ihr Antrieb scheitert und eine abnorme Chromosomenzahl entsteht, also entweder ein Chromosom zu viel oder eines zu wenig.
Ein Opfer zum Nutzen der anderen: Eine harte evolutionäre Strategie
Beim Menschen und bei anderen Säugetieren entwickeln sich Embryonen im Körper der Mutter und benötigen kontinuierlich Nährstoffe. Stirbt ein Embryo sehr früh, kann die Mutter schneller in einen weiteren Fortpflanzungszyklus eintreten, ohne zusätzliche Ressourcen aufzuwenden. Dieser Mechanismus kann überlebenden Geschwistern zugutekommen.
Hurst erklärte: „Wenn ein egoistisches Chromosom ‚weiß‘, dass es bald beseitigt wird, kann es unkonventionelle Taktiken einsetzen, um die Zellteilung zu stören und sich selbst zu erhalten. Dadurch kann es jedoch die Entwicklung des Embryos verhindern und letztlich dessen Tod verursachen.“
Noch überraschender ist, dass dieser Mechanismus nicht bei allen Tieren verbreitet ist. Hurst zufolge fanden Forscher in einer Untersuchung von mehr als 2,000 Fischembryonen keine von der Mutter stammenden Chromosomenfehler. Auch bei Vögeln sind solche Probleme selten; dort treten Chromosomenanomalien nur mit 1/25 der bei Säugetieren beobachteten Häufigkeit auf. Dies könnte damit zusammenhängen, wann der Wettbewerb um Ressourcen stattfindet: Säugetierembryonen konkurrieren im Uterus, Vögel und Fische erst nach dem Schlüpfen.
Eine Folge der Fortpflanzungsstrategie
Professor Hurst kam zu dem Schluss, dass die hohe Embryonensterblichkeit ein Nebenprodukt des Wettbewerbs unter Säugetieren ist. „Der Preis dieses Mechanismus besteht darin, dass wir besonders anfällig für die Auswirkungen von Chromosomenmutationen werden.“
Vorläufige Daten zeigen eine besonders hohe Embryonensterblichkeit bei Säugetieren, die normalerweise nur einen Embryo pro Schwangerschaft tragen, etwa Menschen und Rinder, während Arten mit mehreren Nachkommen wie Mäuse und Schweine eine etwas niedrigere Sterblichkeit aufweisen. Dies stützt auch die Annahme einer Umverteilung von Ressourcen: Embryonen, die sterben, hinterlassen mehr Nährstoffe und Platz für ihre Geschwister aus demselben Wurf.
Hurst wies außerdem darauf hin, dass niedrige Konzentrationen eines Proteins namens Bub1 direkt zu einem Verlust oder Zugewinn von Chromosomen führen können. Er fügte hinzu: „Die Konzentration von Bub1 nimmt mit steigendem Alter der Mutter ab, und die Wahrscheinlichkeit von Chromosomenanomalien in Embryonen steigt entsprechend. Eine Erhöhung dieses Proteins könnte möglicherweise dazu beitragen, die Fruchtbarkeit älterer Frauen wiederherzustellen.“
Er äußerte die Hoffnung, dass die Studie neue Ansätze zur Behandlung von Unfruchtbarkeit und wiederholten Fehlgeburten eröffnen werde.
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