Epigenetik und Ernährung: Biofaktoren als Schlüssel zur Genexpression?

Sehr geehrter Herr Prof. Kisters, 
mögen Sie unseren Lesern vielleicht zu Beginn einige Informationen über das Thema Epigenetik geben?

Prof. Kisters: Gerne. Die Epigenetik als Teilgebiet der Genetik beschäftigt sich mit der Veränderung der Genexpression und Genaktivität. Diese Veränderungen entstehen nicht durch Änderungen der DNA-Sequenz selbst, sondern durch biochemische Modifikationen. Diese Modifikationen betreffen entweder die DNA oder die Proteine, die mit ihr in Verbindung stehen. Solche Veränderungen haben einen Einfluss darauf, wie die Gene abgelesen oder aktiviert werden. Vielleicht an dieser Stelle ein Beispiel: Bei der DNA-Methylierung werden an bestimmte Stellen der DNA sogenannte Methylgruppen angehängt. Dies kann die Zugänglichkeit der Gene für die Transkription beeinflussen. Hier nun ein wenig Biochemie: Bei der Transkription wird die genetische Information in der DNA in eine messenger-RNA umgeschrieben. Die messenger-RNA wiederum dient als Vorlage für die Proteinproduktion. Wenn Gene für die Transkription schwerer zugänglich sind, wird weniger messenger-RNA produziert und die Genaktivität sinkt. Ist die DNA hingegen leichter zugänglich, kann die Transkription effizienter ablaufen, was zu einer stärkeren Expression des Gens führt.

Und noch ein anderes Beispiel für epigenetische Prozesse: Modifikationen an den Histonen, die als sogenannte Verpackungsproteine der DNA tätig sind, können beeinflussen, wie dicht oder wie locker die DNA gewunden ist. Und dieser Prozess hat ebenfalls einen Einfluss auf die Genaktivität.

Und was hat Epigenetik mit unserer Lebensweise und Ernährung zu tun?

Prof. Kisters: Epigenetische Veränderungen sind oft reversibel und können durch Lebensstil- und Umweltfaktoren wie beispielsweise die Ernährung, aber auch Bewegungs- und Schlafmangel, Stress oder erhöhte Toxinbelastung beeinflusst werden. Die Veränderungen am Epigenom, den epigenetischen Modifikationen auf der DNA insgesamt, hängen also teil­weise von den individuellen Bedingungen des Organismus ab und können im Laufe des Lebens auch verändert werden. Schauen wir uns an dieser Stelle am besten einmal die Lebensstil- und Umweltfaktoren etwas genauer an. Über verschiedene epigenetische Mechanismen spielen sie eine wichtige Rolle im Alterungsprozess, bei der Zellentwicklung und letztendlich bei der Entstehung von Krankheiten. Regelmäßige körperliche Aktivität beispielsweise kann Entzündungsmarker reduzieren und Reparaturmechanismen an der DNA unterstützen. Auch ausreichend guter Schlaf ist wichtig, um gesunde epigenetische Prozesse aufrechtzuerhalten. Chronischer Stress hingegen ist zu vermeiden, da er durch Freisetzung von Stresshormonen epigenetische Veränderungen bewirkt, die das Risiko für die Entwicklung psychischer und körperlicher Erkrankungen erhöht. Auch negative Umweltfaktoren wie Luftverschmutzung oder Chemikalien fördern über epigenetische Veränderungen das Krankheitsrisiko.

Es geht also vereinfacht gesagt darum, dass die Lebensweise und negative Umwelteinflüsse langfristig Auswirkungen auf unsere Gesundheit haben können – und dass, ohne die zugrundeliegende DNA-Sequenz zu verändern.

Kommen wir nun auf den Aspekt der Ernährung. Welche Lebensmittel sind zu empfehlen?

Prof. Kisters: Bestimmten Nährstoffen und Lebensmitteln werden epigenetische Effekte zugesprochen, indem sie vor allem die Aktivität verschiedener Enzyme beeinflussen, die an der Modifikation unserer DNA beteiligt sind. Insbesondere Lebensmittel der mediterranen Ernährung enthalten Antioxidantien, gesunde Fette und entzündungshemmende Verbindungen sowie essenzielle Biofaktoren wie Vitamine und Mineralstoffe, die sich positiv auf das Epigenom auswirken können. Denken wir hier an Olivenöl, Gemüse wie Brokkoli und Spinat, Obst – vor allem Beeren – sowie Nüsse und Samen. Omega-3-Fettsäuren aus fettem Fisch können epigenetische Veränderungen fördern, genauso wie polyphenolreiche Lebensmittel wie grüner Tee oder Kurkuma.

Und was hat der Biofaktorenstatus mit Epigenetik zu tun?

Prof. Kisters: Die Ernährung kann durch den Gehalt von Nährstoffen wie essenziellen Biofaktoren die Genexpression beeinflussen. Beispielsweise die Folsäure: Folsäure ist einer der bedeutendsten Biofaktoren in der Epigenetik, da das Vitamin an der DNA-Methylierung beteiligt ist, einem wichtigen epigenetischen Mechanismus für die Genexpression. Eine ausreichende Folsäurezufuhr über grünes Blattgemüse, Hülsenfrüchte, Nüsse und Samen kann eine gesunde DNA-Methylierung unterstützen. Auch an Vitamin B₁₂ ist zu denken. Der Biofaktor spielt ebenfalls eine Schlüsselrolle bei der DNA-Methylierung genauso wie im Homocystein-Stoffwechsel, der ebenfalls das Epigenom beeinflussen kann. Vitamin B₁₂ ist bekanntermaßen vor allem in Lebensmitteln tierischen Ursprungs enthalten, so dass Menschen, die sich vegetarisch und vor allem vegan ernähren, in einen Vitamin-B₁₂-Mangel geraten können. Eine entsprechende Supplementierung ist dann zu empfehlen.

Gibt es noch weiteren Biofaktoren, die einen Einfluss auf die Epigenetik haben?

Prof. Kisters: Eine gute Vitamin-D-Versorgung ist ebenfalls wichtig. Vitamin D fungiert nicht nur als Vitamin. Aufgrund seiner Hormonwirkungen spielt es in nahezu allen Organen eine Rolle und zeichnet sich auch durch epigenetische Effekte aus. Vitamin D bindet an seinen Rezeptor und regelt die Transkription von Genen, die für die Immunantwort und für die Entzündungsregulation verantwortlich sind. Es kann entzündungshemmende Gene aktivieren und entzündungsfördernde Gene wie TNF-α oder bestimmte Interleukine herabregulieren.

Darüber hinaus beeinflusst Vitamin D auch die Histonmodifikationen. Diese epigenetischen Veränderungen helfen, eine ausgewogene Immunreaktion zu fördern. Besonders bei Autoimmunerkrankungen wie Rheumatoider Arthritis und Multipler Sklerose oder bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen, bei denen Entzündungen eine Rolle spielen, ist an die schützende Wirkung von Vitamin D zu denken.

Lassen Sie uns zum Abschluss noch etwas genauer auf den Einfluss von Biofaktoren auf epigenetische Mechanismen im Bereich des Bewegungs­apparats eingehen.

Prof. Kisters: Biofaktoren spielen tatsächlich auch eine Rolle bei der Regulierung von epigenetischen Mechanismen, die das Wachstum, die Reparatur und die Funktion des Bewegungsapparats mit all seinen Knochen, Muskeln, Gelenken und Bändern betreffen. Auf den Einfluss von Vitamin D auf die Histonmodifikationen und damit auf die entzündungshemmende Wirkung bei Autoimmunerkrankungen wie der Rheumatoiden Arthritis bin ich ja bereits eingegangen. Zudem aktiviert Vitamin D den Vitamin-D-Rezeptor, der wiederum die Genexpression von Genen steuert, die an der Osteoblasten- und Osteoklastenaktivität beteiligt sind. Somit hilft Vitamin D bei der Aufrechterhaltung der Knochendichte und der Osteoporose-Prävention.

Magnesium ist ein weiterer Biofaktor, der über epigenetische Mechanismen die Knochenstabilität beeinflussen kann. Magnesium wirkt auf die DNA-Methylierung und beeinflusst Gene, die für die Knochenmineralisierung verantwortlich sind. An dieser Stelle ist das Calcium nicht zu vergessen. Durch Modifikationen der Histone spielt Calcium eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung von Calcium-sensitiven Proteinen, die in der Regulation des Knochenstoffwechsels und der Knochenbildung involviert sind.

Oder nehmen wir Zink. Zink reguliert die Aktivität von Enzymen und Proteinen, die an der Histonmodifikation und der DNA-Methylierung beteiligt sind. Diese epigenetischen Prozesse steuern die Expression von Genen, die für Muskelwachstum und die Heilung von Muskelverletzungen wichtig sind. Zink kann also durch seine epigenetischen Effekte die Genaktivität so beeinflussen, dass der Zellwachstums- und Reparaturprozess in Muskelzellen gefördert wird. Und abschließend noch ein Satz zu Vitamin C: Der Biofaktor beeinflusst durch epigenetische Modifikationen Gene, die an der Kollagensynthese und dem Gewebeaufbau beteiligt sind.

Sie sehen allein aus diesen Beispielen, welch immensen Einfluss unsere Ernährung und eine gute Versorgung mit Biofaktoren auf epigenetische Prozesse haben. Hier werden wir in der Zukunft sicher noch viele spannende Erkenntnisse erwarten dürfen.

Vielen Dank für das Interview, 
Herr Prof. Kisters.