Genetische Reprogrammierung bei geklonten Embryos fehlerhaft

Koreanische Wissenschaftler führen die vielen Probleme bei geklonten Tieren auf eine mangelhafte genetische Prägung zurück

Klonen ist noch eine ziemlich neue Technik. Gerade einmal vier Jahre ist es her, dass mit Dolly das erste geklonte Tier geschaffen wurde. Zwar werden mittlerweile immer mehr Tiere auf der ganzen Welt geklont, aber das Problem ist, dass dabei häufig Fehlgeburten auftreten oder Tiere auf die Welt kommen, die zu dick sind, Lungen- oder Herzprobleme haben oder an anderen Krankheiten leiden. Man nimmt, dass dies aufgrund der schnellen Verschmelzung des Zellkerns mit der Eizelle geschieht. Eine Untersuchung von koreanischen Wissenschaftlern legt nahe, dass die vielen Entwicklungsabnormalitäten auf Störungen bei der genetischen Prägung des eingefügten Zellkerns mit der DNA beruhen.

Das Schaf Dolly, mittlerweile vier Jahre alt, ist offenbar gesund, auch wenn es zu dick ist und daher schon einmal von den anderen Schafen getrennt und auf Diät gesetzt wurde. Von den 277 Embryonen, die man bei Dollys Zeugung aus den Eizellen gewinnen konnte und nach der Verschmelzung mit dem Kern einer Brustdrüsenzelle in Eileiter von Schafen eingesetzt hatte, entwickelten sich lediglich 29 zu Blastozyten. Diese wurden 13 Mutterschafen eingepflanzt - und mit Dolly entstand daraus nur ein lebendiges Schaf. Inzwischen wurde zwar die Erfolgsquote, je nach Art, leicht auf etwa 3 bis 4 Prozent verbessert, aber auch bei anderen Verfahren wie der Mikroinjektion des Kerns in die Eizelle sahen die Ergebnisse nicht sehr viel anders aus.

Auffällig war bereits bei einer Untersuchung, die nur nach den möglichen Ursachen für das übergroße Wachstum suchte, dass bei den geklonten Tieren gegenüber natürlich oder durch IVF entstandenen größere Mengen eines Rezeptorproteins festgestellt wurden, das das Wachstum im Zusammenspiel mit anderen Genen reguliert. Das Problem führten die Wissenschaftler darauf zurück, dass bei den übergroßen Tieren das IGF2R-Gen nicht methyliert ist (Gesundheitsschäden bei geklonten Tieren).

Die Wissenschaftler vom Animal Development Biotechnology Laboratory des Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology haben, wie sie in der aktuellen Ausgabe von Nature Genetics (28, Juni 2001) berichten, das Genom von geklonten oder durch IVF erzeugten Rinderembryos untersucht. Auch sie gingen von der Vermutung aus, dass die Anomalien bei den geklonten Tieren durch eine unvollständige epigenetische Reprogrammierung der eingeführten DNA in die Eizelle zu tun haben. In der frühen Entwicklung des befruchteten Eis wird erst einmal das ursprüngliche Methylisierungsmuster der DNA gelöscht und dann je nach Geschlecht während der Gametogenese neu gebildet. Diesen Vorgang nennt man genetische Prägung (imprinting), was die unterschiedliche Exprimierung der vom Vater und von der Mutter ererbten Allele bezeichnet. Dazu müssen Allele demethyliert und wieder methyliert werden können. Normalerweise sind nichtmetylierte Gene "eingeschaltet". Möglicherweise ist die Demethylierung auch eine Voraussetzung für die Bildung von Stammzellen.

Die Wissenschaftler fanden bei den geklonten Tieren in verschiedenen Teilen des Genoms stark anomale Methylierungsmuster: "Die geklonten Blastozyten ähnelten in ihren Methylierungsmustern stark den Spenderzellen, die sich aber stark von denen bei normalen in vivo oder in vitro entstandenen Blastozyten unterschieden." Festgestellt wurde auch, dass die Methylierung sich stark bei den geklonten Blastozyten variierte. Die Demethylierung scheint also bei geklonten Tieren entweder gestört zu sein oder nicht stattzufinden, zumindest bei den Genen, die von den Wissenschaftlern untersucht wurden. Unbekannt ist, ob möglicherweise in späteren Phasen der Entwicklung die Löschung und Reprogrammierung noch nachgeholt werden oder ob nur diejenigen Embryos überlebensfähig sind, die eine geringe Methylierung aufweisen. Der Grund für nicht stattfindende Löschung könnte, wie die Wissenschaftler vermuten, in der Methyltransferase liegen, die mit dem somatischen Zellkern in die Eizelle gelangt.

Solange die Ursachen dieser Probleme nicht erkannt und eliminierbar sind, wird das Klonen bei Tieren ein aufwendiges und ineffizientes Verfahren bleiben, auch wenn sich das mitunter bei nur einzelnen Hochleistungstieren wie Rindern, Schweinen oder Pferden, die sich teuer verkaufen lassen, lohnen könnte. Allerdings haben die koreanischen Wissenschaftler nicht geprüft, wie sich die von ihnen untersuchten Blastozyten entwickelt hätten, wenn sie in eine Gebärmutter eingesetzt worden wären. Die Studie kann auch nichts zur Klärung der Frage beitragen, ob die Probleme bei geklonten Tieren wirklich von der Verschmelzung herühren.