Menschliche Körperzellen leben - je nach Zelltyp und -funktion - unterschiedlich lange. Hautzellen erneuern sich alle zwei bis vier Wochen. Leberzellen überdauern bis zu 500 Tage. Eizellen sind besonders langlebig: Schon vor der Geburt sind sie im weiblichen Körper angelegt und erneuern sich nicht. Eine 30-jährige Frau hat also Eizellen, die etwa so alt sind wie sie selbst.
Die Fähigkeit der Eizelle, Schäden in ihrer DNA zu reparieren, ist entscheidend, damit sie lange funktionsfähig bleibt und nicht abstirbt. Dafür haben Eizellen eine komplexe Reparaturmaschinerie mit verschiedenen Reparaturwegen entwickelt: Spezielle Proteine erkennen Veränderungen in der DNA auf und reparieren sie. Diese Maschinerie ist auch für die Reparatur von DNA-Schäden verantwortlich, die im Sperma des Vaters und im sich entwickelnden Embryo auftreten. Trotz des Vorhandenseins mehrerer DNA-Reparaturmechanismen häufen sich nicht reparierte DNA-Schäden in alternden Eizellen an. Bisher war unklar, warum dies geschieht.
Reparatur ineffizienter und fehleranfälliger
Ein Forschungsteam um Melina Schuh, Leiterin der Abteilung Meiose am MPI für Multidisziplinäre Naturwissenschaften hat jetzt junge und alternde Eizellen hinsichtlich ihrer DNA-Schäden und DNA-Reparaturmaschinerie miteinander verglichen. Mithilfe von hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie ermittelte das Team die Menge an DNA-Schäden in unterschiedlich alten Eizellen von Mäusen, kartierte wichtige Reparaturproteine im Zellkern und analysierte, wie sich ihre Aktivität und ihr Zusammenspiel mit dem Alter verändern. -Die Reparatur in älteren Eizellen ist ineffizienter. Sie verläuft nicht nur langsamer, sondern teilweise auch unvollständig-, sagt Schuh. DNA-Schäden häufen sich so in der Zelle an.Neben diesen Veränderungen identifizierten die Forschenden einen weiteren Grund für die zunehmenden Schäden in gealterten Eizellen: Die Menge des Proteins Cohesin nimmt mit zunehmendem Alter der Mutter ab. Cohesin hält Schwesterchromosomen zusammen, bis sie bereit sind, sich während der Zellteilung zu trennen. Fehlendes Cohesin führt daher zu Fehlern bei der Chromosomentrennung. Gleichzeitig ist das Protein für die DNA-Reparatur unerlässlich: Wenn beispielsweise ein DNA-Strang gebrochen ist, sorgt es dafür, dass der beschädigte Teil mithilfe eines intakten DNA-Strangs als Vorlage repariert werden kann.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden heraus, dass allein das Fehlen von Cohesin zu mehr DNA-Schäden in Eizellen führt, und zwar nicht nur bei alternden Zellen. -Interessanterweise zeigten junge Eizellen ohne Cohesin teilweise ähnliche Proteinveränderungen und DNA-Schäden wie ältere Eizellen-, berichtet Schuh. -Offenbar befeuert nicht nur die langsamere, fehleranfälligere Reparaturmaschinerie, sondern auch der Cohesin-Rückgang im Alter das Absterben der Eizellen.-
Changes in DNA repair compartments and cohesin loss promote DNA damage accumulation in aged oocytes
Eizellen und Spermien sind während ihrer Entwicklung sehr empfindlich. Wenn beispielsweise das Erbgut nicht korrekt auf die einzelnen Keimzellen verteilt wird, sind die daraus hervorgehenden Embryonen oft nicht lebensfähig oder weisen schwere Defekte auf. Melina Schuh vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen will herausfinden, warum der Reifeprozess einer Eizelle so fehleranfällig ist. Ihre Erkenntnisse könnten eines Tages ungewollt kinderlos gebliebenen Paaren helfen.
Beobachtungen in Echtzeit zeigen, dass sich der Follikel zunächst ausdehnt, dann zusammenzieht und schließlich die Eizelle freisetzt
In Deutschland werden Tierversuche in erster Linie in der Grundlagenforschung sowie der Medizin und Tiermedizin durchgeführt. Es ist gesetzlich vorgeschrieben, neue Wirkstoffe in Tierversuchen auf Wirksamkeit und Nebenwirkungen zu testen. Tierversuchsfreie Medikamente gibt es daher nicht. Außerdem können Tierversuche für die Erkennung von umweltgefährdenden Einflüssen erforderlich sein.
