Genetisch gedoppelt hält nicht besser

Selbst beim Rind, der Tierart mit den bisher besten Ergebnissen, ist das Klonen noch sehr ineffizient: Nur zehn von 100 Embryonen, die auf Empfängertiere – die „Leihmütter“ – übertragen werden, wachsen zu lebenden Kälbern heran. „Bei geklonten Rinderembryonen kommt es häufig zu strukturellen und funktionalen Veränderungen der Plazenta, was zu einem Abbruch der Trächtigkeit führen kann“, berichtet Professor Eckhard Wolf vom Veterinärwissenschaftlichen Department der LMU. Ein Team um den Tiermediziner untersuchte nun, ob dies auf eine Störung der molekularen Kommunikation zwischen dem Embryo und dem Endometrium, also der mütterlichen Gebärmutterschleimhaut, zurückzuführen ist. Dazu bestimmten die Wissenschaftler die Genaktivität von Zellen des Endometriums nach einer Übertragung von Embryonen, die geklont oder durch in vitro-Befruchtung erzeugt worden waren. Es zeigte sich, dass in der Tat Unterschiede in der Genaktivität (gemessen anhand der Konzentration der so genannten Messenger-RNAs) zwischen diesen beiden Untersuchungsgruppen bestehen. Daher sind wahrscheinlich die häufig auftretenden Veränderungen der Plazenta bei geklonten Embryonen auf eine gestörte molekulare Kommunikation bereits vor der Einnistung des Embryos zurückzuführen. Die Bestimmung der Genaktivität könnte damit schon früh auf eine mögliche Störung hinweisen und neue Ansatzpunkte bieten, um die Klontechniken zu optimieren. (PNAS 106:5681-6, 7. April 2009)

„Die Tierzucht basiert auf der Selektion und Vermehrung herausragender Tiere“, sagt Wolf. „Daran hat sich seit der Domestikation der Haustiere vor mehr als 10.000 Jahren nichts geändert. Das Klonen, also die Erzeugung erbgleicher Tiere, ist heute eine Art Versicherung: Wenn etwa ein Züchter einen besonders wertvollen Bullen hat, kann er durch das Klonen sicherstellen, dass dessen spezielle genetische Konstellation erhalten bleibt. Zudem ist das Klonen das bisher einzige Verfahren, mit dem man Nutztiere gezielt genetisch modifizieren kann. Beispiele dafür sind etwa die Produktion therapeutischer Proteine in der Milchdrüse von Kühen oder aber das Klonen von Schweinen für eine Xenotransplantation. Das ist die Übertragung tierischer Gewebe oder Organe in den Menschen als Ersatz für dessen erkranktes Gewebe.

Für diese und andere Anwendungen werden geklonte Embryonen mit gezielt modifiziertem Erbgut in den Uterus einer „Leihmutter“ eingepflanzt, die dann den Embryo austrägt. Doch noch ist die Erfolgsrate bei derartigen Übertragungen enttäuschend gering. „Wir sind der Vermutung nachgegangen, dass hier die frühe embryo-maternale Kommunikation gestört ist“, so Wolf. „Mit dieser Thematik beschäftigen wir uns bereits seit einigen Jahren in einer von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Forschergruppe. Für diese Arbeit haben wir nun getestet, ob das Endometrium auf geklonte Embryonen anders reagiert als auf solche, die durch Befruchtung erzeugt wurden.“ Im Experiment wurden beide Gruppen von Embryonen auf Empfängertiere übertragen und zehn Tage später Proben aus der mütterlichen Gebärmutterschleimhaut entnommen.

Zur Analyse der Genaktivitätsmuster in den gewonnenen Zellen wurde ein speziell für diese Fragestellung im Team von Dr. Stefan Bauersachs (Laboratorium für funktionale Genomanalyse des Genzentrums der LMU) konzipiertes DNA-Mikroarray eingesetzt. Die Untersuchung zeigte deutliche Unterschiede: Von den etwa 1000 auf dem Chip befindlichen Genen zeigten mehr als 50 in vielen der Proben aus Klonträchtigkeiten eine veränderte Aktivität. Von einigen dieser Gene war bereits bei der Maus bekannt, dass sie bei der Einnistung des Embryos in die Gebärmutterschleimhaut eine entscheidende Rolle spielen. Um auszuschließen, dass dieser Effekt nur auf eine zufällige Besonderheit einer spezifischen genetischen Konstellation zurückzuführen ist, wurden Zelllinien von insgesamt sieben verschiedenen Spendertieren zum Klonen verwendet und getestet – mit gleichbleibendem Ergebnis.

„Dieses Resultat lässt eine wichtige Schlussfolgerung zu“, sagt Wolf. „Wir können sagen, dass die bei Klonträchtigkeiten des Rindes häufig beobachteten Veränderungen der Plazenta mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ihre Ursache in einer gestörten embryo-maternalen Kommunikation haben. Wie unsere Ergebnisse zeigen, können die Störungen durch die Bestimmung von molekularen Mustern – in diesem Fall sind das Genaktivitätsmessungen – sehr sensitiv detektiert werden. Damit haben wir einen frühen und sehr sensitiven Indikator entwickelt, der auch für die Optimierung von Klontechniken genutzt werden kann.“

Publikation:
“The endometrium responds differently to cloned versus fertilized embryos”,
Stefan Bauersachs, Susanne E. Ulbrich, Valeri Zakhartchenko, Megan Minten, Myriam Reichenbach, Horst-Dieter Reichenbach, Helmut Blum, Thomas E. Spencer, and Eckhard Wolf,
PNAS 106: 5681-6, 7. April 2009)

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Eckhard Wolf
Lehrstuhl für Molekulare Tierzucht und Biotechnologie
Veterinärwissenschaftliches Department
Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München
Tel.: 089 / 2180 – 76800
Fax: 089 / 2180 - 76849
E-Mail: ewolf@lmb.uni-muenchen.de

Verantwortlich für den Inhalt: Prof. Wolf