Die Entwicklungsbiologen Davor Solter und Azim Surani erhalten den Paul Ehrlich- und Ludwig Darmstaedter-Preis 2026. Das gab der Stiftungsrat der Paul Ehrlich-Stiftung bekannt. Die Preisträger haben das Phänomen der genomischen Prägung entdeckt. Das Erbgut von Eizellen und Spermien ist demnach bei Säugetieren funktional verschieden. Manche Gene sind zusätzlich zu ihrer genetischen Information molekular so markiert, dass sie nur aus den Erbanlagen eines Elternteils ablesbar sind. Deshalb brauchen wir den vollen genetischen Beitrag von Vater und Mutter. Diese Entdeckung erschütterte das Gebäude der klassischen Genetik und öffnete das Tor zum weiten Feld der modernen Epigenetik.

Die Gene, die unsere Erbinformation tragen, sind in den Chromosomen des Zellkerns zusammengepackt. Es gibt 22 Autosomen sowie die Geschlechtschromosomen X und Y. Jede Keimzelle enthält einen einfachen Satz von 23 Chromosomen. Jede Körperzelle enthält einen doppelten Chromosomensatz. Einer davon stammt aus der Eizelle der Mutter, der andere aus der Spermazelle des Vaters. Alle Körperzellen enthalten also zwei Kopien desselben Gens. Sie nutzen beide Kopien, die in unterschiedlichen Ausprägungen (Allele) auftreten können, als Anleitung zur Produktion von Proteinen oder RNA-Molekülen. Beide Kopien können sich auf das Erscheinungsbild (den Phänotyp) eines Kindes auswirken. Wenn eine Kopie mutiert oder beschädigt ist, springt die andere ein und sorgt für Ersatz. Diese Grundregeln der klassischen Genetik setzten Solter und Surani teilweise außer Kraft, als sie entdeckten, dass Säugetier-Eltern ihrem Nachwuchs manche Gene offenbar nur in einer aktiven Kopie vererben. „Diese Entdeckung war ein Wendepunkt der modernen Genetik“, erklärt der Vorsitzende des Stiftungsrates, Prof. Thomas Boehm. „Sie zeigte, dass unser Phänotyp nicht allein von unserem Genotyp bestimmt wird, sondern auch von epigenetischen Zeichen geprägt ist. Das hat unser Verständnis von Gesundheit und Krankheit fundamental verändert.“

Zu Beginn der 1980er Jahre hatten sich Davor Solter in Philadelphia (USA) und Azim Surani in Cambridge (Großbritannien) zeitgleich daran gemacht, ein Grundproblem der Genetik zu lösen: Warum ist bei Säugetieren keine Jungfernzeugung (Parthenogenese) möglich? Weibliche Ameisen, Bienen, Eidechsen oder Schnecken zum Beispiel können sich ohne männlichen Beitrag fortpflanzen und ihren Nachwuchs aus unbefruchteten Eizellen heranreifen lassen. Solter und Surani beantworteten diese Frage, indem sie unabhängig voneinander eine Technik anwandten, die Solter zuvor entwickelt und verbessert hatte, nämlich die Transplantation der Kerne von Keimzellen. Nachdem Eizelle und ein Spermium zu einer Zelle verschmolzen sind, bleiben deren Kerne vorrübergehend noch separiert, und werden deshalb Pronuclei genannt. Solter und Surani ersetzten nun einen der beiden Pronuclei durch einen aus einem anderen Mäusestamm, und generierten damit Embryonen, die entweder zwei weibliche oder zwei männliche Pronuclei enthielten. Unerwarteterweise starben alle diese Embryonen ab. Bei Kombinationen von zwei väterlichen Pronuclei blieb der Embryo unterentwickelt, die Plazenta dagegen nicht. Umgekehrt entwickelte sich bei Kombinationen von zwei mütterlichen Pronuclei die Plazenta unzureichend, was zu einer Unterernährung des Embryos führte. Einzig Embryonen aus einer Kontrollgruppe mit zwei geschlechtsverschiedenen Pronuclei entwickelten sich zu gesunden Mäusen. Bei Säugetieren, so folgerten die beiden Forscher, bringen die mütterlichen Chromosomen Informationen mit, die auf den väterlichen fehlen – und umgekehrt. Die vollständige Übermittlung beider elterlichen Chromosomensätze ist daher unabdingbar für die Entwicklung der Nachkommen. Offensichtlich werden manche Gene in aktiver Form nur von der Mutter, manche nur vom Vater weitergegeben. Surani prägte dafür den Begriff genomic imprinting. Kurz darauf stellte sich heraus, dass die molekulare Aufschrift, die dieses Imprinting anzeigt, vorwiegend aus winzigen Methylgruppen besteht, die an eine der vier Basen der DNA eingeführt werden.

Sieben Jahre nach der Entdeckung der beiden Preisträger wurden 1991 die ersten imprinted genes identifiziert. Es handelte sich um das wachstumshemmende Gen IGF2R, das in aktiver Form nur von der Mutter, und um das wachstumsfördernde Gen IGF2, das in aktiver Form nur vom Vater vererbt wird. Das sprach dafür, dass die genomische Prägung ein Mittel ist, um zwischen dem Interesse des Embryos zu wachsen und dem Interesse der Mutter, ihre Kräfte dabei nicht überzustrapazieren, ein gesundes Gleichgewicht zu wahren – die Evolution hat sie wahrscheinlich erfunden, um Säugetiere mit einer Gebärmutter überhaupt erst möglich zu machen. Tatsächlich haben die meisten bekannten geprägten Gene – sie machen rund ein Prozent unseres Genoms aus – mit dem Ausbalancieren von Wachstumsimpulsen und der Entwicklung des Gehirns zu tun. Beim Beckwith-Wiedemann-Syndrom geraten Wachstumsprozesse einzelner Organe oder deren seitengleiche Entwicklung während der Embryonalentwicklung aus dem Gleichgewicht; beim Angelmann-Syndrom kommt es zu schweren neurologischen Defiziten, weitere Fehlfunktionen begünstigen das Entstehen von Autismus oder Epilepsie. Auch beim Erwachsenen sind geprägte Gene in Signalkaskaden eingebunden, die über Gesundheit oder Krankheit entscheiden. Im Laufe des Lebens erworbene Störungen der genomischen Prägung werden zum Beispiel bei Darmkrebs, Glioblastomen und kindlichen Nierentumoren beobachtet.

Erst die Entdeckung der genomischen Prägung und die Erforschung der DNA-Methylierung haben das Tor zu einer experimentell fundierten Epigenetik geöffnet. Tausende von Forschenden haben dieses Tor seither durchschritten und mit ihrer Arbeit ein Feld erschlossen und bestellt, das sich für die Biomedizin als äußerst fruchtbar erweist. Dank der Pioniertat von Solter und Surani blüht die Epigenetik heute als die Wissenschaft der molekularbiologischen Vorgänge, die die Expression von Genen unabhängig von Veränderungen in deren Sequenz steuern.

Davor Solter, US-amerikanischer Staatsbürger des Jahrgang 1941, ist Direktor Emeritus der Abteilung für Entwicklungsbiologie des Max-Planck-Instituts für Immunbiologie in Freiburg im Breisgau, die er von 1991 bis 2006 leitete. Heute lebt er in Bar Harbor im US-Bundesstaat Maine und ist Visiting Professor an der Mahidol University in Bangkok/Thailand und der Universität von Zagreb in Kroatien.

Azim Surani, britischer Staatsbürger des Jahrgangs 1945, forscht als Director of Germline and Epigenetics Research am Gurdon Institute der University of Cambridge in England und Fellow des dortigen King’s College.