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Bin ich ein Zwilling? DNA-Anhänge verraten es

Alle eineiigen Zwillinge tragen eine eindeutige epigenetische Signatur an ihrem Erbgut

eineiige Zwillinge
Eineiige Zwillinge tragen ihr Leben lang eine epigenetische Signatur, die sie mit allen anderen monozygotischen Zwillingen gemeinsam haben. © BorupFoto/ Getty images

Überaschende Entdeckung: Ob jemand ein eineiiger Zwilling ist, lässt sich an seinem Epigenom erkennen – den Anhängen an seiner DNA. Denn alle monozygotischen Zwillinge teilen ein spezifisches Muster dieser epigenetischen Anhänge. Zweieiige Zwillinge oder normale Geschwister besitzen diese Signatur dagegen nicht, wie Forscher im Fachmagazin „Nature Communications“ berichten. Diese Zwillingssignatur ist ein Leben lang nachweisbar und ließe sich sogar dazu nutzen, unerkannte Zwillinge zu identifizieren.

Eineiige Zwillinge entstehen, wenn sich eine befruchtete Eizelle kurz nach der Zeugung teilt. Es entstehen dann zwei Embryos, die das gleiche Erbgut tragen. Solche monozygotischen Zwillinge sind im Prinzip genetische Klone, auch wenn sich während ihrer Entwicklung im Mutterleib durch Mutationen Genunterschiede ansammeln können. Anders als bei zweieiigen Zwillinge liegt die Geburt eineiiger Zwillinge aber nicht in der Familie. Gängiger Annahme nach beruht die Teilung der Zygote daher auf einem Zufall.

Blick auf das Epigenom

Oder doch nicht? Eine Entdeckung von Jenny van Dongen von der Freien Universität Amsterdam und ihren Kollegen weckt daran nun Zweifel. Denn sie haben eine epigenetische Signatur entdeckt, die sich bei allen eineiigen Zwillingen findet – über alle Verwandtschaftsgrenzen und Testgruppen hinweg. Diese Signatur unterscheidet monozygotische Zwillinge von zweieiigen, aber auch von Menschen mit normalen Geschwistern oder Einzelkindern.

Für ihre Studie hatte das Team das Muster der Methylanlagerungen an der DNA von mehr als 4.000 eineiigen und zweieiigen Zwillingen verglichen. „Wir haben bewusst zweieiige Zwillinge als Vergleichsgruppe gewählt, weil auch sie den Mutterleib mit ihrem Geschwister teilen“, erklären die Forschenden. Dadurch lässt sich der angleichende Einfluss dieser „pränatalen WG“ von anderen Effekten trennen. Zusätzlich bezogen sie aber auch eine Kontrollgruppe von Nicht-Zwillingen mit ein.

Methylierung
DNA-Base Cytosin mit und ohne epigenetische Methylgruppe (Kreis). © gemeinfrei

Marker an 834 Stellen

Die Analysen enthüllten Erstaunliches: Es gibt 834 Stellen am Erbgut eineiiger Zwillinge, die eine nur für diese Gruppe typische Methylierung aufweisen. Bei rund 60 Prozent dieser Stellen fehlen übereinstimmend die Anhänge, bei den restlichen 40 Prozent der Stellen sind bei nahezu allen eineiigen Zwillingen Methylanhänge vorhanden. Diese Zwillings-Signatur lässt sich zudem sowohl in Blutproben wie auch im Speichel oder Hirngewebe nachweisen, wie van Dongen und ihre Kollegen feststellten.

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„Damit zeigen wir, dass monozygotische Zwillinge eine robuste und spezifische Signatur der DNA-Methylierung in ihren Körpergeweben tragen“, schreiben die Forschenden. „Diese Signatur umfasst sowohl Bereiche nahe den Telomeren, als auch im Zentrum der Chromosomen und betrifft Gene, die an der Zelladhäsion, der Zelldifferenzierung und dem WNT-Signalweg beteiligt sind.“ Letzterer gilt als entscheidend für die Embryonalentwicklung.

Signatur bleibt das ganze Leben nachweisbar

Um zu erfahren, ob diese Zwillingssignatur auch im Verlauf des Lebens stabil bleibt, analysierte das Team Blutproben, die Zwillingen alle fünf Jahre lang von der Geburt bis ins Erwachsenenalter entnommen worden waren. Das Ergebnis: Obwohl sich viele epigenetische Marker im Lebensverlauf durch Umwelteinflüsse und die Lebensweise verändern, war dies bei der Zwillings-Signatur nicht der Fall: Die für monozygotische Zwillinge typischen Methylierungen blieben erhalten.

Im Prinzip tragen eineiige Zwillinge damit ihr Leben lang einen molekularen Marker ihres geteilten Ursprungs in sich. „Dies ist eine wirklich große Entdeckung“, sagt Seniorautorin Dorret Boomsma von der Freien Universität Amsterdam. „Es ist das erste Mal, dass wir einen biologischen Marker dieses Phänomens beim Menschen gefunden haben. Dieser erstaunliche Fund bringt uns ganz neue Einblicke in die Hintergründe der monozygotischen Zwillingsbildung.“

Hinweise auf Ursache der Zwillingsbildung

Aus früheren Studien ist bekannt, dass Embryos schon kurz nach der Zeugung mehrere Wellen der DNA-Methylierung durchlaufen. Einige finden vor der Differenzierung der Zellen statt, andere erst danach. Der Nachweis der Zwillingssignatur in verschiedenen Zellen und Geweben deutet nach Ansicht der Forschenden darauf hin, dass diese Marker ihren Ursprung sehr früh in der Embryonalentwicklung haben müssen.

„Es scheint, dass etwas sehr früh in der Entwicklung geschieht, das dann im Methylierungsmuster der verschiedensten Zelltypen in unserem Körper erhalten bleibt „, sagt van Dongen. Wann und wie genau diese spezifische Epigenom-Signatur entsteht, ist aber vorerst unbekannt. Das Team hofft, darüber mehr zu erfahren, wenn sie genauer untersuchen, welche Gene auf welche Weise durch das Methylierungsmuster beeinflusst werden.

„Vanishing Twin“-Syndrom

Doch die jetzt entdeckte Zwillingssignatur könnte auch diagnostisch ganz neue Möglichkeiten eröffnen: „Weil eineiige Zwillinge diese molekulare Signatur ihr Leben lang behalten, könnten wir im Nachhinein herausfinden, ob eine Person ursprünglich einmal Teil eines monozygotischen Zwillingspaares war“, erklären van Dongen und ihre Kollegen. Man könnte jemanden selbst dann als Zwilling identifizieren, wenn das Geschwister verschollen ist oder schon im Mutterleib starb und resorbiert wurde.

Das könnte auch mehr Aufschluss über das sogenannte „Vanishing Twin“-Syndrom geben – das Syndrom der verschwundenen Zwillinge. Denn obwohl rund zwölf Prozent aller Schwangerschaften als Mehrlings-Schwangerschaften beginnen, werden nur zwei Prozent dieser Mehrlinge ausgetragen. Gerade eineiige Zwillinge haben dabei ein stark erhöhtes Risiko für Fehlbildungen und pränatale Komplikationen, wie die Wissenschaftler berichten. Wenn mehr über die Ursachen und Entstehung von monozygotischen Zwillingen bekannt wird, könnte dies auch hier einige offene Fragen erhellen. (Nature Communications, 2021; doi: 10.1038/s41467-021-25583-7)

Quelle: Vrije Universiteit Amsterdam

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