Rauchen und Epigenetik: Wie Zigaretten deine DNA verändern

Kurze Antwort: Rauchen verändert die DNA-Methylierung – chemische Markierungen, die helfen, Gene an- und abzuschalten – an Tausenden von Stellen. In der größten Studie mit fast 16.000 Menschen kehrten die meisten dieser Veränderungen im Blut innerhalb von fünf Jahren nach dem Rauchstopp in Richtung der Werte von Menschen zurück, die nie geraucht haben; eine kleine Zahl, darunter das Gen AHRR, war auch 30 Jahre später noch verändert.

Die meisten Menschen wissen, dass Karzinogene im Rauch die DNA schädigen und Mutationen verursachen. Rauchen verändert aber auch, wie Gene reguliert werden, ohne die DNA-Sequenz zu verändern. Was diese Veränderungen für die Gesundheit bedeuten, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler noch, aber sie wissen inzwischen einiges darüber, wie viele es sind und wie weit sie sich erholen.

Was Epigenetik ist

Dein Genom (die DNA-Sequenz) ist in jeder Zelle deines Körpers weitgehend gleich. Was eine Lungenzelle von einer Leberzelle unterscheidet, ist nicht die DNA, sondern welche Gene an- oder abgeschaltet sind – und wie aktiv sie abgelesen werden. Diese Regulation wird zum Teil durch epigenetische Markierungen gesteuert: chemische Veränderungen an der DNA oder an den Histon-Proteinen, um die die DNA gewickelt ist.

Der am besten untersuchte epigenetische Mechanismus ist die DNA-Methylierung: das Anhängen einer Methylgruppe (CH3) an eine Cytosin-Base der DNA, meist an CpG-Stellen (wo auf ein Cytosin ein Guanin folgt). Methylierung verringert in der Regel die Genexpression.

Die wichtigsten Punkte:

Epigenetische Markierungen werden vererbt (bei der Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben)
Sie können durch Umwelt, Ernährung, chemische Belastungen und Lebensstil verändert werden
Manche Markierungen sind leichter umkehrbar als andere

Wie Rauchen die DNA-Methylierung verändert

Forschende gehen davon aus, dass Chemikalien im Rauch, darunter Teerverbindungen (PAK) und reaktive Sauerstoffspezies, die Methylierung verändern – sowohl, indem sie die DNA schädigen, als auch, indem sie die Abwehr der Zelle gegen diese Chemikalien in Gang setzen. Die genauen Wege werden noch erforscht.

Die bisher größte Studie hat Blutproben von 15.907 Menschen aus 16 Kohorten zusammengefasst. Beim Vergleich aktuell Rauchender mit Menschen, die nie geraucht haben, fand sie 2.623 CpG-Stellen, verbunden mit 1.405 Genen, an denen sich die Methylierung unterschied. Diese Gene waren überdurchschnittlich oft solche, die bereits mit Lungenfunktion, Krebserkrankungen, entzündlichen Erkrankungen und Herzkrankheiten in Verbindung gebracht werden. Beachte, dass es sich um Blutproben handelt; Lunge und andere Gewebe können sich anders verhalten.

Wichtige betroffene Gene

AHRR (Aryl-Hydrocarbon-Rezeptor-Repressor) ist der beständigste Befund. Eine Stelle in diesem Gen gehört in den meisten Studien zu den stärksten Signalen für das Rauchen, und ihre Methylierung wird als Marker für Tabakbelastung untersucht. AHRR hilft, die Reaktion der Zelle auf PAK zu steuern, die Teerverbindungen im Rauch.

Andere Gene, die immer wieder auftauchen, sind F2RL3 (ein Rezeptor auf Blutplättchen), GPR15 (ein Rezeptor auf Immunzellen) und LRRN3. Für die meisten dieser Gene ist noch nicht bekannt, was die Veränderung der Methylierung für die Gesundheit bedeutet. Studien an Lungentumoren finden zudem krebsrelevante Gene, die durch Methylierung stillgelegt sind, aber Befunde aus Tumoren lassen sich nicht als Wirkungen auf das Blut gesunder Rauchender lesen.

Nach dem Rauchstopp: Was sich erholt und was nicht

Das ist der Teil, der für ehemalige Rauchende am meisten zählt. In derselben großen Studie begleiteten die Forschenden Teilnehmende der Framingham Heart Study, deren Rauchverlauf über bis zu 30 Jahre dokumentiert war:

Die meisten Stellen erholen sich. Die Methylierung an den meisten mit dem Rauchen verbundenen Stellen kehrte innerhalb von fünf Jahren nach dem Rauchstopp in Richtung der Werte von Menschen zurück, die nie geraucht haben.
Manche bleiben. 36 Stellen in 19 Genen – darunter AHRR und F2RL3 – hatten selbst 30 Jahre nach dem Rauchstopp nicht die Werte von Nie-Rauchenden erreicht.

Die Autorinnen und Autoren weisen darauf hin, dass die schnelle Erholung der meisten Stellen dazu passt, dass die Risiken vieler rauchbedingter Krankheiten nach dem Rauchstopp rasch sinken, während die bleibenden Stellen helfen könnten, Risiken zu erklären, die länger anhalten. Dieser Zusammenhang ist eine Hypothese. Klar ist aus den Krankheitsdaten: Ein Rauchstopp senkt das Risiko in jedem Alter, und je früher du aufhörst, desto weniger hat sich angesammelt. Wie sich verschiedene Arten von Schäden erholen, zeigt der Zeitverlauf der Rauchschäden.

Was das für Kinder von Rauchenden bedeutet

Eine Metaanalyse von 13 Kohorten mit 6.685 Neugeborenen fand, dass Rauchen in der Schwangerschaft mit Methylierungsunterschieden an über 6.000 Stellen im Blut des Babys verbunden war, manche davon in Genen, die für Erkrankungen relevant sind, die Rauchen der Mutter verursachen kann, etwa Lippen-Kiefer-Gaumenspalten und Asthma. Bei älteren Kindern zeigten dieselben Stellen immer noch Unterschiede. Ob diese Markierungen Gesundheitsprobleme verursachen oder die Belastung nur festhalten, wird noch untersucht.

Der praktische Punkt ist derselbe, den auch der NHS macht: Mit dem Rauchen in der Schwangerschaft aufzuhören schützt dein Baby, und kostenlose Unterstützung bekommst du über deine Hebamme.

Quellen

Joehanes R et al. „Epigenetic signatures of cigarette smoking.“ Circ Cardiovasc Genet, 2016. PubMed · Volltext
Zeilinger S et al. „Tobacco smoking leads to extensive genome-wide changes in DNA methylation.“ PLoS One, 2013. PubMed
Joubert BR et al. „DNA methylation in newborns and maternal smoking in pregnancy: genome-wide consortium meta-analysis.“ Am J Hum Genet, 2016. PubMed

Häufig gestellte Fragen

Kann Rauchen deine DNA dauerhaft verändern?

Karzinogene im Rauch verursachen Mutationen – Veränderungen der DNA-Sequenz –, die sich über Jahre ansammeln können. Methylierungsveränderungen sind etwas anderes: In einer großen Studie kehrten die meisten mit dem Rauchen verbundenen Methylierungsstellen im Blut innerhalb von fünf Jahren nach dem Rauchstopp in Richtung der Werte von Nie-Rauchenden zurück, einige wenige, darunter AHRR, waren aber auch nach 30 Jahren noch verändert.

Betreffen epigenetische Veränderungen durch das Rauchen deine Kinder?

Rauchen in der Schwangerschaft ist mit Methylierungsunterschieden an Tausenden von Stellen im Blut Neugeborener verbunden, und manche sind bei älteren Kindern noch zu sehen. Dass Markierungen über Spermien oder Eizellen weitergegeben werden, ist beim Menschen deutlich weniger belegt. In der Schwangerschaft mit dem Rauchen aufzuhören ist eines der besten Dinge, die du für dein Baby tun kannst, und deine Hebamme kann dich an kostenlose Unterstützung vermitteln.

Wie lange dauert es, bis sich epigenetische Marker nach dem Rauchstopp normalisieren?

In der bisher größten Studie kehrten die meisten mit dem Rauchen verbundenen Stellen im Blut innerhalb von etwa fünf Jahren in Richtung der Werte von Nie-Rauchenden zurück. Eine Minderheit, darunter Stellen in AHRR und F2RL3, hatte sich auch nach 30 Jahren nicht angeglichen.

Lassen sich epigenetische Schäden durch das Rauchen irgendwie rückgängig machen?

Es ist keine Behandlung bekannt, die rauchbedingte Methylierungsveränderungen umkehrt. Der Rauchstopp ist das, was die meisten davon sich erholen lässt, und je früher du aufhörst, desto besser.