顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知！表觀遺傳修飾可跨代傳遞

如今，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自德國(guó)馬克斯-普朗克免疫生物學(xué)與表觀遺傳學(xué)研究所等研究機(jī)構(gòu)的研究人員提供強(qiáng)勁的證據(jù)證實(shí)不僅遺傳的DNA本身，而且遺傳的表觀遺傳指令，都會(huì)調(diào)節(jié)后代的基因表達(dá)。再者，這些新的認(rèn)識(shí)首次描述了這種遺傳信息的生物學(xué)結(jié)果。這項(xiàng)研究證實(shí)母本表觀遺傳記憶是新的一代發(fā)育和存活所必不可少的。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年7月14日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Germ line–inherited H3K27me3 restricts enhancer function during maternal-to-zygotic transition”。

 

人體具有250多種不同的細(xì)胞類(lèi)型。這些細(xì)胞都具有完全相同的DNA堿基，但是肝細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞看起來(lái)非常不同，具有不同的功能。在其中發(fā)揮作用的是一種被稱(chēng)作表觀遺傳的過(guò)程。表觀遺傳修飾對(duì)DNA的特定區(qū)域添加標(biāo)記來(lái)吸引或阻擋激活基因的蛋白。因此，對(duì)每種細(xì)胞類(lèi)型而言，這些表觀遺傳修飾逐步地產(chǎn)生典型的活性DNA和非活性DNA序列模式。再者，與DNA中固定不變的堿基序列相反的是，表觀遺傳標(biāo)記也能夠在終生發(fā)生變化，并且對(duì)環(huán)境或生活方式作出反應(yīng)。比如，吸煙改變肺細(xì)胞的表觀遺傳組成，最終導(dǎo)致癌癥產(chǎn)生。其他的外部刺激影響，如應(yīng)激、疾病或飲食，也應(yīng)當(dāng)被儲(chǔ)存在細(xì)胞的表觀遺傳記憶中。

 

人們長(zhǎng)期認(rèn)為這些表觀遺傳修飾從不會(huì)跨代遺傳。科學(xué)家們猜測(cè)在一生當(dāng)中聚集的表觀遺傳記憶在精子和卵子的產(chǎn)生期間被完全清除。就在最近，幾項(xiàng)研究因證實(shí)表觀遺傳標(biāo)記確實(shí)能夠跨代傳遞而轟動(dòng)科學(xué)界，但是迄今為止，表觀遺傳標(biāo)記如何準(zhǔn)確地傳遞，以及它們對(duì)后代產(chǎn)生什么影響仍然是未知的。論文通信作者、馬克斯-普朗克免疫生物學(xué)與表觀遺傳學(xué)研究所染色質(zhì)調(diào)節(jié)系研究員Nicola Iovino說(shuō)，“我們已觀察到自從上世紀(jì)九十年代初表觀遺傳學(xué)出現(xiàn)以來(lái)就存在表觀遺傳信息跨代遺傳的跡象。比如，流行病學(xué)研究已揭示出祖父的食物供應(yīng)和他們的孫子女增加的糖尿病和心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)之間存在著顯著的關(guān)聯(lián)性。自從那時(shí)以來(lái)，多篇報(bào)道已提示著表觀遺傳傳遞存在于不同的有機(jī)體中，但是它的分子機(jī)制是未知的。”

 

 

Iovino和他的團(tuán)隊(duì)利用果蠅探究了表觀遺傳修飾如何從母本傳遞到它的胚胎中。他們著重關(guān)注一種被稱(chēng)作H3K27me3的表觀遺傳修飾，這種修飾也能夠在人體中發(fā)現(xiàn)到。它改變所謂的染色質(zhì)，并且主要與抑制基因表達(dá)相關(guān)聯(lián)。

 

Iovino團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在母本卵子中標(biāo)記染色質(zhì)DNA的H3K27me3修飾在受精后的胚胎中仍然存在，即便其他的表觀遺傳標(biāo)記被擦除，也是如此。論文第一作者Fides Zenk解釋道，“這表明母本傳遞它的表觀遺傳標(biāo)記到它的后代中。但是我們同樣感興趣的是，這些標(biāo)記是否在胚胎中發(fā)揮著重要作用。”

 

 

因此，這些研究人員在果蠅中利用多種遺傳工具移除添加H3K27me3標(biāo)記的酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺乏H3K27me3的胚胎在早期發(fā)育期間不能夠發(fā)育到胚胎形成的結(jié)束。Iovino說(shuō)，“結(jié)果表明在繁殖中，表觀遺傳信息不僅跨代遺傳，而且對(duì)胚胎本身的發(fā)育是比較重要的。”

 

當(dāng)Iovino團(tuán)隊(duì)更加密切地研究這些胚胎時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)幾種重要的在正常情形下被關(guān)閉的發(fā)育基因在缺乏H3K27me3的胚胎中處于開(kāi)啟狀態(tài)。Zenk解釋道，“我們猜測(cè)在發(fā)育期間太早地激活這些基因會(huì)破壞胚胎形成，并且最終導(dǎo)致胚胎死亡。事實(shí)上，它似乎表明表觀遺傳信息是加工和正確地轉(zhuǎn)錄胚胎中的遺傳密碼所必需的。”

 

 

這些研究人員認(rèn)為他們的發(fā)現(xiàn)具有深遠(yuǎn)的影響。Iovino解釋道，“我們的研究表明我們不只是從我們的父母那里遺傳基因。它似乎表明我們發(fā)現(xiàn)的一種重要的可經(jīng)微調(diào)的基因調(diào)節(jié)機(jī)制能夠被我們的環(huán)境和個(gè)人生活方式所影響。這些認(rèn)識(shí)為至少在一些情形下獲得的環(huán)境適應(yīng)性能夠從生殖細(xì)胞系傳遞到我們的后代的觀察結(jié)果提供新的基礎(chǔ)。”再者，鑒于破壞表觀遺傳機(jī)制可能導(dǎo)致癌癥、糖尿病和自身免疫疾病等疾病，這些新的發(fā)現(xiàn)可能對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生重要影響。