search
尋找貓咪~QQ 地點 桃園市桃園區 Taoyuan , Taoyuan

Science:顛覆傳統認知!表觀遺傳修飾可跨代傳遞

圖片來自 MPI of Immunobiology a. Epigenetics/ F. Zenk。

我們並不是我們的基因的總和。飲食、疾病或生活方式等環境線索調節的表觀遺傳機制通過開啟和關閉基因在調節DNA中發揮著重要的作用。長期以來,人們都在爭論在整個一生當中聚集的表觀遺傳修飾是否能夠跨代遺傳。

如今,在一項新的研究中,來自德國馬克斯-普朗克免疫生物學與表觀遺傳學研究所等研究機構的研究人員提供強勁的證據證實不僅遺傳的DNA本身,而且遺傳的表觀遺傳指令,都會調節後代的基因表達。再者,這些新的認識首次描述了這種遺傳信息的生物學結果。這項研究證實母本表觀遺傳記憶是新的一代發育和存活所必不可少的。相關研究結果發表在2017年7月14日的Science期刊上,論文標題為「Germ line–inherited H3K27me3 restricts enhancer function during maternal-to-zygotic transition」。

人體具有250多種不同的細胞類型。這些細胞都具有完全相同的DNA鹼基,但是肝細胞和神經細胞看起來非常不同,具有不同的功能。在其中發揮作用的是一種被稱作表觀遺傳的過程。表觀遺傳修飾對DNA的特定區域添加標記來吸引或阻擋激活基因的蛋白。因此,對每種細胞類型而言,這些表觀遺傳修飾逐步地產生典型的活性DNA和非活性DNA序列模式。再者,與DNA中固定不變的鹼基序列相反的是,表觀遺傳標記也能夠在終生發生變化,並且對環境或生活方式作出反應。比如,吸煙改變肺細胞的表觀遺傳組成,最終導致癌症產生。其他的外部刺激影響,如應激、疾病或飲食,也應當被儲存在細胞的表觀遺傳記憶中。

人們長期認為這些表觀遺傳修飾從不會跨代遺傳。科學家們猜測在一生當中聚集的表觀遺傳記憶在精子和卵子的產生期間被完全清除。就在最近,幾項研究因證實表觀遺傳標記確實能夠跨代傳遞而轟動科學界,但是迄今為止,表觀遺傳標記如何準確地傳遞,以及它們對後代產生什麼影響仍然是未知的。論文通信作者、馬克斯-普朗克免疫生物學與表觀遺傳學研究所染色質調節系研究員Nicola Iovino說,「我們已觀察到自從上世紀九十年代初表觀遺傳學出現以來就存在表觀遺傳信息跨代遺傳的跡象。比如,流行病學研究已揭示出祖父的食物供應和他們的孫子女增加的糖尿病和心血管疾病風險之間存在著顯著的關聯性。自從那時以來,多篇報道已提示著表觀遺傳傳遞存在於不同的有機體中,但是它的分子機制是未知的。」

跨代表觀遺傳傳遞

Iovino和他的團隊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。他們著重關注一種被稱作H3K27me3的表觀遺傳修飾,這種修飾也能夠在人體中發現到。它改變所謂的染色質,並且主要與抑制基因表達相關聯。

Iovino團隊發現在母本卵子中標記染色質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記到它的後代中。但是我們同樣感興趣的是,這些標記是否在胚胎中發揮著重要作用。」

可遺傳的表觀遺傳標記對胚胎形成是較為重要的

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標記的酶,結果發現缺乏H3K27me3的胚胎在早期發育期間不能夠發育到胚胎形成的結束。Iovino說,「結果表明在繁殖中,表觀遺傳信息不僅跨代遺傳,而且對胚胎本身的發育是比較重要的。」

當Iovino團隊更加密切地研究這些胚胎時,他們發現幾種重要的在正常情形下被關閉的發育基因在缺乏H3K27me3的胚胎中處於開啟狀態。Zenk解釋道,「我們猜測在發育期間太早地激活這些基因會破壞胚胎形成,並且最終導致胚胎死亡。事實上,它似乎表明表觀遺傳信息是加工和正確地轉錄胚胎中的遺傳密碼所必需的。」

對人類健康的影響

這些研究人員認為他們的發現具有深遠的影響。Iovino解釋道,「我們的研究表明我們不只是從我們的父母那裡遺傳基因。它似乎表明我們發現的一種重要的可經微調的基因調節機制能夠被我們的環境和個人生活方式所影響。這些認識為至少在一些情形下獲得的環境適應性能夠從生殖細胞系傳遞到我們的後代的觀察結果提供新的基礎。」再者,鑒於破壞表觀遺傳機制可能導致癌症、糖尿病和自身免疫疾病等疾病,這些新的發現可能對人類健康產生重要影響。

參考資料:
Fides Zenk, Eva Loeser, Rosaria Schiavo et al. Germ line–inherited H3K27me3 restricts enhancer function during maternal-to-zygotic transition. Science, 14 Jul 2017, 357(6347):212-216, doi:10.1126/science.aam5339



熱門推薦

本文由 yidianzixun 提供 原文連結

寵物協尋 相信 終究能找到回家的路
寫了7763篇文章,獲得2次喜歡
留言回覆
回覆
精彩推薦