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揭示出一種新的沉默印記基因機(jī)制
點(diǎn)擊次數(shù)：206 發(fā)布時(shí)間：2017/7/21
酶聯(lián)免疫試劑盒-齊一生物
細(xì)胞具有多種手段來控制某些調(diào)節(jié)胎兒生長和發(fā)育的基因。在精子或卵子中關(guān)閉這些被稱作印記基因（imprinted gene, 也譯作印跡基因）的基因的一個(gè)拷貝是至關(guān)重要的。如果一個(gè)拷貝不被關(guān)閉，發(fā)育障礙和神經(jīng)障礙就能夠產(chǎn)生，或者在生命后期，癌癥就可能出現(xiàn)。如今，在一項(xiàng)新的研究中，來自美國波士頓兒童醫(yī)院、哈佛醫(yī)學(xué)院和哈佛干細(xì)胞研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)胞讓這些印記基因沉默的一種新方法：通過化學(xué)手段標(biāo)記組蛋白。組蛋白有助讓DNA在細(xì)胞核中緊密纏繞著。相關(guān)研究結(jié)果于2017年7月19日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Maternal H3K27me3 controls DNA methylation-independent imprinting”。
論文通信作者、波士頓兒童醫(yī)院霍華德-休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員Yi Zhang和同事們報(bào)道，對一種被稱作H3K27的組蛋白進(jìn)行修飾能夠關(guān)閉小鼠中的一些印記基因的活性。Zhang說，這一發(fā)現(xiàn)可能解釋了通過體外受精等輔助生殖技術(shù)生下的小孩往往出現(xiàn)發(fā)育障礙。它也可能有助解釋很難克隆哺乳動物。Zhang說，發(fā)現(xiàn)一種關(guān)閉印記基因的新機(jī)制也提出很多煽動性的問題。“我們認(rèn)為我們的研究將開辟一個(gè)新的研究領(lǐng)域。”
在生殖期間，每個(gè)人遺傳大多數(shù)基因的兩個(gè)工作拷貝（working copy），一個(gè)拷貝（或者說等位基因）來自父親，另一個(gè)拷貝來自母親。然而，對極其少數(shù)基因而言，每個(gè)人僅遺傳一個(gè)工作拷貝，另一個(gè)拷貝被關(guān)閉和永久沉默。Zhang說，這種沉默或印記機(jī)制長期以來就是基因調(diào)節(jié)研究的關(guān)注重點(diǎn)。
自從25多年前首次在哺乳動物中報(bào)道印記基因以來，科學(xué)家們僅知道一種讓這些基因保持沉默的一種細(xì)胞機(jī)制：利用甲基基團(tuán)“修飾”DNA。如今，Zhang和同事們發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞能夠沉默一些印記基因的一種新的方法：給組蛋白添加甲基基團(tuán)。他們在小鼠中鑒定出76種基因潛在地屬于這類發(fā)育基因。在此之前，大約有150種印記基因在小鼠中發(fā)現(xiàn)，大約有75種印記基因在人體中發(fā)現(xiàn)。
科學(xué)家們知道印記在進(jìn)化上是非常古老的，在植物、人類和老虎等多種有機(jī)體中存在。雄性和雌性印記基因存在的差異導(dǎo)致兩種不同的后代產(chǎn)生尺寸上的差異。
Zhang說，仍然還需開展更多的研究來了解這種印記過程和參與這一過程的基因，但是發(fā)現(xiàn)第二種沉默這些基因的一個(gè)拷貝的機(jī)制突出表明了印記的重要性。第二種沉默機(jī)制可能作為一種備份計(jì)劃進(jìn)化出來。
印記發(fā)生偏差會導(dǎo)致問題。鑒于一種印記基因僅有一個(gè)功能性等位基因，如果這種工作拷貝存在缺陷，那么安格爾曼綜合征（Angelman syndrome）等發(fā)育異常就會發(fā)生。此外，當(dāng)一個(gè)人遺傳一個(gè)印記基因的兩個(gè)工作拷貝時(shí)，貝克威思-威德曼綜合征（Beckwith-Wiedemann syndrome）等發(fā)育異常也會產(chǎn)生。
在通過輔助生殖技術(shù)生下的小孩中，科學(xué)家們觀察到印記障礙發(fā)生率在增加。Zhang說，其中的原因是不清楚的，但是這些技術(shù)可能導(dǎo)致印記問題，或者這些印記問題本身就與不孕不育相關(guān)聯(lián)。他認(rèn)為更好理解印記可能有助科學(xué)家們找到降低這些障礙發(fā)生的方法。
不當(dāng)?shù)挠∮浛赡芤步忉屃巳藗冊噲D克隆哺乳動物時(shí)遇到的一些難題。印記通常是在生殖細(xì)胞前體細(xì)胞中被擦除，隨后在卵子或精子中進(jìn)行重寫。之前的研究提示著這種擦除和重寫階段出現(xiàn)差錯(cuò)會干擾克隆胚胎的正常發(fā)育。
