Cell揭示表觀遺傳“記憶”的傳遞機(jī)制
日期：2016-03-30 10:22:06
按照表觀遺傳學(xué)，我們的生活經(jīng)歷可以傳遞給我們的孩子和孫子。一些針對(duì)創(chuàng)傷事件幸存者的研究表明，承受壓力也許確實(shí)會(huì)對(duì)后代造成持續(xù)的影響。
例如，來自上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一項(xiàng)研究證實(shí)，相比于無壓力的小鼠，心理性應(yīng)激狀態(tài)下的小鼠爸爸所生的后代更有可能出現(xiàn)高血糖。研究人員將這種差異與遭受壓力的父親精子中發(fā)生的一種表觀遺傳改變聯(lián)系起來——他們可以通過阻斷父親的應(yīng)激激素來阻止這種改變。研究論文發(fā)表在2016年2月的Cell Metabolism雜志上。
2013年，一項(xiàng)爭(zhēng)議性的小鼠研究報(bào)告稱，某些恐懼可數(shù)代遺傳。作者們認(rèn)為類似的現(xiàn)象有可能會(huì)影響人類的焦慮和成癮性。這項(xiàng)研究發(fā)表在Nature Neuroscience雜志上。
2014年的一項(xiàng)小鼠研究也證實(shí)如果一名孕婦營(yíng)養(yǎng)不良，由于所謂的“表觀遺傳”效應(yīng)，她的孩子罹患肥胖癥和2型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)要高于一般人。妊娠期的這種營(yíng)養(yǎng)“記憶”還可通過雄性后代的精子傳遞給下一代，提高她們孫輩的疾病風(fēng)險(xiǎn)。
但這些遺傳“記憶”究竟是如何傳遞下去的呢？特拉維夫大學(xué)的一項(xiàng)最新研究明確地描述出了，開啟和關(guān)閉環(huán)境影響遺傳的精確機(jī)制。由生命科學(xué)學(xué)院和Sagol神經(jīng)科學(xué)學(xué)院的Oded Rechavi博士及他的研究小組領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)研究發(fā)布在上周的《細(xì)胞》（Cell）雜志上，揭示出了決定哪些表觀遺傳反應(yīng)將會(huì)遺傳以及遺傳持續(xù)時(shí)間的一些規(guī)律。
Rechavi博士說：“直到現(xiàn)在，人們都一直認(rèn)為被動(dòng)稀釋或衰減支配了表觀遺傳反應(yīng)的遺傳。但我們證實(shí)是一個(gè)主動(dòng)的過程調(diào)控了表觀遺傳世代向下傳遞。”
將壓力從一代傳至下一代
研究人員一直專注于研究，壓力、創(chuàng)傷和其他環(huán)境暴露的效應(yīng)是如何多年來從一代傳至下一代的。小RNA分子——調(diào)控基因表達(dá)的短RNA序列——是參與介導(dǎo)這種遺傳的關(guān)鍵因子之一。在以往的研究中，Rechavi博士和他的研究小組曾發(fā)現(xiàn)了響應(yīng)特定細(xì)胞的需求生成RNA分子的一種“小RNA遺傳”機(jī)制，以及它們?cè)跀?shù)代之間是如何受到調(diào)控的。
Rechavi說：“我們以往證實(shí)，在父母經(jīng)歷饑餓和病毒感染后線蟲會(huì)繼承一些小分子。這些小分子幫助后代為相似的困難做好了準(zhǔn)備。我們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)跨代放大可遺傳小RNAs的機(jī)制，因此這一反應(yīng)未被稀釋。我們發(fā)現(xiàn)RdRPs酶是再度生成新的小RNAs在后代中維持這種反應(yīng)的必要條件。”
在線蟲中，大多數(shù)可遺傳的表觀遺傳反應(yīng)都只會(huì)持續(xù)數(shù)代。這促成了一種假設(shè)：表觀遺傳效應(yīng)只會(huì)隨著時(shí)間的推移，通過一種稀釋或衰減的過程“逐漸消失”。
Rechavi博士說：“但這種假設(shè)忽視了一種可能：這一過程并不只是簡(jiǎn)單地逐漸消失，而是受到了調(diào)控。”在這項(xiàng)研究中，Rechavi用一些靶向綠色熒光蛋白（GFP，試驗(yàn)中常用的報(bào)告基因）的小RNAs處理了線蟲。“通過追蹤調(diào)控GFP——‘沉默’GFP表達(dá)的可遺傳小RNAs，我們揭示出了可以‘開啟’或‘關(guān)閉’的一個(gè)主動(dòng)的、可調(diào)的遺傳機(jī)制。”
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，他們命名為“MOTEK”的特異基因參與開啟和關(guān)閉了表觀遺傳傳遞。
Rechavi博士說：“我們發(fā)現(xiàn)了在線蟲中通過‘開啟’和‘關(guān)閉’線蟲利用來調(diào)控基因的小RNAs，操控表觀遺傳跨代持續(xù)時(shí)間的方法。基因調(diào)控的可遺傳小RNAs之間的反饋互作控制了這些開關(guān)。MOTEK基因是跨代生成和傳遞這些小RNAs的必要條件。”
“這一反饋決定了表觀遺傳記憶是否將繼續(xù)傳給后代，以及每種表觀遺傳反應(yīng)將持續(xù)的時(shí)間。”
全面的遺傳理論？
盡管他們的研究是在線蟲中完成，該研究小組相信了解控制表觀遺傳信息遺傳的原理，對(duì)構(gòu)建包括人類在內(nèi)所有生物的全面遺傳理論至關(guān)重要。
論文的第一作者、Rechavi博士實(shí)驗(yàn)室博士生Leah Houri-Zeevi說：“我們正計(jì)劃研究MOTEK基因，以了解這些基因影響表觀遺傳效應(yīng)持續(xù)時(shí)間的確切機(jī)制。并且，我們正計(jì)劃探究人類是否存在相似的機(jī)制。”
