單細胞分析解釋印記相關疾病
日期：2016-04-06 09:29:13
眾所周知，人體中的每個細胞都有兩套基因組，一套來自母親，一套來自父親。然而，研究人員目前仍不清楚每套基因組的具體表達情況。為此，美國賓夕法尼亞大學的研究人員開發出一種新技術，并用它來研究罕見病。這項成果于近日發表在《Genes & Development》上。
對于大多數基因，人們都遺傳了兩個拷貝，分別來自父親和母親。不過，在基因組印記發生時，后代只遺傳了一個有用的拷貝。卵子或精子形成過程中添加的甲基控制了基因的表達，使得DNA不轉錄成RNA，進而翻譯成蛋白質。
少數基因受到印記的影響，但卻對正常發育很關鍵。在正常情況下，只有母本或父本的染色體上的印記基因打開，但不會同時打開。若兩條染色體上的基因都打開或都關閉，則意味著疾病發生。異常表達可能與基因突變有關，也可能是甲基化發生了錯誤。
基因組印記引起的疾病是十分罕見的。研究人員此次研究了兩種：Russell-Silver綜合征和Beckwith-Wiedemann綜合征。Russell-Silver綜合征的癥狀為身材矮小，肢體或面部不對稱。這種疾病與H19和IGF2兩個基因的甲基化不足有關。Beckwith-Wiedemann綜合征則是一種先天過度生長的疾病，其特征為兒童期癌癥風險增加，以及出生體重超標等。
研究小組以小鼠為模型，比較了正常小鼠和Russell-Silver綜合征小鼠的基因組。在細胞群體水平，Russell-Silver小鼠表達母本和父本的H19。之后，他們利用一種分子探針來檢測母本和父本之間RNA的單核苷酸變化。這種方法測定了單細胞中特異的變異表達。他們發現，對于Russell-Silver綜合征小鼠，一些細胞有著母本和父本的RNA（異常），而另一些細胞只有母本RNA（正常）。
在Russell-Silver小鼠中，所有細胞都有著相同的遺傳變化，但并非所有細胞都有著相同的DNA甲基化模式，這解釋了基因表達的鑲嵌結構。兩個突變細胞亞群在各自基因組的印記控制區域表現出不同的甲基化模式。只表達母本H19的細胞有著正確的DNA甲基化模式，而表達母本和父本H19的細胞表現出H19 DNA甲基化的損失。重要的是，他們在小鼠心臟組織中也觀察到這兩個亞群，表明整個小鼠都存在同樣的缺陷。
研究人員表示，這是第一次在單細胞水平證明了表觀遺傳嵌合體的存在。研究結果表明，印記疾病可能表現出驚人的單細胞異質性，而這種異質性可能解釋了表觀遺傳嵌合體的存在。
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