名校學(xué)者Nature第一次證明DNA標(biāo)記決定命運(yùn)

日期：2012-09-18 07:57:45

來(lái)自著名的約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員第一次證明了蜜蜂復(fù)雜反復(fù)的行為模式，與基因上可逆化學(xué)標(biāo)記有關(guān)，研究人員認(rèn)為這也可以延伸到其它動(dòng)物上。

研究人員表示，這項(xiàng)公布在9月16日Nature Neuroscience雜志上的最新發(fā)現(xiàn)，最重要的意義在于第一次證明了DNA甲基化標(biāo)記與生物體的行為這一層面有關(guān)，而且更值得關(guān)注的是，這種行為及其相應(yīng)的分子變化是可逆的，這對(duì)人體健康具有重要的意義。

據(jù)約霍普金斯大學(xué)基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)表觀遺傳學(xué)中心的主任，分子醫(yī)學(xué)教授Andy Feinberg介紹，基因上的DNA甲基化一直以來(lái)，都被認(rèn)為在調(diào)控基因活性方面扮演了重要角色，這些調(diào)控能改變生物系統(tǒng)，比如干細(xì)胞或者癌細(xì)胞生長(zhǎng)的命運(yùn)。

Feinberg等人對(duì)于表觀遺傳學(xué)如何影響行為產(chǎn)生了興趣，因此他和他的團(tuán)隊(duì)分析了動(dòng)物行為經(jīng)驗(yàn)證模型：蜜蜂。

他們與蜜蜂專(zhuān)家Gro Amdam博士（Amdam博士同屬于美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)以及挪威生命科學(xué)大學(xué)）合作，發(fā)現(xiàn)具有相同基因序列的蜜蜂，如果DNA甲基化模式存在顯著差異，就會(huì)出現(xiàn)完全不同的行為模式。

研究人員采用了一種能一次分析整個(gè)基因組的新方法，利用這種稱(chēng)為CHARM（comprehensive high-throughput arrays for relative methylation，相對(duì)甲基化綜合高通量陣列）的方法，研究小組分析了兩個(gè)不同分工的工蜂大腦中的DNA甲基化定位，所有工蜂都是雌蜂，在一定范圍內(nèi)都應(yīng)該是相同基因的姐妹。然而，它們卻都做著不同樣的事情，有的是照顧幼蜂，有的是收集食物。

照顧幼蜂的一般都比較小，留在蜂巢照顧女王和她的幼蟲(chóng)。當(dāng)它們長(zhǎng)大了，就要離開(kāi)蜂巢出外覓食，收集花粉和其他物資，構(gòu)建蜂巢?！盎虮旧聿粫?huì)告訴我們什么導(dǎo)致了兩種類(lèi)型的行為，”Feinberg 說(shuō)，“但是表觀遺傳學(xué)會(huì)”。

Feinberg和Amdam對(duì)新蜂巢中相同年齡階段的蜜蜂開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)檠芯堪l(fā)現(xiàn)的差異可能歸因于年齡的差異。 “當(dāng)年幼，差不多年齡的蜜蜂進(jìn)入一個(gè)新的蜂房，它們就會(huì)分配任務(wù)，成為看護(hù)，或出外覓食，”Amdam解釋說(shuō)。

研究人員分析了21個(gè)看護(hù)，以及21個(gè)覓食的蜜蜂大腦中DNA甲基化模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在這兩種類(lèi)型的蜜蜂中，155個(gè)DNA區(qū)域出現(xiàn)了不同的標(biāo)記模式，與這些甲基化差異有關(guān)的大多數(shù)基因，都是已知會(huì)影響其他基因狀態(tài)的基因，”Feinberg說(shuō)：”沒(méi)有這些標(biāo)記的基因，就像是沒(méi)有紅綠燈的道路，造成交通堵塞。”

研究人員一旦知道這種差異的存在，就進(jìn)行了下一個(gè)步驟分析——看看這些差異是否是永久性的?！爱?dāng)有看護(hù)減少，就會(huì)有負(fù)責(zé)覓食的工蜂補(bǔ)充，回到它們?cè)瓉?lái)的工作崗位，”Amdam說(shuō)。

研究人員希望利用這一方法分析覓食蜜蜂是否會(huì)保持它們的覓食時(shí)加入的遺傳標(biāo)記，因此他們移去了蜂巢中所有的看護(hù)，觀察幾個(gè)星期后，蜂巢如何恢復(fù)平衡。

這樣研究人員又檢測(cè)了DNA甲基化模式的差異，分析保持覓食和成為看護(hù)后的覓食工蜂的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了107個(gè)DNA區(qū)域表現(xiàn)出了不同，這表明表觀遺傳標(biāo)記并不是不可逆，永久性的，這與蜜蜂的行為密切相關(guān)。

Feinberg指出，令人感到戲劇性的是，這些區(qū)域的一半以上也都出現(xiàn)在了當(dāng)看護(hù)變成覓食工蜂的大腦中，這57個(gè)區(qū)域可能就是看護(hù)和覓食的關(guān)鍵區(qū)域，Amdam說(shuō)。

研究人員表示，希望他們的結(jié)果可能揭示復(fù)雜的行為問(wèn)題，譬如人類(lèi)的學(xué)習(xí)，記憶，應(yīng)激反應(yīng)和情緒障礙，所有涉及遺傳和表觀遺傳元件之間關(guān)聯(lián)的行為。人的遺傳序列受到表觀遺傳標(biāo)記的影響，這表明外部條件可能會(huì)造成穩(wěn)定的，但也可逆的行為模式。