Science解答表觀遺傳重要謎題

日期：2013-01-28 09:03:16

發表在最新一期（1月25日）《科學》（Science）雜志上的一項新研究，揭示了如何能夠將父母的經歷傳遞至后代基因中的一個潛在途徑。

表觀遺傳（Epigenetics）是指DNA序列不發生改變，但基因表達卻發生可遺傳改變的一種重要機制。通過將表觀遺傳標記添加到DNA上，細胞被告知是利用還是忽視某個特異的基因。

最常見的一種表觀遺傳標記就是甲基基團。當通過一個稱作甲基化的過程將這些基團固定到DNA上時，它們會阻止通常開啟基因的蛋白質結合DNA。由此，導致基因關閉。

對于表觀遺傳信息傳遞（epigenetic inheritance），現在科學家們已經進行了證明，他們觀察到后代有可能遺傳父母過往經歷導致的性狀改變。例如，歷史饑荒事件可對曾經限制飲食的個體的孩子和孫輩造成健康影響，這或許是因為限制飲食導致的表觀遺傳標記改變遺傳給了后代。

然而，有研究者認為每代之間原始生殖細胞(PGC)中的表觀遺傳標記會被清除。這種“重編程”使得每個新人的所有基因得以重新閱讀，這讓科學家們不禁質疑表觀遺傳信息傳遞是如何發生的。

在這項新研究中，劍橋大學的研究人員最初揭示了PGCs中DNA甲基化標記被清除的機制，在過去的10年里一直在對這一問題展開激烈的探討。隨著細胞，分裂甲基化標記會轉變為羥甲基化標記，然后逐漸稀釋。這一過程非常的有效，似乎重新設置了每一代的基因。人們可以利用對表觀遺傳重設機制的了解，來應對如癌癥等與異常表觀遺傳標記累積相關的成人疾病，或是讓衰老細胞“恢復青春”。

此外，研究人員還發現了一些罕見的甲基化可以“逃避”這一重編程過程，因此能夠傳遞給后代，從而揭示了表觀遺傳發生的機制。這具有重要的意義，因為在一生中，作為對化學接觸或是營養物等環境因子的響應，一些基因可能會累積異常的甲基化，這可以引起基因異常，導致疾病。如果將這些標記遺傳給后代，他們的基因也可能會受到影響。

該研究的領導者、劍橋大學Jamie Hackett博士說：“我們的研究揭示了一些基因是如何能夠保留關于過去經歷的一些記憶的，表明對于兩代之間表觀遺傳信息的清除機制——這一表觀遺傳理論中的重大障礙應該進行重新評估。”

“看起來，盡管原始生殖細胞能夠非常有效地清除大部分的甲基化標記，但它們也會以較低的頻率犯錯誤，這使得一些表觀遺傳信息得以傳遞至下一代。表觀遺傳信息的差異遺傳有可能造成兒女及未來的后代子孫性狀改變或是疾病易感性。”

“然而，目前尚不清楚表觀遺傳信息傳遞對于人類的影響。開展更進一步的研究，應該可以讓我們更清楚地了解源自表觀遺傳信息傳遞的可遺傳性狀的程度。這有可能對未來數代產生深遠的影響。”

主要研究人員、劍橋大學Azim Surani教授說：“新研究有潛力通過兩種不同的途徑進行探討。首先，該研究工作提供了關于異常表觀遺傳標記清除機制的信息。這些異常標記可能是某些成人疾病的基礎。第二，新研究為我們提供了一些機遇，解析是否通過環境或飲食對于父母造成影響，可以獲得一些新的表觀遺傳標記，這些標記或許能逃避清除并傳遞給下一代，并造成潛在的不良后果。”