Science顛覆傳統認知，揭示基因表達的隨機性
日期：2014-01-10 09:05:03
來自Ludwig癌癥研究所的研究人員揭示了一種現象，其有可能改變人們關于基因組如何表達從而生成及維持哺乳動物生命的一個普遍觀點。這篇發表在《科學》（Science）雜志上的論文，幫助解釋了為何基因相同的動物有時在生物學和外形上會如此的不同，以及為何由共同的一組異常基因引起的一些遺傳疾病在不同個體身上疾病嚴重程度顯示如此大的差異。
“我們捕獲了此前從未描述過的、基因表達水平的固有隨機性——其持續存在于整個發育時期并進入到成年期，”瑞典Ludwig癌癥研究所和Karolinska學院的Rickard Sandberg說。采用Sandberg實驗室開發的一種強有力的新技術分析單細胞中整體的基因表達，從而生成了這一研究發現。
除了性染色體上的一組基因，每個哺乳動物都從它的雙親那里繼承了每個基因的兩個副本，一個來自母體，一個來自父體。這些成對的基因被稱作“等位基因”（allele），并且等位基因與它們的基因組同胞之間往往存在顯著的差異，從而導致了大量的人類和動物多樣性。然而，長期以來并不清楚在所有特定的細胞或生物體中每對等位基因是否均等表達，或是一個等位基因優于另一個。當前的研究發現，在小鼠基因組編碼的所有等位基因中，有12-24%的只表達一個等位基因。此外，細胞之間表達等位基因的選擇隨機變化，在它們的整個生命過程中在兩個選項之間頻繁地切換。
生物學家們通常認為，除了少數的例外——那些性決定基因，所有染色體上的大多數的等位基因都是均等表達。他們也早就知道“印記”基因是一個例外。但這樣的基因只占總數的1%。“我們發現那些并非是印記基因的基因，大約每5對等位基因中就有一對一次只隨機和動態地表達一個等位基因。如果一個等位基因正在表達，而另一個卻不知道。兩者之間就會失去協調，”Sandberg說。
這在某種程度上解釋了為何雙胞胎——幾乎完全相同的基因組的產物——彼此之間會在外貌和疾病傾向上顯示顯著的差異。畢竟，生物是由細胞構成，每個細胞都是表達基因的產物。動態和隨機的等位基因表達導致了一些性狀的差異混雜，甚至是基因完全相同的個體。
這一研究發現對于我們了解諸如神經纖維瘤等一些遺傳性疾病也具有重要的影響。神經纖維瘤是一種以非癌性神經腫瘤全身增殖為特征的疼痛性疾病。共同具有致病突變的人們受這一疾病影響的程度顯示出極大的差異，這是長期以來的一個謎題。等位基因表達的這種固有的隨機性有可能幫助導致了這一疾病以及其他疾病的這些差異。
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