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揭示出一種新的沉默印記基因機制
點擊次數：208 發布時間：2017/7/21
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細胞具有多種手段來控制某些調節胎兒生長和發育的基因。在精子或卵子中關閉這些被稱作印記基因（imprinted gene, 也譯作印跡基因）的基因的一個拷貝是至關重要的。如果一個拷貝不被關閉，發育障礙和神經障礙就能夠產生，或者在生命后期，癌癥就可能出現。如今，在一項新的研究中，來自美國波士頓兒童醫院、哈佛醫學院和哈佛干細胞研究所的研究人員發現細胞讓這些印記基因沉默的一種新方法：通過化學手段標記組蛋白。組蛋白有助讓DNA在細胞核中緊密纏繞著。相關研究結果于2017年7月19日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Maternal H3K27me3 controls DNA methylation-independent imprinting”。
論文通信作者、波士頓兒童醫院霍華德-休斯醫學研究所研究員Yi Zhang和同事們報道，對一種被稱作H3K27的組蛋白進行修飾能夠關閉小鼠中的一些印記基因的活性。Zhang說，這一發現可能解釋了通過體外受精等輔助生殖技術生下的小孩往往出現發育障礙。它也可能有助解釋很難克隆哺乳動物。Zhang說，發現一種關閉印記基因的新機制也提出很多煽動性的問題。“我們認為我們的研究將開辟一個新的研究領域。”
在生殖期間，每個人遺傳大多數基因的兩個工作拷貝（working copy），一個拷貝（或者說等位基因）來自父親，另一個拷貝來自母親。然而，對極其少數基因而言，每個人僅遺傳一個工作拷貝，另一個拷貝被關閉和永久沉默。Zhang說，這種沉默或印記機制長期以來就是基因調節研究的關注重點。
自從25多年前首次在哺乳動物中報道印記基因以來，科學家們僅知道一種讓這些基因保持沉默的一種細胞機制：利用甲基基團“修飾”DNA。如今，Zhang和同事們發現了細胞能夠沉默一些印記基因的一種新的方法：給組蛋白添加甲基基團。他們在小鼠中鑒定出76種基因潛在地屬于這類發育基因。在此之前，大約有150種印記基因在小鼠中發現，大約有75種印記基因在人體中發現。
科學家們知道印記在進化上是非常古老的，在植物、人類和老虎等多種有機體中存在。雄性和雌性印記基因存在的差異導致兩種不同的后代產生尺寸上的差異。
Zhang說，仍然還需開展更多的研究來了解這種印記過程和參與這一過程的基因，但是發現第二種沉默這些基因的一個拷貝的機制突出表明了印記的重要性。第二種沉默機制可能作為一種備份計劃進化出來。
印記發生偏差會導致問題。鑒于一種印記基因僅有一個功能性等位基因，如果這種工作拷貝存在缺陷，那么安格爾曼綜合征（Angelman syndrome）等發育異常就會發生。此外，當一個人遺傳一個印記基因的兩個工作拷貝時，貝克威思-威德曼綜合征（Beckwith-Wiedemann syndrome）等發育異常也會產生。
在通過輔助生殖技術生下的小孩中，科學家們觀察到印記障礙發生率在增加。Zhang說，其中的原因是不清楚的，但是這些技術可能導致印記問題，或者這些印記問題本身就與不孕不育相關聯。他認為更好理解印記可能有助科學家們找到降低這些障礙發生的方法。
不當的印記可能也解釋了人們試圖克隆哺乳動物時遇到的一些難題。印記通常是在生殖細胞前體細胞中被擦除，隨后在卵子或精子中進行重寫。之前的研究提示著這種擦除和重寫階段出現差錯會干擾克隆胚胎的正常發育。
