Nature：科学家成功解析人类表观遗传学修饰的特殊语言

表观遗传学改变在癌症、代谢性疾病和年龄相关疾病的发生过程中扮演着重要角色，但在机体适应力丧失的过程中其或许也发挥着重要作用，因为其会导致受影响细胞中的遗传物质被错误解释。

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Decoding chromatin states by proteomic profiling of nucleosome readers”的研究报告中，来自德国亥姆霍兹慕尼黑中心等机构的科学家们通过研究，提供了复杂表观遗传学修饰特征调节基因组机制的新见解，相关研究或为开发新型疗治疗方法铺平了道路。

我们的机体是由数百种不同的细胞类型组成，每种细胞都有其独特的形状和功能，如何构建生物体的信息则储存于机体的DNA中。然而，尽管我们所有的细胞都共享着相同的DNA，但其并不会都以相同的方式来读取DNA。比如，肝细胞或脑细胞就知道该遵循哪条指令，为了使这一点成为可能，细胞就会使用小的化学标签，即所谓的表观遗传学修饰，其就好像旗子一样能告诉每个细胞使用DNA的哪些部分以及忽略哪些部分。这看似简单，而表观遗传学调节机制要复杂得多，因为有许多不同的修饰能直接吸附到DNA上或者所谓的组蛋白上，组蛋白是一种包裹DNA的小型蛋白，因此其就可以包裹遗传物质。

根据组蛋白或DNA的化学修饰方式的不同，其就能对DNA产生不同的影响从而控制基因的活性。总的来讲，表观遗传学修饰形成了科学家们所说的表观遗传学代码，其允许细胞根据特定的需求来开启或关闭基因的表达。

然而，对于科学家们而言，这些表观遗传学修饰如何协同作用仍然是一大迷题，为了阐明这种表观遗传学代码如何发挥作用，这项研究中，研究人员理解了DNA和表观遗传学机制之间复杂的相互作用，而这或许是研究人员进行开创性研究向前迈出的重要一步。

科学家成功解析人类表观遗传学修饰的特殊语言

图片来源：Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07141-5

为了破译这些表观遗传学代码，研究者Till Bartke及其同事开发了一种创新性的方法来分析不同的表观遗传学修饰组合是如何发挥作用的，他们在检测管中重建了很多这些修饰，并且进行实验来研究其如何与细胞中的蛋白质相互作用，研究人员利用了复杂生物化学和质谱方法的组合。

Andrey Tvardovskiy博士表示，表观遗传学修饰通常会与所谓的表观遗传修饰阅读蛋白作用，这种阅读蛋白能识别并促进其下游效应。因此，揭示表观遗传学阅读器如何识别这些复杂的修饰特征，或许就是理解我们的基因组功能以及其失调后如何引起人类疾病的关键。研究人员首次在我们的细胞中观察到了这些不同的修饰组合是如何被蛋白机器所阅读和翻译的。

利用新开发的人工智能方法，下一步研究人员将会着手研究解析表观遗传学修饰的语言，他们发现，表观遗传学代码中的一些组分会产生很大的影响，尤其是在控制基因激活的DNA片段上，而其它则影响较小。通过将这些信息整合在一起，研究人员就能设法成功提取出多项基本规则来解释我们的遗传物质是如何在细胞中被组合的控制的。

这项研究与多个研究领域的高度相关，并有望促进科学家们取得新的研究发现，为了确保相关发现能尽可能地被广泛使用，研究人员建立了一个名为“染色质状态的调节修饰图谱”（Modification Atlas of Regulation by Chromatin States）的网站，该网站提供了一种直观的交互式再现资源来深入解读其研究发现。

由于表观遗传学修饰在我们机体的一切活动中都发挥着至关重要的角色，当修饰被放错位置或误读时，通常情况下就会导致癌症、发育性疾病和精神残疾等疾病的发生。但表观遗传学改变也会在一生中进行积累，这就会导致诸如糖尿病等疾病的发生，以及衰老所产生的有害影响。

综上，本文研究结果表明，通过理解表观遗传学修饰如何发挥作用以及疾病中所出现的问题，目前研究人员旨在开发新型疗法来治疗这些人类疾病，并解决适应不断改变的环境的问题。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Lukauskas, S., Tvardovskiy, A., Nguyen, N.V. et al. Decoding chromatin states by proteomic profiling of nucleosome readers. Nature (2024). doi：10.1038/s41586-024-07141-5