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Nature:重磅!揭示出一种新的沉默印记基因机制

来源:本站原创 2017-07-21 06:24


图片来自Azusa Inoue and Yi Zhang

2017年7月21日/生物谷BIOON/---细胞具有多种手段来控制某些调节胎儿生长和发育的基因。在精子或卵子中关闭这些被称作印记基因(imprinted gene, 也译作印迹基因)的基因的一个拷贝是至关重要的。如果一个拷贝不被关闭,发育障碍和神经障碍就能够产生,或者在生命后期,癌症就可能出现。如今,在一项新的研究中,来自美国波士顿儿童医院、哈佛医学院和哈佛干细胞研究所的研究人员发现细胞让这些印记基因沉默的一种新方法:通过化学手段标记组蛋白。组蛋白有助让DNA在细胞核中紧密缠绕着。相关研究结果于2017年7月19日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Maternal H3K27me3 controls DNA methylation-independent imprinting”。

论文通信作者、波士顿儿童医院霍华德-休斯医学研究所研究员Yi Zhang和同事们报道,对一种被称作H3K27的组蛋白进行修饰能够关闭小鼠中的一些印记基因的活性。Zhang说,这一发现可能解释了通过体外受精等辅助生殖技术生下的小孩往往出现发育障碍。它也可能有助解释很难克隆哺乳动物。

Zhang说,发现一种关闭印记基因的新机制也提出很多煽动性的问题。“我们认为我们的研究将开辟一个新的研究领域。”

在生殖期间,每个人遗传大多数基因的两个工作拷贝(working copy),一个拷贝(或者说等位基因)来自父亲,另一个拷贝来自母亲。然而,对极其少数基因而言,每个人仅遗传一个工作拷贝,另一个拷贝被关闭和永久沉默。Zhang说,这种沉默或印记机制长期以来就是基因调节研究的关注重点。

自从25多年前首次在哺乳动物中报道印记基因以来,科学家们仅知道一种让这些基因保持沉默的一种细胞机制:利用甲基基团“修饰”DNA。如今,Zhang和同事们发现了细胞能够沉默一些印记基因的一种新的方法:给组蛋白添加甲基基团。他们在小鼠中鉴定出76种基因潜在地属于这类发育基因。在此之前,大约有150种印记基因在小鼠中发现,大约有75种印记基因在人体中发现。

科学家们知道印记在进化上是非常古老的,在植物、人类和老虎等多种有机体中存在。雄性和雌性印记基因存在的差异导致两种不同的后代产生尺寸上的差异。

Zhang说,仍然还需开展更多的研究来了解这种印记过程和参与这一过程的基因,但是发现第二种沉默这些基因的一个拷贝的机制突出表明了印记的重要性。第二种沉默机制可能作为一种备份计划进化出来。

印记发生偏差会导致问题。鉴于一种印记基因仅有一个功能性等位基因,如果这种工作拷贝存在缺陷,那么安格尔曼综合征(Angelman syndrome)等发育异常就会发生。此外,当一个人遗传一个印记基因的两个工作拷贝时,贝克威思-威德曼综合征(Beckwith-Wiedemann syndrome)等发育异常也会产生。

在通过辅助生殖技术生下的小孩中,科学家们观察到印记障碍发生率在增加。Zhang说,其中的原因是不清楚的,但是这些技术可能导致印记问题,或者这些印记问题本身就与不孕不育相关联。他认为更好理解印记可能有助科学家们找到降低这些障碍发生的方法。

不当的印记可能也解释了人们试图克隆哺乳动物时遇到的一些难题。印记通常是在生殖细胞前体细胞中被擦除,随后在卵子或精子中进行重写。之前的研究提示着这种擦除和重写阶段出现差错会干扰克隆胚胎的正常发育。

Zhang说,“这种新的印记机制可能最终给治疗这些发育障碍提供一种靶标。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Azusa Inoue, Lan Jiang, Falong Lu et al. Maternal H3K27me3 controls DNA methylation-independent imprinting. Nature, Published online 19 July 2017, doi:10.1038/nature23262

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