Cell揭示表觀遺傳“記憶”的傳遞機制
日期:2016-03-30 10:22:06
按照表觀遺傳學,我們的生活經歷可以傳遞給我們的孩子和孫子。一些針對創傷事件幸存者的研究表明,承受壓力也許確實會對后代造成持續的影響。
例如,來自上海交通大學醫學院的一項研究證實,相比于無壓力的小鼠,心理性應激狀態下的小鼠爸爸所生的后代更有可能出現高血糖。研究人員將這種差異與遭受壓力的父親精子中發生的一種表觀遺傳改變聯系起來——他們可以通過阻斷父親的應激激素來阻止這種改變。研究論文發表在2016年2月的Cell Metabolism雜志上。
2013年,一項爭議性的小鼠研究報告稱,某些恐懼可數代遺傳。作者們認為類似的現象有可能會影響人類的焦慮和成癮性。這項研究發表在Nature Neuroscience雜志上。
2014年的一項小鼠研究也證實如果一名孕婦營養不良,由于所謂的“表觀遺傳”效應,她的孩子罹患肥胖癥和2型糖尿病的風險要高于一般人。妊娠期的這種營養“記憶”還可通過雄性后代的精子傳遞給下一代,提高她們孫輩的疾病風險。
但這些遺傳“記憶”究竟是如何傳遞下去的呢?特拉維夫大學的一項最新研究明確地描述出了,開啟和關閉環境影響遺傳的精確機制。由生命科學學院和Sagol神經科學學院的Oded Rechavi博士及他的研究小組領導的這項研究發布在上周的《細胞》(Cell)雜志上,揭示出了決定哪些表觀遺傳反應將會遺傳以及遺傳持續時間的一些規律。
Rechavi博士說:“直到現在,人們都一直認為被動稀釋或衰減支配了表觀遺傳反應的遺傳。但我們證實是一個主動的過程調控了表觀遺傳世代向下傳遞。”
將壓力從一代傳至下一代
研究人員一直專注于研究,壓力、創傷和其他環境暴露的效應是如何多年來從一代傳至下一代的。小RNA分子——調控基因表達的短RNA序列——是參與介導這種遺傳的關鍵因子之一。在以往的研究中,Rechavi博士和他的研究小組曾發現了響應特定細胞的需求生成RNA分子的一種“小RNA遺傳”機制,以及它們在數代之間是如何受到調控的。
Rechavi說:“我們以往證實,在父母經歷饑餓和病毒感染后線蟲會繼承一些小分子。這些小分子幫助后代為相似的困難做好了準備。我們還發現了一個跨代放大可遺傳小RNAs的機制,因此這一反應未被稀釋。我們發現RdRPs酶是再度生成新的小RNAs在后代中維持這種反應的必要條件。”
在線蟲中,大多數可遺傳的表觀遺傳反應都只會持續數代。這促成了一種假設:表觀遺傳效應只會隨著時間的推移,通過一種稀釋或衰減的過程“逐漸消失”。
Rechavi博士說:“但這種假設忽視了一種可能:這一過程并不只是簡單地逐漸消失,而是受到了調控。”在這項研究中,Rechavi用一些靶向綠色熒光蛋白(GFP,試驗中常用的報告基因)的小RNAs處理了線蟲。“通過追蹤調控GFP——‘沉默’GFP表達的可遺傳小RNAs,我們揭示出了可以‘開啟’或‘關閉’的一個主動的、可調的遺傳機制。”
科學家們發現,他們命名為“MOTEK”的特異基因參與開啟和關閉了表觀遺傳傳遞。
Rechavi博士說:“我們發現了在線蟲中通過‘開啟’和‘關閉’線蟲利用來調控基因的小RNAs,操控表觀遺傳跨代持續時間的方法。基因調控的可遺傳小RNAs之間的反饋互作控制了這些開關。MOTEK基因是跨代生成和傳遞這些小RNAs的必要條件。”
“這一反饋決定了表觀遺傳記憶是否將繼續傳給后代,以及每種表觀遺傳反應將持續的時間。”
全面的遺傳理論?
盡管他們的研究是在線蟲中完成,該研究小組相信了解控制表觀遺傳信息遺傳的原理,對構建包括人類在內所有生物的全面遺傳理論至關重要。
論文的第一作者、Rechavi博士實驗室博士生Leah Houri-Zeevi說:“我們正計劃研究MOTEK基因,以了解這些基因影響表觀遺傳效應持續時間的確切機制。并且,我們正計劃探究人類是否存在相似的機制。”
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