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單細(xì)胞分析解釋印記相關(guān)疾病

日期:2016-04-06 09:29:13

 眾所周知,人體中的每個(gè)細(xì)胞都有兩套基因組,一套來(lái)自母親,一套來(lái)自父親。然而,研究人員目前仍不清楚每套基因組的具體表達(dá)情況。為此,美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù),并用它來(lái)研究罕見(jiàn)病。這項(xiàng)成果于近日發(fā)表在《Genes & Development》上。

 

對(duì)于大多數(shù)基因,人們都遺傳了兩個(gè)拷貝,分別來(lái)自父親和母親。不過(guò),在基因組印記發(fā)生時(shí),后代只遺傳了一個(gè)有用的拷貝。卵子或精子形成過(guò)程中添加的甲基控制了基因的表達(dá),使得DNA不轉(zhuǎn)錄成RNA,進(jìn)而翻譯成蛋白質(zhì)。

 

少數(shù)基因受到印記的影響,但卻對(duì)正常發(fā)育很關(guān)鍵。在正常情況下,只有母本或父本的染色體上的印記基因打開(kāi),但不會(huì)同時(shí)打開(kāi)。若兩條染色體上的基因都打開(kāi)或都關(guān)閉,則意味著疾病發(fā)生。異常表達(dá)可能與基因突變有關(guān),也可能是甲基化發(fā)生了錯(cuò)誤。

 

基因組印記引起的疾病是十分罕見(jiàn)的。研究人員此次研究了兩種:Russell-Silver綜合征和Beckwith-Wiedemann綜合征。Russell-Silver綜合征的癥狀為身材矮小,肢體或面部不對(duì)稱。這種疾病與H19IGF2兩個(gè)基因的甲基化不足有關(guān)。Beckwith-Wiedemann綜合征則是一種先天過(guò)度生長(zhǎng)的疾病,其特征為兒童期癌癥風(fēng)險(xiǎn)增加,以及出生體重超標(biāo)等。

 

研究小組以小鼠為模型,比較了正常小鼠和Russell-Silver綜合征小鼠的基因組。在細(xì)胞群體水平,Russell-Silver小鼠表達(dá)母本和父本的H19。之后,他們利用一種分子探針來(lái)檢測(cè)母本和父本之間RNA的單核苷酸變化。這種方法測(cè)定了單細(xì)胞中特異的變異表達(dá)。他們發(fā)現(xiàn),對(duì)于Russell-Silver綜合征小鼠,一些細(xì)胞有著母本和父本的RNA(異常),而另一些細(xì)胞只有母本RNA(正常)。

 

Russell-Silver小鼠中,所有細(xì)胞都有著相同的遺傳變化,但并非所有細(xì)胞都有著相同的DNA甲基化模式,這解釋了基因表達(dá)的鑲嵌結(jié)構(gòu)。兩個(gè)突變細(xì)胞亞群在各自基因組的印記控制區(qū)域表現(xiàn)出不同的甲基化模式。只表達(dá)母本H19的細(xì)胞有著正確的DNA甲基化模式,而表達(dá)母本和父本H19的細(xì)胞表現(xiàn)出H19 DNA甲基化的損失。重要的是,他們?cè)谛∈笮呐K組織中也觀察到這兩個(gè)亞群,表明整個(gè)小鼠都存在同樣的缺陷。

 

研究人員表示,這是第一次在單細(xì)胞水平證明了表觀遺傳嵌合體的存在。研究結(jié)果表明,印記疾病可能表現(xiàn)出驚人的單細(xì)胞異質(zhì)性,而這種異質(zhì)性可能解釋了表觀遺傳嵌合體的存在。

 


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