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Nature遺傳學(xué):同卵雙胞胎為何也不一樣?

日期:2016-09-30 08:59:07

 最近,瑞典卡羅林斯卡學(xué)院和路德維希癌癥研究所的研究人員,描述了我們的細(xì)胞如何以及在何種程度上不同地利用遺傳自父母的基因拷貝。在一個(gè)基礎(chǔ)層面上,這有助于解釋“為什么同卵雙胞胎也有所不同,即便是他們有著相同的遺傳組成”。有了這方面的知識(shí),我們將更好地了解遺傳性疾病預(yù)后結(jié)果的變化。

 

人類有兩份常染色體基因,一份遺傳自母親,一份遺傳自父親,這兩套基因拷貝往往并不是完全相同的,因?yàn)樗鼈兊?span lang="EN-US">DNA序列存在小的差異。因此,對細(xì)胞中的兩套基因拷貝的利用如果發(fā)生變化,就會(huì)產(chǎn)生功能性的后果,但是它們的基因拷貝利用的本質(zhì)和模式,在很大程度上仍然是未知的。現(xiàn)在,研究人員在分子遺傳學(xué)水平上為這個(gè)長期存在的問題提供了答案。他們使用等位基因敏感性的基因表達(dá)分析,所謂的“單細(xì)胞RNA測序”,來研究新分裂的細(xì)胞,以顯著的細(xì)節(jié)描述了小鼠和人類細(xì)胞中的基因拷貝表達(dá)動(dòng)力學(xué)。

 

這項(xiàng)研究發(fā)表在《Nature Genetics》雜志,這篇論文的第一作者、細(xì)胞和分子生物學(xué)系的Björn Reinius指出:“我們的實(shí)驗(yàn),可讓我們能夠確定哪些基因只表達(dá)一個(gè)基因拷貝,隨著時(shí)間的推移哪些基因在兩個(gè)基因拷貝之間動(dòng)態(tài)地切換。”

 

非等同的遺傳

 

在遺傳學(xué)中,這兩個(gè)基因拷貝被稱為每個(gè)基因的“等位基因”。事實(shí)上,母親和父親的基因組中的DNA差異,解釋了為什么兄弟姐妹會(huì)在生理上有所不同,因?yàn)樾值芙忝眠z傳了不同的等位基因,從而有著不相同的遺傳組成。然而,即使在所謂的同卵雙胞胎中——攜帶相同的等位基因,一些遺傳性狀在表現(xiàn)上也有差異。例如,有時(shí)兩個(gè)雙胞胎中只有一個(gè)受到遺傳性疾病的影響,即使這兩個(gè)雙胞胎攜帶相同的等位基因。

 

從歷史上看,這主要是通過外部環(huán)境和生活史的變化來解釋的。然而,在過去的幾十年里,我們知道,發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)的純粹隨機(jī)的分子事件,實(shí)際上會(huì)影響等位基因如何以及何時(shí)表達(dá)。母親某個(gè)基因的等位基因可能在某些個(gè)體的細(xì)胞中表達(dá),而父親的等位基因可能在同一個(gè)體的其他細(xì)胞中表達(dá)。表達(dá)的等位基因的這種“選擇”,是通過細(xì)胞分裂,還是一次又一次地隨著時(shí)間推移獨(dú)立發(fā)生在每個(gè)細(xì)胞中,仍然是未知的。

 

這些相互矛盾的情況會(huì)導(dǎo)致非常不同的生理結(jié)果;首先導(dǎo)致體內(nèi)的一部分細(xì)胞表達(dá)相同的等位基因,而其他情況則導(dǎo)致父親和母親基因拷貝之間的等位基因表達(dá)模式是飛快閃變的。本研究的結(jié)果表明,大多數(shù)常染色體基因的兩個(gè)等位基因的表達(dá)是動(dòng)態(tài)波動(dòng)的,而只有少到0.5%1%的基因固定只表達(dá)一個(gè)。

 

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、卡羅林斯卡學(xué)院和路德維希癌癥中心細(xì)胞和分子生物學(xué)系的Rickard Sandberg 表示:“我們從‘對于基因轉(zhuǎn)錄的這一詳細(xì)研究’中所得到的知識(shí),將幫助研究人員和醫(yī)生更好地理解和模擬遺傳疾病預(yù)后結(jié)果變化的根本機(jī)制。”

 


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