來自猶他大學(xué)Huntsman癌癥研究所（HCI）的研究人員在新研究中發(fā)現(xiàn)，父源基因在受精之時已預(yù)編程至胚胎所需狀態(tài)，而母源基因則處于另一種狀態(tài)，還必須進行重編程才能與之相匹配。這一研究發(fā)現(xiàn)對于發(fā)育生物學(xué)和癌癥生物學(xué)均具有極其重要的意義。研究論文發(fā)表在5月9日的《細胞》（Cell）雜志上。

在最早期階段，胚胎細胞具有形成所有細胞類型的潛力，這被稱之為全能性（totipotency）狀態(tài)。隨后，這種全能性通過分化過程而受到限制。因此，隨著細胞繼續(xù)分化，它們只會生成可能的細胞亞群類型。

文章的共同作者、Huntsman癌癥研究所基礎(chǔ)科學(xué)高級主管Bradley R. Cairns 說：“在癌癥中，細胞分化和生長的正常過程出現(xiàn)錯誤，細胞要么停滯在分化早期，要么倒退并‘重編程’為更像早期胚胎細胞。通過了解細胞正常編程至全能狀態(tài)的機制，以及它們從全能狀態(tài)發(fā)育為特異細胞類型的機制，我們希望更好地了解癌細胞是如何錯誤調(diào)控這一過程的，并利用這一知識幫助我們制定出策略，來逆轉(zhuǎn)這一過程。”

Cairns實驗室早先的研究證實，存在于父親精子細胞中，對于引導(dǎo)胚胎早期發(fā)育至關(guān)重要的大部分基因都已經(jīng)處于‘預(yù)備’狀態(tài)：盡管基因被關(guān)閉，但通過附加表觀遺傳標(biāo)記可輕易地使基因激活。Cairns說：“從機制上來說，就是所有早期發(fā)育的重要決策基因都已做好了準備。這種預(yù)備狀態(tài)在如皮膚細胞等完全分化的細胞中則從未見到過。”

在當(dāng)前的研究中，Cairns實驗室研究人員利用高通量基因測序，全面且精確地分析了斑馬魚基因組的DNA甲基化模式。斑馬魚是一種發(fā)育及癌癥生物學(xué)常用實驗室模型。他們對卵細胞、精子細胞和胚胎發(fā)育的4個階段，其中包括受精和胚胎基因組活化中間的3個階段，以及胚胎基因組活化后的1個階段進行了檢測。甲基化是指將甲基基團選擇性添加到DNA的某些區(qū)域，從而關(guān)閉這些區(qū)域中的基因活性的一個過程，它是基因預(yù)備狀態(tài)的一個重要標(biāo)記；預(yù)備基因不發(fā)生DNA甲基化，從而使得基因能夠在胚胎發(fā)育后期活化。

Cairns研究小組發(fā)現(xiàn)，即將分化的胚胎期甲基化模式與精子細胞一致。與之相反，卵細胞的模式最初是完全不同的，但經(jīng)過一組驚人的改變后，變得與精子DNA的模式完全匹配。Cairns的研究工作表明卵細胞DNA經(jīng)過這一廣泛的重編程，才為分化過程做好準備。

Cairns 說：“母源基因在經(jīng)歷DNA甲基化重編程后，成為了決定胚胎發(fā)育最重要的位點。例如，許多的hox基因決定了身體圖式（body plan）以及造血過程中的細胞分化，它們在母源遺傳物質(zhì)中甲基化，在父源遺傳物質(zhì)中去甲基化，并且都存在于胚胎中。”

他認為這項研究工作還提供了另一個有趣的研究發(fā)現(xiàn)。“我們發(fā)現(xiàn)無需用父親基因組作為模板，母親基因組可對自身進行重塑。”Cairns的實驗證實，當(dāng)父親的遺傳物質(zhì)被除去之時，目前的基因組仍然能將自身重塑至正確狀態(tài)。

Cairns 說：“從根本上說，我們一直試圖了解單個細胞做出決定生成任何一種細胞類型的機制。它是一個令人著迷的基礎(chǔ)生物學(xué)問題，對于發(fā)育的所有方面，以及如癌癥等疾病的許多方面都具有重要意義。”