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Nature特別關注:爭議中前行的表觀遺傳學

日期:2014-03-07 09:06:16

 

人們居住的地區和他們的價值觀,都會對后代產生影響。那么抽煙、經歷饑荒或者在戰爭中服役,這些經歷是否會給后代留下獨特的印記呢?

 

Emory大學的Brian Dias在小鼠中對這類問題進行了研究。他發現,與特殊氣味關聯的恐懼可以影響小鼠后代的大腦。他將雄性小鼠暴露在苯乙酮中,同時給予一定的足部電擊,令其建立起對這種氣味的恐懼。研究顯示,這些小鼠的后兩代對苯乙酮更為敏感,而且這三代小鼠的大腦結構都發生了相應的改變。DiasNature Neuroscience雜志上發表文章稱,這種環境信息的遺傳現象是表觀遺傳學修飾的結果。

 

生物學家們最初是在植物中觀察到了跨世代的表觀遺傳現象,隨后越來越多的證據表明這一現象也發生在鼠類和人類中。這不禁令人聯想起十九世紀法國生物學家拉馬克的理論。他在自己的著作中提到了用進廢退與獲得性遺傳兩個法則。

 

表觀遺傳學自誕生以來就一直爭議不斷,部分原因是人們還未能完全解析其作用機制。母親會在懷孕階段將環境影響傳遞給胎兒。因此,研究跨世代的表觀遺傳顯然只能依靠父親們。

 

精子中的印記研究人員發現,高脂肪含量飲食的雄性大鼠,會使其后代胰腺出現異常的DNA甲基化。低蛋白含量飲食的雄性小鼠,會改表其后代肝臟的膽固醇基因表達。而雄性糖尿病前期小鼠的精子中存在異常的甲基化,并且會提高后兩代小鼠患糖尿病的風險。

 

這些動物研究引起了廣泛的爭議,不過最具爭議性的研究來自于華盛頓州立大學的Michael Skinner。他的團隊將懷孕的大鼠暴露在大劑量的殺蟲劑和殺菌劑中,導致其后代出現器官損傷。其中雄性后代的精子發生了DNA甲基化改變,而這種改變至少延續了四代。

 

不過,至少有兩個團隊未能重復Skinner的數據,而且Skinner實驗室的一名博士后被發現偽造了另一篇相關文章中的數據。但Skinner指出,已經有一些研究團隊成功重復了他的實驗,而那些未能重復的團隊使用的方法并不恰當。

 

甲基化機制解釋跨世代的表觀遺傳機制并不容易,因為大多數這類研究總是涉及到過多的因素。而Dias的研究在這方面很有優勢,因為與苯乙酮結合的特定受體是由Olfr151這一個基因編碼的。Dias等人在文章中指出,恐怖性氣味的信息降低了小鼠精子中Olfr151的甲基化水平。這種改變在小鼠后代的DNA中得以延續,提高了該受體的表達水平,增強了動物對這種氣味的敏感性。

 

但這其中的因果關系并不緊密,“依然沒有超出‘可能性’的范疇,我們并未弄清這類信息跨世代遺傳的具體機制,”Emory大學的發育遺傳學家William Kelly指出。

 

其他途徑盡管沒什么人否定表觀遺傳現象,但人們對目前提出的作用機制還持有異議。也許嗅覺研究中的DNA甲基化只是另一種機制的副產品。例如組蛋白上的化學印記也可以在世代間遺傳。也有報道顯示,microRNA的表達模式也可以遺傳并影響基因的表達。此外,還有研究者提出了一些另類的途徑,包括可以轉遞遺傳性狀的朊蛋白,以及精液中的某種影響基因表達的成分等等。

 

如果表觀遺傳基因涉及了DNA甲基化、組蛋白或者RNA 那么在接下來的幾年中這一領域可能出現重大的進展。但如果是一個全新的機制,那么人們可能需要數十年才能解開這個謎題。

 


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