現在馬普研究所（MaxPlanckInstitute）的免疫生物學(xué)和表觀(guān)遺傳學(xué)研究人員提供了有力的證據表明，除了遺傳的DNA之外，表觀(guān)遺傳學(xué)指令也會(huì )影響后代的基因表達。此外，NicolaIovino的實(shí)驗室也首次描述了關(guān)于這種遺傳信息所造成的生物學(xué)影響的新觀(guān)點(diǎn)。該研究證明，母親的表觀(guān)遺傳記憶對于后代的發(fā)育和生存是至關(guān)重要的。相關(guān)論文已于14日發(fā)表在了《Science》上。

　　人類(lèi)擁有超過(guò)250種不同的細胞類(lèi)型。它們都包含相同的DNA堿基，以完全相同的順序排列。然而，肝臟和神經(jīng)細胞則看起來(lái)不那么相同，而且有不同的功能。而造成這種不同的就是被稱(chēng)為表觀(guān)遺傳的過(guò)程。表觀(guān)遺傳學(xué)修飾對DNA的特定位置進(jìn)行標記，以吸引或者排斥激活某些基因的蛋白質(zhì)。因此，這些表觀(guān)遺傳學(xué)修飾會(huì )一步一步地為每種細胞生成活躍的和不活躍的DNA序列。此外，與DNA中“字母”順序固定相反的是，表觀(guān)遺傳標記會(huì )在一生中與環(huán)境或生活方式相互作用的過(guò)程中發(fā)生變化。比如，吸煙會(huì )改變肺部細胞中表觀(guān)遺傳標記，最終導致癌癥。其他的外部影響，比如壓力、疾病或飲食也會(huì )存儲在細胞的表觀(guān)遺傳記憶中。

　　長(cháng)期以來(lái)人們一直認為，這些表觀(guān)遺傳修飾不會(huì )跨越代際?？茖W(xué)家們認為，一生中所積累的表觀(guān)遺傳記憶不會(huì )出現在精子或卵細胞中。但是最近的一些研究質(zhì)疑了這一觀(guān)點(diǎn)，這些研究發(fā)現表觀(guān)遺傳標記事實(shí)上是會(huì )被傳遞給下一代的，但是具體的機制，以及這些基因變化會(huì )對后代造成什么樣的影響，仍然不明確。這項新研究的通訊作者NicolaIovino說(shuō)：“自從上世紀90年代初表觀(guān)遺傳學(xué)的研究開(kāi)始興起，我們就觀(guān)察到了表觀(guān)遺傳信息在代際之間的遺傳影響。比如，流行病學(xué)研究揭示出，食物供應情況與孫輩糖尿病和心血管疾病風(fēng)險增加之間存在顯著(zhù)相關(guān)性。從那時(shí)起，多項研究都報道過(guò)不同生物體的表觀(guān)遺傳，但是準確的分子機制仍然不為人所知。”

　　代際之間的表觀(guān)遺傳學(xué)

　　Iovino和他的團隊使用果蠅研究表觀(guān)遺傳修飾是如何從母體傳遞到胚胎的。該團隊主要研究在人體中也存在的H3K27me3，。研究發(fā)現，H3K27me3會(huì )改變染色體，主要與抑制基因表達相關(guān)。

　　馬普研究所的科學(xué)家們發(fā)現，在母親卵細胞中標記染色質(zhì)DNA的H3K27me3修飾也存在于受精后的胚胎中，即使在其他表觀(guān)遺傳標記消失的情況下也是如此。該研究的第一作者FidesZenk說(shuō)：“這表明，母體會(huì )將表觀(guān)遺傳標記傳遞給后代。但是我們感興趣的是，這些標記是否在胚胎中也起到重要作用。”

　　帶有H3K27me3的果蠅卵細胞被染成綠色。這個(gè)卵細胞會(huì )和精子結合形成果蠅的下一代。圖的右上角描述了卵細胞和精子受精之前的融合過(guò)程。被染成綠色的H3K27me3只出現在母體的前核體中，這張圖表明表觀(guān)遺傳標記被遺傳給了下一代。

　　繼承的表觀(guān)遺傳標記對于胚胎發(fā)育非常重要

　　研究人員對果蠅使用了多種基因工具，移除放置H3K27me3標記的酶，他們發(fā)現，在胚胎早期缺少H3K27me3的胚胎無(wú)法最終發(fā)育成型。NicolaIovino說(shuō)：“這表明，在繁殖過(guò)程中，表觀(guān)遺傳信息不僅僅是傳遞給后代，它們對于胚胎本身的發(fā)育也是非常重要的。”

　　當研究團隊進(jìn)一步觀(guān)察這些胚胎，他們發(fā)現，某些在胚胎發(fā)育早期通常被關(guān)閉的發(fā)育相關(guān)基因會(huì )在沒(méi)有H3K27me3的胚胎中打開(kāi)。FidesZenk解釋說(shuō)：“我們認為，在發(fā)育早期過(guò)早地激活這些基因會(huì )擾亂胚胎發(fā)育，并最終導致胚胎死亡。似乎可遺傳的表觀(guān)遺傳信息對于正確地處理和轉錄基因密碼是必要的。”

　　對于遺傳理論和人類(lèi)健康的意義

　　馬普研究所的這些研究是重要的進(jìn)步，清晰地展示出了表觀(guān)遺傳信息的生物學(xué)作用。他們不僅僅提供證據表明果蠅的表觀(guān)遺傳修飾會(huì )被傳遞給后代，還揭示出，來(lái)自母體的表觀(guān)遺傳標記是一種良好的機制，能夠在復雜的胚胎發(fā)育早期控制基因激活。

　　該研究團隊相信，他們的發(fā)現有深遠的意義。NicolaIovino解釋說(shuō)：“我們的研究表明，我們不僅僅從父母那里繼承基因。似乎我們還繼承了一種重要的調節機制，這種機制可以被環(huán)境和生活方式影響。這些新發(fā)現提供了新的觀(guān)點(diǎn)，至少在某些情況下，獲得的遺傳性適應會(huì )被傳遞給后代。”此外，因為表觀(guān)遺傳機制會(huì )引起多種疾病，比如癌癥、糖尿病和自免疫疾病，這些新發(fā)現對人類(lèi)的健康也有著(zhù)重要意義。