這項研究提出了表觀遺傳信息是如何遺傳的問題

近年來，有證據(jù)表明，我們的飲食、習(xí)慣或創(chuàng)傷經(jīng)歷將對我們孩子的健康產(chǎn)生影響，甚至是我們的孫子孫女。對于這種情況是如何獲得最多金錢的解釋是所謂的表觀遺傳學(xué)——我們的脫氧核糖核酸上或周圍的化學(xué)“標記”模式被認為是遺傳的。但是劍橋大學(xué)的一項新研究表明，這種非遺傳的遺傳機制可能非常罕見。

然而，同樣來自劍橋的第二項研究表明，傳播環(huán)境影響的一種方式實際上可能是在父親精子中發(fā)現(xiàn)的被稱為核糖核酸的脫氧核糖核酸產(chǎn)生的分子。我們從父母那里繼承自然特征的機制很清楚：我們一半的基因來自母親，一半來自父親。然而，不了解父母環(huán)境和行為的“記憶”可能會代代相傳。

表觀遺傳學(xué)已被證明是一個有吸引力和受歡迎的解釋。人類基因組由DNA組成——我們的基因藍圖。然而，我們的基因組已經(jīng)被許多“表觀基因組”所補充，這些表觀基因組隨著細胞類型和發(fā)育時間而變化。表觀遺傳標記與我們的DNA有關(guān)，部分決定基因是否開啟，影響基因的功能。最容易理解的表觀遺傳修飾是脫氧核糖核酸甲基化，它在脫氧核糖核酸的堿基上放置一個甲基(構(gòu)成我們遺傳密碼的甲、丙、庚或丁)。DNA甲基化與表觀遺傳學(xué)相關(guān)的一個模型是一種叫做阿古提活黃的小鼠突變體。這只老鼠的皮毛可以是完全黃色、完全棕色，也可以是這兩種顏色的圖案——然而，盡管它們的皮毛顏色不同，但它們的基因是相同的。

這種情況的解釋取決于表觀遺傳學(xué)。在毛色的關(guān)鍵基因之一旁邊，是一個被稱為“轉(zhuǎn)座因子”的遺傳密碼——一個移動的小DNA盒子’，實際上在小鼠基因組中重復(fù)了很多次，但它在這里可以調(diào)節(jié)毛色。基因。因為這些轉(zhuǎn)座因子中的許多來自外部來源——例如，來自病毒的基因組——它們可能對宿主的脫氧核糖核酸構(gòu)成威脅。但是生物已經(jīng)進化出一種通過甲基化控制其運動的方法，甲基化通常是沉默的表觀遺傳標記。

在被包被基因的情況下，如果甲基化完全關(guān)閉轉(zhuǎn)座因子，小鼠就會變成棕色；如果甲基化完全失敗，老鼠就會變成黃色。但這并不影響遺傳密碼本身，只影響DNA片段的表觀遺傳景觀。

但是，黃色被膜的雌性更容易有黃色被膜的后代，而棕色被膜的雌性更容易有棕色被膜的后代。換句話說，轉(zhuǎn)座因子的表觀遺傳調(diào)控行為是以某種方式從父母傳給后代的。劍橋大學(xué)遺傳學(xué)系安妮弗格森-史密斯教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊開始對這一現(xiàn)象進行更詳細的研究，詢問是否存在類似的可變甲基化轉(zhuǎn)座因子，可能會影響其他地方小鼠的特征，是否存在這些甲基化“記憶”的模式，可以代代相傳。他們的研究成果發(fā)表在《細胞》雜志上。

研究人員發(fā)現(xiàn)，雖然這些轉(zhuǎn)座因子在整個基因組中都很常見——轉(zhuǎn)座因子約占小鼠總基因組的40%——但大多數(shù)轉(zhuǎn)座因子都被甲基化完全沉默，因此它們對基因沒有影響。這些序列中只有大約1%是可變甲基化的。它們中的一些可以調(diào)節(jié)附近的基因，而另一些可以調(diào)節(jié)位于基因組更遠處的具有遠程能力的基因。當研究小組研究這些區(qū)域的甲基化模式可以遺傳給后代的程度時，他們詳細研究的六個區(qū)域中只有一個顯示出表觀遺傳學(xué)的證據(jù)——即使如此，影響也很小。此外，只有母親的甲基化模式被傳播，而不是父親。

“人們可能會認為，我們發(fā)現(xiàn)的所有可變甲基化元素都會顯示出對父母表觀遺傳狀態(tài)的記憶，就像阿古提活黃小鼠的毛發(fā)顏色所觀察到的那樣，”該研究的首批作者之一泰薩貝爾托齊博士說關(guān)于我們的表觀遺傳信息傳遞給后代的程度，有很多令人興奮和猜測的地方，但我們的工作表明，它并不像以前認為的那樣普遍。“事實上，我們表明這些轉(zhuǎn)座因子的甲基化標記是一代一代被重新編程的，”弗格森-史密斯教授補充道。”是的，甲基化從大多數(shù)基因組中被消除，受精卵被植入子宮。卵子和精子是以前產(chǎn)生的，這個過程又放回去了。一旦一個機構(gòu)確定了重建后我們就有了區(qū)域甲基化模式，而這種全基因組的擦除仍然是一個謎。

“我們知道，一些基因——如印記基因——在早期胚胎中不會以這種方式被重新編程。但這些是例外，不是規(guī)則。”

弗格森-史密斯教授說，有證據(jù)表明，一些環(huán)境誘發(fā)的信息可以通過某種方式傳遞下去。例如，她對老鼠的研究表明，懷孕期間營養(yǎng)不良母親的后代患二型糖尿病病和肥胖癥的風(fēng)險增加，他們的后代將繼續(xù)肥胖和患糖尿病。她再次表明，DNA甲基化不是罪魁禍首——那么這是如何發(fā)生的呢？答案可能來自英國韋爾科姆/癌癥研究所古爾登研究所的研究，該研究所還與蘇黎世大學(xué)伊莎貝爾曼蘇伊教授和劍橋大學(xué)瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院的實驗室合作。在一項在老鼠身上進行的研究中，發(fā)表在《分子精神病學(xué)》雜志上，他們報道了早期生活創(chuàng)傷的“記憶”，如

何通過精子攜帶的RNA分子傳遞給下一代。

來自Gurdon研究所和Mansuy實驗室的Katharina Gapp博士此前已經(jīng)證明，出生后的創(chuàng)傷不僅會增加直接暴露個體的行為和代謝紊亂風(fēng)險，還會增加其后代患者的風(fēng)險。現(xiàn)在，研究小組已經(jīng)證明創(chuàng)傷可以導(dǎo)致父親精子中“長鏈RNA”(含有超過200個核苷酸的RNA分子)的改變，這些都會導(dǎo)致代際效應(yīng)。這補充了早期的研究，發(fā)現(xiàn)精子中“短RNA”分子(少于200個核苷酸)的變化。RNA是一種具有多種功能的分子，包括一些稱為信使RNA的長版本，將DNA代碼“翻譯”成功能蛋白并調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的功能。

通過一系列行為測試，研究小組發(fā)現(xiàn)長RNA介導(dǎo)的對后代產(chǎn)生的特定影響包括冒險，增加胰島素敏感性和暴飲暴食，而小RNA則傳達了絕望的抑郁樣行為。Gapp博士說：“雖然其他研究小組最近表明小RNA有助于遺傳慢性壓力或營養(yǎng)變化的影響，但我們的研究表明，長RNA也可能有助于傳遞早期生命創(chuàng)傷的一些影響。為這一難題添加了另一篇文章，以便在世代相傳的情況下進行潛在的干預(yù)措施。“