這項研究提出了表觀遺傳信息是如何遺傳的問題

近年來，有證據表明，我們的飲食、習慣或創(chuàng)傷經歷將對我們孩子的健康產生影響，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——我們的脫氧核糖核酸上或周圍的化學“標記”模式被認為是遺傳的。但是劍橋大學的一項新研究表明，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，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(構成我們遺傳密碼的甲、丙、庚或丁)。DNA甲基化與表觀遺傳學相關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。在毛色的關鍵基因之一旁邊，是一個被稱為“轉座因子”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了很多次，但它在這里可以調節(jié)毛色?；?。因為這些轉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成威脅。但是生物已經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，如果甲基化完全關閉轉座因子，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，轉座因子的表觀遺傳調控行為是以某種方式從父母傳給后代的。劍橋大學遺傳學系安妮弗格森-史密斯教授領導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)，雖然這些轉座因子在整個基因組中都很常見——轉座因子約占小鼠總基因組的40%——但大多數轉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節(jié)附近的基因，而另一些可以調節(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的證據——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，”該研究的第一批作者之一泰薩貝爾托齊博士說關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?！笆聦嵣?，我們表明這些轉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，甲基化從大多數基因組中被消除，受精卵被植入子宮。卵子和精子是以前產生的，這個過程又放回去了。一旦一個機構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伊莎貝爾曼蘇伊教授和劍橋大學瑞士聯(lián)邦理工學院的實驗室合作。在一項在老鼠身上進行的研究中，發(fā)表在《分子精神病學》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險，還會增加其后代患者的風險。現(xiàn)在，研究小組已經證明創(chuàng)傷可以導致父親精子中“長鏈RNA”(含有超過200個核苷酸的RNA分子)的改變，這些都會導致代際效應。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”成功能蛋白并調節(jié)細胞內的功能。

通過一系列行為測試，研究小組發(fā)現(xiàn)長RNA介導的對后代產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措施。“