人類母親肚子里有9個月的嬰兒，然后在生完孩子后花幾年時間撫養(yǎng)孩子，教他們?nèi)绾瓮瓿苫竞透呒壍纳嫒蝿?wù)。另一方面，果蠅產(chǎn)下的卵可以自行發(fā)育。這讓他們看起來像不負(fù)責(zé)任的父母，只是拋棄了自己的孩子。然而，弗賴堡馬克斯普朗克免疫生物學(xué)和表觀遺傳學(xué)研究所的阿西法阿赫塔爾實驗室進(jìn)行的一項新研究表明，果蠅母親實際上通過向后代提供以表觀基因組編碼的生活指導(dǎo)手冊來確保他們的成功。
從基因組到表觀基因組
我們從由DNA序列編碼的父母那里獲得遺傳信息。然而，即使人體內(nèi)的所有細(xì)胞都含有相同的DNA，它們也會“表達(dá)”不同的基因來實現(xiàn)不同的功能。脫氧核糖核酸包裹在組蛋白周圍，形成一個叫做核小體的重復(fù)單元。許多核小體在所有細(xì)胞核中結(jié)合形成染色質(zhì)。
表觀遺傳修飾(如在組蛋白中添加化學(xué)基團(tuán))可導(dǎo)致染色質(zhì)組織發(fā)生變化，從而可能觸發(fā)基因激活(“表達(dá)”)或基因沉默。因此，表觀遺傳學(xué)代表了一個額外的信息層，可以幫助細(xì)胞決定激活哪些基因。雖然它們的基因組相同，但我們的細(xì)胞有不同的“表觀基因組”。
母親的代際信息傳遞
母體生殖細(xì)胞、卵母細(xì)胞和精子在受精過程中融合形成新的生物體。據(jù)信，大多數(shù)表觀遺傳標(biāo)記在世代之間被刪除。這種表觀遺傳重置使每個新個體能夠重新讀取所有基因?，F(xiàn)在，來自阿西法阿赫塔爾實驗室的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種特殊的組蛋白修飾，即組蛋白H4在第16賴氨酸(簡稱H4K16ac)上的乙酰化，是從母親卵母細(xì)胞到年輕胚胎的代際維持。
H4K16ac是一種表觀遺傳修飾，通常與基因激活有關(guān)。然而，我們知道基因在卵母細(xì)胞或胚胎生命的前三個小時并不表達(dá)。這就引出了一個問題：H4K16ac在這個早期做了什么？”阿西法阿赫塔爾說。為了研究這種組蛋白標(biāo)記在果蠅早期發(fā)育中的作用，研究團(tuán)隊進(jìn)行了全基因組分析。他們發(fā)現(xiàn)，H4K16ac的許多DNA區(qū)域在基因激活開始之前的早期發(fā)育階段就被“標(biāo)記”了。
母親的表觀遺傳建議對胚胎發(fā)育非常重要。
當(dāng)母親沒能把這個印記傳給孩子時，H4K16ac對后代的重要性就變得顯而易見了?？茖W(xué)家利用遺傳方法和轉(zhuǎn)基因果蠅設(shè)計實驗，從果蠅母親體內(nèi)去除MOF酶。眾所周知，MOF是H4K16ac改性劑沉積的原因。
值得注意的是，當(dāng)科學(xué)家研究沒有H4K16ac信息的后代時，發(fā)現(xiàn)在正常情況下，標(biāo)記有H4K16ac的基因不再正常表達(dá)，其染色質(zhì)組織嚴(yán)重受損。大多數(shù)未能得到母親H4K16ac指令的胚胎隨后死于災(zāi)難性的發(fā)育缺陷。H4K16ac在種系中起指導(dǎo)作用，這對未來胚胎發(fā)育至關(guān)重要。這項研究的第一作者瑪麗亞薩瑪塔(Maria Samata)說，這幾乎就像一位母親在紙條上留下的紙條，上面寫著當(dāng)孩子第一次獨自在家時，在哪里可以找到食物，或者在緊急情況下應(yīng)該打電話給誰。
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