ScienceNature上的表观遗传文章
之前转了一篇 关于表观遗传 见 巡洋舰群分享后的感受的分享,再给出分享的具体内容前,先给大家转发两篇论文,让大家了解表观遗传学和大家生活的关系
以下文章转自 知因 社区
http://www.knowgene.com/article/970
如果你患有糖尿病、癌症或甚至有心脏问题,或许你应该将其归罪于父亲或甚至祖父的行为或环境。近年来,科学家们已证实甚至在母亲怀上后代之前,父亲的生活经历包括食物、药物、暴露于毒性产物、压力等都可以影响他的孩子、甚至孙子的发育和健康。
然而,尽管科学家们在这一领域已开展了十年的研究工作,对于延续数代传递环境记忆的机制却知之甚少。麦吉尔大学的研究人员及瑞士的合作者们认为,他们现在发现了这一分子谜团的一个关键部分。他们发现直到现在仍相对较少关注的组蛋白有可能在这一过程中发挥了至关重要的作用。
他们认为这一研究发现将有可能极大地改变我们对于人类遗传机制的理解。这是因为研究人员证实了,DNA以外的东西在遗传中起着重要的作用,并可以决定父亲的孩子和他的孙子是否健康。这项研究工作发布在《科学》(Science)杂志上。
朝着新方向
在过去,大多数表观遗传学领域的研究都是将焦点放在与DNA和甲基分子相关的过程上。甲基附着在DNA上,起着类似调光开关的作用——上调或是下调特定基因的表达。
由于组蛋白是受精时传送精液成分的组成部分,研究人员想知道它们是否有可能在将来自父亲的遗传信息传递给后代的过程中发挥了作用。组蛋白不同于我们的DNA,尽管在细胞形成过程中它们与DNA结合在一起,有点像DNA缠绕着的线轴。
因此,为了验证他们的理论即组蛋白有可能发挥作用引导了胚胎发育,研究人员构建出了一些小鼠——在精子形成过程中他们略微改变了小鼠组蛋白的生物化学信息,然后检测了结果。他们研究了对于后代的影响。
不只是DNA与遗传有关
研究人员发现这给后代的发育造成了可怕的后果,如后代容易有出生缺陷及异常骨骼形成及影响了它们的存活。并且,最令人惊讶地是,在两代之后仍然可以看到这些效应。
论文的主要作者之一、麦吉尔大学动物科学系Sarah Kimmins说:“当我们看到跨代生存力降低及发育异常时我们真的震惊了,因为谁也没有想过DNA之外的东西如蛋白质发生改变可能与遗传相关。”
Kimmins补充道:“这些研究发现不同寻常,因为它们表明了DNA以外的信息与遗传度相关。这项研究突显了父亲对孩子甚至是孙子的健康起至关 重要的作用。因为组蛋白上的化学修饰易受环境暴露的影响,这项工作为探讨各种跨代影响健康的疾病可能的预防与治疗开辟了新途径。”
尽管已有大量证据表明,在没有遗传突变的情况下父亲可以将疾病和不良表型传递给他们的孩子,这是第一项研究阐明发生这种情况的一种可行的机制。这 给予了研究人员信心,将男性生殖细胞中的组蛋白保留作为一种遗传机制来对其进行追踪……它也将提醒父亲要尽力保护他们的生殖细胞。
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以下文章转自生物通
http://www.ebiotrade.com/newsf/2016-7/201677113536580.htm
一项争议性的小鼠研究报告称,某些恐惧可数代遗传。作者们认为类似的现象有可能会影响人类的焦虑和成瘾性。这项研究发表在12月1日的《自然神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上,并被放在Nature网站首页头版头条推荐。
但另一些研究人员则对这些研究结果提出了质疑,因为还没有确定一种生物学机制能够解释这一现象。按照常理,DNA中的遗传序列是跨代传递生物信息的唯一途径。一些随机的有益DNA突变能使生物体适应不断改变的条件,但这一过程通常是经过数代缓慢发生。
目前已有一些研究表明,环境因素可以通过“表观遗传”修饰改变基因表达,而不影响它们的核苷酸序列来更快速地影响生物学。例如,在20世纪40年代荷兰残酷战争饥荒时孕育的孩子,糖尿病、心脏病和其他一些疾病的风险增高——这有可能是与这些疾病相关的一些基因发生了表观遗传改变。尽管已知表观遗传修饰对于发育和女性一条X染色体失活等过程至关重要,对于它们在行为遗传中所起的作用仍然存在争议。
新论文的共同作者、埃默里大学神经生物学家和精神病学家Kerry Ressler,曾与生活在内城的穷人共事过,在那里药物成瘾、精神疾病和其他问题似乎常常在父母和他们的孩子中循环重现,在这之后他对表观遗传产生了兴趣。“有很多的轶事表明风险跨代转移,并且很难打破这种循环,”他说。
遗传性状
在人类中研究这些影响的生物基础相当困难。因此Ressler和同事Brian Dias选择了训练恐惧苯乙酮气味的实验室小鼠来研究表观遗传。他和Dias向一个小暗箱吹送这种气味,同时给予雄性小鼠轻微电击。这些动物最终学会了将 这种气味与疼痛联系起来,在存在苯乙酮的情况下没有电击它们也会发抖。
这种反应被传递给了它们的幼崽。尽管小鼠后代在生活中从没有遇到过苯乙酮,当导入这种气味时它们会显示出敏感性增高,相比于被不同气味惊吓或是未经历过任何这些环境的小鼠的后代,它们在存在苯乙酮气味时更明显地发抖。第三代“孙子”小鼠也遗传了这一反应,采用对苯乙酮敏感的雄性小鼠的精子进行体外受精孕育的小鼠也是如此。类似的实验表明,这一反应也可以从母亲向下传递。
这些反应与处理气味的大脑结构改变相匹配。对于苯乙酮敏感的小鼠及其后代相比于对照小鼠以及后代,有更多的神经元生成了一种已知检测这一气味的受体蛋白。负责接收来自苯乙酮检测神经元的信号,以及将嗅觉信号传送至大脑其他部分的一些结构也更大。
研究人员提出可用DNA甲基化——一种在不改变基因序列的情况下阻断基因转录的可逆性DNA化学修饰——来解释这遗传效应。在恐惧小鼠中,精子的苯乙酮感受基因具有较少的甲基化标记,有可能导致了发育过程中更大程度上表达这一气味受体基因。
但对于气味联合疼痛影响精子的机制仍是一个谜题。Ressler指出,精子自身表达气味受体蛋白,并且一些气味进入到血流中,像血源性的RNA片段microRNAs一样,提供了一种控制基因表达的潜在机制。
有争议的研究发现
可以预见的是,这项研究会让研究人员产生分歧。Dias说:“铺天盖地的反应是‘哇!但这究竟是怎么发生的?’”阿拉巴马大学神经生物学学家David Sweatt(未参与该研究),称其是“迄今为止发布的最严谨和令人信服的一组研究,在实验室模型中证实了获得性的跨代表观遗传效应。”
而从事表观遗传修饰研究的、哥伦比亚大学分子生物学家Timothy Bestor则持怀疑态度。他认为,DNA甲基化不可能影响检测苯乙酮的蛋白质生成。大多数已知受到甲基化控制的基因都是启动子区域具有这些修饰。但这一苯乙酮检测基因的启动子区域却没有可以被甲基化的核苷酸。Bestor说“他们的论点如此极端,违背了特别的结论需要特别证据的原则。”
宾夕法尼亚大学神经科学家Tracy Bale说,研究人员必须要确定,将父亲的经历与生成生殖细胞中表观遗传标记改变的特异信号联系起来的片段,以及确定这些改变的维持机制。
“想到我们的生殖细胞如此具有可塑性以及响应环境变化动态改变,这非常的令人不安,”她说。Ressler怀疑人类还遗传了一些影响行为的表观遗传改变。他推测,父母的焦虑可通过应激激素受体表观遗传修饰影响后代。但Ressler和Dias不确定如何能证实这种情况,他们计划将焦点暂时放在实验室动物身上。
研究人员现在想确定对苯乙酮的敏感可以持续多少代,是否可以消除这一反应。Ressler说;“对于这种遗传机制真实存在的怀疑论将有可能持续下去,直至有人能够真正地以一种分子方式来对其进行解释。不幸的是,它有可能很复杂,有可能要经历一段时间。”