DNA 分子发现后,核酸密码通常被认为是基因遗传的开始和结束。
如今,人们了解到,与基因序列关键部分结合的化学标记不仅会影响基因的读取方式,还会因环境暴露而发生变化。更重要的是,它们实际上可能会从一代人转移到下一代人。
这被称为跨代表观遗传,这可能是父母的健康、生活方式甚至环境影响子代后代健康和发展的途径。
虽然这些变化本身看起来很明显,但具体的作用机制尚未完全了解。
现在,一项针对蛔虫的新研究表明,常见的表观遗传修饰如何通过精子传递三代,影响“孙子”的基因活性和发育。
尽管人类关于这种持久的表观遗传记忆的证据仍然很少,但对蛔虫的研究(秀丽隐杆线虫)是相当有启发性的。
“这些结果建立了精子传递的组蛋白标记与后代和孙代基因表达和发育之间的因果关系,”说苏珊·斯特罗姆(Susan Strome)是加州大学圣克鲁斯分校的分子和细胞生物学家。
是添加到 DNA 上的分子修饰物,有多种形式,并控制何时以及如何遵循遗传指令。
如果细胞读取基因组的机器由于大分子的阻碍而无法访问某些基因,那么这些基因就不会被解读为蛋白质。将长链 DNA 以足够紧密的方式缠绕在称为组蛋白的主要蛋白质复合物周围,可以产生类似的沉默效果。
大多数这些表观遗传修饰被认为是删除并“重置” 受精后,从而对性细胞进行重新编程以确保正常发育。但动物研究表明(包括一些基于哺乳动物的数字),似乎有些可以逃脱重新编程并跨代转移。
这项最新研究使用线虫作为模型生物来研究表观遗传标记是否在蛔虫胚胎中保留或重写,以及如果它们确实存在,这些标记如何影响后代的基因表达。
实验的重点是组蛋白上的表观遗传标记,它会导致 DNA 包装得更紧密,进而关闭该区域的基因。
研究人员选择性地从染色体上“剥离”组蛋白标记线虫精子,然后用于使带有完全标记染色体的卵子受精。
接下来,他们观察了由此产生的后代的基因活性水平,发现从精子继承的染色体上的基因不再受到抑制。
“一些基因被异常开启并保持在缺乏抑制标记的状态,而基因组的其余部分则重新获得了标记,并且该模式被传递给了后代,”解释树木。
“我们推测,如果这种 DNA 包装模式在种系中得以维持,它可能会遗传很多代。”
我们不要忘记,我们谈论的是蛔虫。过去对这些半透明生物的研究表明,表观遗传变化可以,这很疯狂,但这对人类来说却没什么意义。
一些罕见且引人注目的人类研究未发现的证据祖父母获得食物的情况会影响其后代两代人的健康状况。
其他研究也探讨了孕产妇健康之间的联系,包括吸烟习惯与儿童哮喘,或显示如何可以将化学编辑蚀刻到一个人的 DNA 上,从而影响他们以后的健康。
但人类研究将父母健康、性细胞的表观遗传变化和后代结果之间的直接联系“几乎不存在正如该领域的一篇评论所指出的,部分原因是流行病学研究的局限性,这些研究只能得出关联性,而不能得出因果关系。
将表观遗传标记的影响与遗传、文化和行为影响分开也是一个重大挑战。你如何开始将遗传与持续几代人的社会环境或环境条件区分开来?
这就是为什么像这样的动物研究有助于“阐明表观遗传如何影响后代的发育和健康”,斯特罗姆和同事在他们发表的论文中写道。
研究小组表示,他们的发现反映了实验室培养的哺乳动物细胞的发现,而且最近的其他研究表明精子遗传的组蛋白标记也是小鼠的一个特征。
这些相似之处可能意味着该机制也可能适用于人类。但我们仍然不知道表观遗传是如何在多代中运作的,或者是否确实如此。
考虑到在人类身上研究此类问题存在伦理和后勤障碍,我们可能需要很长时间才能做到这一点。
该研究发表于美国国家科学院院刊。