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研究人员发现 母亲积极的基因改造可以驱动后代的基因激活

导读人类母亲肚子里有9个月的婴儿,然后在生完孩子后花几年时间抚养孩子,教他们如何完成基本和高级的生存任务。另一方面,果蝇产下的卵可以自

人类母亲肚子里有9个月的婴儿,然后在生完孩子后花几年时间抚养孩子,教他们如何完成基本和高级的生存任务。另一方面,果蝇产下的卵可以自行发育。这让他们看起来像不负责任的父母,只是抛弃了自己的孩子。然而,弗赖堡马克斯普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所的阿西法阿赫塔尔实验室进行的一项新研究表明,果蝇母亲实际上通过向后代提供以表观基因组编码的生活指导手册来确保他们的成功。

从基因组到表观基因组

我们从由DNA序列编码的父母那里获得遗传信息。然而,即使人体内的所有细胞都含有相同的DNA,它们也会“表达”不同的基因来实现不同的功能。脱氧核糖核酸包裹在组蛋白周围,形成一个叫做核小体的重复单元。许多核小体在所有细胞核中结合形成染色质。

表观遗传修饰(如在组蛋白中添加化学基团)可导致染色质组织发生变化,从而可能触发基因激活(“表达”)或基因沉默。因此,表观遗传学代表了一个额外的信息层,可以帮助细胞决定激活哪些基因。虽然它们的基因组相同,但我们的细胞有不同的“表观基因组”。

母亲的代际信息传递

母体生殖细胞、卵母细胞和精子在受精过程中融合形成新的生物体。据信,大多数表观遗传标记在世代之间被删除。这种表观遗传重置使每个新个体能够重新读取所有基因。现在,来自阿西法阿赫塔尔实验室的科学家发现,一种特殊的组蛋白修饰,即组蛋白H4在第16赖氨酸(简称H4K16ac)上的乙酰化,是从母亲卵母细胞到年轻胚胎的代际维持。

H4K16ac是一种表观遗传修饰,通常与基因激活有关。然而,我们知道基因在卵母细胞或胚胎生命的前三个小时并不表达。这就引出了一个问题:H4K16ac在这个早期做了什么?”阿西法阿赫塔尔说。为了研究这种组蛋白标记在果蝇早期发育中的作用,研究团队进行了全基因组分析。他们发现,H4K16ac的许多DNA区域在基因激活开始之前的早期发育阶段就被“标记”了。

母亲的表观遗传建议对胚胎发育非常重要。

当母亲没能把这个印记传给孩子时,H4K16ac对后代的重要性就变得显而易见了。科学家利用遗传方法和转基因果蝇设计实验,从果蝇母亲体内去除MOF酶。众所周知,MOF是H4K16ac改性剂沉积的原因。

值得注意的是,当科学家研究没有H4K16ac信息的后代时,发现在正常情况下,标记有H4K16ac的基因不再正常表达,其染色质组织严重受损。大多数未能得到母亲H4K16ac指令的胚胎随后死于灾难性的发育缺陷。H4K16ac在种系中起指导作用,这对未来胚胎发育至关重要。这项研究的第一作者玛丽亚萨玛塔(Maria Samata)说,这几乎就像一位母亲在纸条上留下的纸条,上面写着当孩子第一次独自在家时,在哪里可以找到食物,或者在紧急情况下应该打电话给谁。

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