表观遗传学之谜：基因不仅仅是 DNA
英国和奥地利的生物学家在小鼠基因组中发现了 71 个新的印迹基因。
巴斯大学和维也纳大学的生物学家在小鼠基因组中发现了 71 个新的“印记”基因，这一发现使他们离解开表观遗传学的一些奥秘更近了一步——表观遗传学是一个描述基因如何开启的科学领域。和关闭）在发育和成年不同阶段的不同细胞中。
要了解印记基因对遗传的重要性，我们需要退后一步，询问遗传一般是如何工作的。一个人体内的 30 万亿个细胞中的大多数都包含来自父母双方的基因，每个父母都贡献了每个基因的一个版本。基因的独特组合是使个体独一无二的一部分。通常，一对中的每个基因在给定的细胞中都同样活跃或不活跃。这不是印记基因的情况。这些基因——占 20,000 多个基因总数的不到百分之一——在一个亲本版本中往往比另一个更活跃（有时更活跃）。
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到目前为止，研究人员知道小鼠基因组中有大约 130 个有据可查的印记基因——新增加的基因使这个数字超过 200 个。巴斯生物与生物化学系的研究负责人 Tony Perry 教授说：“印记影响了一个重要的基因家族，对健康和疾病有不同的影响，因此这七十多个新基因增加了一个重要的拼图。”
组蛋白的重要性
对新发现的基因进行仔细检查后，佩里教授和他的同事们有了第二个重要发现：印记基因的开启和关闭并不总是与DNA甲基化有关，其中甲基被添加到基因组 DNA 中（这个过程是已知会抑制基因活性，将它们关闭）。DNA甲基化是第一种已知的印记类型，大约在三十年前被发现。从这项新工作的结果来看，组蛋白似乎对印记做出了更大的贡献——组蛋白是由染色体中的基因组 DNA 包裹的结构。
一个正常的 4 天大的小鼠胚胎 (L) 和一个经过处理仅包含母体染色体的同龄胚胎（孤雌生殖）。在这个阶段，胚胎（胚泡）看起来很相似，但孤雌生殖很快就会死亡，这凸显了从父母双方继承印记基因的重要性。不同的细胞类型被染成绿色或红色。图片来源：巴斯大学 Maki Asami 博士
尽管科学家们早就知道组蛋白充当基因的“调光”开关，使它们消失（或重新打开），但直到现在，人们认为 DNA 甲基化为印迹基因活动提供了主要开关。新研究的结果对这一假设提出了质疑：发现许多新发现的基因与组蛋白 3 赖氨酸 27 (H3K27me3) 的变化有关，只有少数基因与 DNA 甲基化有关。
为什么印记很重要
科学家们还没有弄清楚，一个给定基因的亲本版本是如何打开或关闭并保持这种状态的，而另一个则处于相反的状态。众所周知，大部分开/关切换发生在配子（精子和卵子）的形成过程中，但确切的机制仍不清楚。这项新研究指出了一种有趣的可能性，即某些印记基因可能不会在配子中被标记，但在发育后期甚至成年期变得活跃。
虽然它只涉及一小部分基因，但印记在以后的生活中很重要。如果它出错了，并且来自一个父母的印记基因拷贝在它应该关闭的时候被打开（反之亦然），就会发生疾病或死亡。有缺陷的印记基因与许多疾病有关，包括神经和代谢疾病以及癌症。
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一些古细菌通过旋转一种叫做古细菌的螺旋状细丝来推动自己达到令人难以置信的速度。使用强大的低温电子显微镜，这项新研究比以往任何时候都更仔细地检查了这一点。
“我们可能低估了印记与疾病之间关系的重要性，以及印记与肥胖等父母获得性疾病遗传的关系，”佩里教授说。“希望这种改进的印记图片将增加我们对疾病的了解。”