一项研究出版于2011年底自然斯坦福大学遗传学家安妮·布鲁内(Anne Brunet)及其同事描述了一系列实验,这些实验使在相同环境条件下生长的线虫的寿命发生了显著差异。有些人特别长寿,他们的后代,经过三代,也活得很长。显然,长寿的优势是遗传的。然而,这些蠕虫,无论是短命的还是长寿的,在基因上是相同的。

这种不能用基因本身的变异来解释的遗传差异的发现越来越普遍,部分原因是科学家现在知道基因不是遗传的唯一创造者。也有代笔人。乍一看,这些抄写员似乎很普通——甲基、乙酰和磷基,依附在与DNA相关的蛋白质上,有时甚至依附在DNA本身上,充其量就像不速之客。它们的形式与构成基因的优雅的DNA卷须相去甚远,而且它们是短暂的,在某种意义上是可以抹去的,与基因非常不同,基因已经代代相传了数百万年。但它们确实潜伏着,悄无声息地发挥着自己的力量,修改DNA,控制基因,影响核酸和氨基酸的混乱。正是因为这个原因,许多科学家认为20世纪末这些实体的发现是我们理解遗传的一个转折点,可能是现代生物学中最伟大的革命之一——表观遗传学的兴起。

表观遗传学与染色质状态

在布鲁内的实验室里,表观遗传是一件大事。他们的自然Paper是第一个描述这种现象的人,因为它适用于跨代人的长寿,这是他们在寻求更好地理解染色质在遗传中的作用时取得的突破。

染色质是蛋白质和DNA的致密纤维,以浓缩或松弛的状态存在。它在细胞分裂过程中形成浓缩形式,以促进染色体分裂并分配到子细胞。然而,当细胞不分裂时,纤维的片段可能会保持这种形式,结果是这些片段中的基因被固定在不活跃的状态。另一方面,纤维的其他部分则会放松并打开,以允许调控蛋白访问DNA并激活基因。

某些表观遗传修饰,如甲基与组蛋白的结合,即DNA缠绕在染色质包装上的纺线,负责将纤维保持在开放状态。但是修改是动态的。例如,在发育过程中,化学部分以一种有组织的方式附着或脱离组蛋白或DNA,它们的流动舞蹈帮助执行重要功能,如建立不同类型组织的基因表达模式和亲代基因的沉默,这种现象被称为亲代或基因组印记。

在生物体的一生中,变异也会不断累积。因为其中一些获取可能会影响通过生殖系(在卵子和精子中)传递的DNA,而且可能是有害的,所以它们在繁殖时被清除,染色质恢复到原始状态。然而,这一过程并不可靠,因此一些修改会被遗漏。通过这种方式,母体DNA中未被重新编程的染色质修饰被传递给下一代。

线虫寿命的表观遗传

越来越多的证据表明,表观遗传修饰在多种物种中是跨代的(通过多代继承)。例如哺乳动物的皮毛颜色,人类的眼睛颜色果蝇花有匀称,现在又有长寿秀丽隐杆线虫.这些发现令人兴奋,并提出了关于表观遗传学看似无限的本质的有趣问题。

但梳理表观遗传修饰及其影响的工作是艰巨的。为了揭示甲基化与线虫寿命的关系,布鲁内和同事们开始评估线虫的寿命秀丽隐杆线虫三种基因中的一种有缺陷,ash-2, wdr-5,或第二组;这些基因的表达减少或缺失之前已经被发现可以延长该物种的寿命。然后,他们将基因缺陷的线虫与基因组成正常的线虫进行杂交,这种典型的孟德尔配对产生了野生型(基因正常)个体,以及携带基因改变的个体。记录每个种群的寿命测量值,并与对照种群(野生型线虫由野生型亲本演化而来)的寿命测量值进行比较。研究结果显示,对照组的寿命平均,而基因与对照组相同但由突变亲本遗传而来的野生型线虫的寿命要长20%到30%。

因此,基因缺陷虽然不是遗传的,但却产生了某种类型的变化,使基因正常的突变体后代具有与突变体自身相同的寿命。斯坦福大学的研究小组推断,这种变化是甲基化。

编码的蛋白质ash-2, wdr-5而且第二组是一种名为H3K4me3的组蛋白甲基化复合体的一部分,这种复合体存在于从酵母到人类的各种物种中。但遗传长寿的潜在机制尚不清楚。正如Brunet解释的那样,“我们没有观察到H3K4me3缺失突变体的野生型后代的H3K4me3水平在全球范围内下降。我们的解释是,H3K4me3基因并不是通过表观遗传的方式在全球范围内缺乏。”因此,该团队目前的模型是,当蛋白质缺乏或缺失时,H3K4me3甲基化在基因组的特定位置丢失,在染色质状态下与长寿相关的修饰,或可能的其他类型的修饰(如非编码rna)会传递给下一代。

人类获得性特征的跨代遗传

表观遗传学赋予了拉马克主义和以前被抛弃的个人一生中获得的特征是可遗传的观点以生命。事实上,许多科学家已经对这个想法产生了兴趣。布鲁内说:“(在有限的情况下)人们似乎重新接受了拉马克的概念。”“这可能会改变我们对遗传的理解,因为它将在孟德尔遗传学之外增加另一个成分,可能是次要的,但存在的。”

它还为我们的日常生活增添了另一层意义。许多环境因素,从营养到温度到化学物质,都能够改变基因表达,而那些成功穿透种系染色质并躲过重编程的因素,理论上可以遗传给我们的孩子,甚至可能是我们的孙辈。

但是,尽管一些研究表明,跨代表观遗传可能发生在人类身上,但缺乏实际证据。迄今为止,最令人信服的案例包括合成雌激素化合物己烯雌酚(DES),它在20世纪中期被用于防止孕妇流产。然而,DES会极大地增加出生缺陷的风险。它还与增加有关阴道的风险而且女儿患乳腺癌风险也会增加卵巢癌在怀孕期间暴露于DES的妇女的外孙女中。对小鼠的研究表明,新生儿接触DES会导致参与子宫发育和子宫癌的基因甲基化异常;在小鼠中,这些异常是在两代人之后依然存在这表明了一种跨代效应。

鉴于遗传表观遗传修饰的难以捉摸的本质,尽管进行了几十年的研究,科学家们似乎仍处于了解的边缘。然而,可能性似乎是无穷无尽的,即使有这样的限制,即要遗传,表观遗传修饰必须影响种系的基因表达,这是即使基因突变也很少能完成的壮举。但正如布鲁内所指出的,随着肥胖、糖尿病和自闭症等疾病的迅速流行,这些疾病在大多数情况下都没有明确的遗传病因,“似乎所有复杂的过程都受到表观遗传学的影响。”

尽管科学家们仍在继续寻找人类跨代表观遗传的确凿证据,但迄今为止的研究结果表明,我们的生活方式以及我们的饮食和呼吸可能直接影响我们后代的遗传健康。18新利官网多久了