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儿童早期铅暴露影响基因表达

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北卡罗莱纳州立大学(North Carolina StateUniversity )生物学家Cathrine Hoyo 和Randy Jirtle领导的研究团队发现儿童铅暴露和基因调控区表观遗传学改变之间存在联系,这些基因对生长调节和大脑发育至关重要。


这些改变或可持续到成年期,并对男性有较严重的影响。他们的研究为早期铅暴露对DNA的长期影响提供了更多的线索,并可能有助于发展治疗或逆转DNA损害的方法。


该研究团队和辛辛那提大学(the University ofCincinnati)的Kim Dietrich ,杜克大学(Duke University)的Yue Li以及北卡罗来纳州立大学的David Skaar一起,分析了105名来自辛辛那提铅研究参与者的数据,该研究测定了儿童从出生到6岁半的血铅含量。他们对现已成年的参与者进行随访并采集血样,用以测序分析DNA甲基化 --- 数据的时间跨度为36年。


“虽然我们是首次有证据证明人类早期铅暴露和三个印迹基因调控区域异常甲基化之间的关联,”Hoyo说, “但从公共卫生的角度来看,结果是非常令人兴奋的,因为我们可以设法确定早期铅暴露和环境中其他毒物暴露的潜在生物标志物。”


该团队花了数年的时间准确找出了早期铅暴露与特定的疾病相关的DNA调控区域,到目前为止已找到22个。在此研究中,研究人员观察了这22个区域,以研究铅暴露是否影响DNA甲基化(甲基化可以控制基因如何表达,基本上确定了一个基因是开启还是关闭)。当甲基化发生改变,基因要么关闭(或沉默),要么它们的活性比正常时更高。


该团队发现如果从出生到6岁半有过铅暴露,成年后三个印记基因的表达会受到影响,它们分别是:PEG3,IGF2 / H19和PLAGL1/ HYMAI。其中PEG3和IGF2 / HI9的甲基化水平降低。这种影响有性别差异:PEG3与IGF2 / H19的甲基化水平降低,PEG3与胎儿的发育有关的,对男性的影响大于女性,IGF2 / H19则与此相反的。PLAGL1 / HYMAI甲基化水平提高,且没有性别差异。


此外,他们还发现,出生后发育阶段血铅含量增加似乎并未对调控区域有其他任何影响 -即使铅暴露在研究期间持续增加,甲基化改变也只发生在最开始的12个月。


“基因就像计算机一样,有硬件和软件,”Jirtle说, “多数科学家一直在研究‘硬件’—遗传序列,而忽略了‘软件’,即调控区是如何改变基因表达的。该研究为我们首次展示了‘软件’是如何被早期的铅暴露影响的”。


Hoyo和她的团队计划继续调查铅暴露,基因表达与疾病之间可能的关联。 “我们在这项研究中发现的失调基因可塑性极强,特别是在胎儿发育期和儿童早期。如果我们能够在正确的发育阶段对它们进行有针对性地治疗,就可能增加它们回归正常的可能性。”


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