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遗传也不都是基因说了算

你的DNA并非一张早已确定的蓝图,而是日复一日地与环境发生着交流,你的邻居、家庭以及孤独感,它们的影响不仅到达了腠理之下、肌肤之中,更是直抵你细胞的控制室。

 

针对疾病相关的表观调控因子的小分子复合物药物开发前景广阔,这方面的努力会为人类的健康和疾病治疗带来福音。


近日,在主题为“表观遗传学的发展现状与未来”的中国科协第103期新观点新学说学术沙龙上,与会专家对表观遗传学对人们生活的影响及未来应用前景展开了深入探讨,而这种影响涉及到我们生活的方方面面,包括生活方式和生活习惯。


我国的表观遗传学研究正处于一个快速发展阶段,与国外齐头并进,尤其是近年来,涌现了一大批具有国际先进水平的科研成果。


“针对疾病相关的表观调控因子的小分子复合物药物开发前景广阔,相信这方面的努力会为人类的健康和疾病治疗带来福音。”华东师范大学生命医学研究所副所长翁杰敏说,然而,在从研究向成果的转化过程中,比如说制药,研究人员能做的还处于前端寻找靶点或基础研究领域,如果真要发展到临床应用,现在国家的支持力度远远不够。


因此,与会专家建议,国家应该继续并更好的支持表观遗传学包括干细胞方面的研究工作。


 一对同卵双胞胎,拥有近乎完全一致的DNA遗传信息,长大后却性格迥异,亦或一方经常生病,另一方完全正常。这是为什么?经典遗传学完全无法解释,而这一切,在表观遗传学那里,似乎可以找到答案。


说起表观遗传学,大多数人也许会摇摇头表示没有听过,而说起遗传学及基因组学,人们似乎并不太陌生。


“其实,基因组学正是表观遗传学研究的基础之一。”中国科学院北京生命科学研究院、中国遗传学会表观遗传专业委员会主任孙中生研究员接受科技日报采访时说,“为什么同卵双胞胎却表现出完全不同的状态,这正是表观遗传在起作用。”


 破解基因的密码指令


人类不仅拥有作为基本遗传物质的基因组信息,还拥有一套管理、调控、修饰基因组的密码指令系统。


1939年,生物学家Waddington率先提出“表观遗传学”这一术语。如今,“表观遗传学”已经走过了70多个年头。不过,这门学科得以真正绽放异彩,其实也就仅仅10余年,现在它已成为生命科学界最热门的领域之一。


通俗地说,表观遗传学是研究在没有细胞核DNA序列改变的情况下,基因功能发生的可逆的、可遗传的改变,从而影响生物行为及生理变化的学科。


在研究过程中,科学家们发现了一种甲基分子(-CH3),它就像一个帽子:带上它,基因关闭;摘掉它,基因表达——被分别称为甲基化和去甲基化。


这些数以百万计的甲基有些直接附着在DNA上面,有些则附着在某些和DNA纠结在一起的组蛋白上。当机体不希望某些基因信息被读取时,基因的“启动子”DNA就被戴上很多甲基帽,使得基因无法从那里读取,启动功能。


因此,即使携带遗传信息完全一样的两个个体,由于表达修饰上的差异,也可能会表现出完全不同的性状。DNA的甲基化就是最常见的表观遗传学修饰方式之一。


“也就是说,人类不仅拥有作为基本遗传物质的基因组信息,还拥有一套管理、调控、修饰基因组的密码指令系统。不同的个体,指令系统也不同。另外,这套密码指令还能在特定环境下发生改变。”华东师范大学生命医学研究所副所长翁杰敏说。


他介绍,人体内每一个细胞都包含完整的基因组和表观基因组。通过基因组和表观基因组测序可以发现每个个体的独特性,有助于揭示为何有些人需要更少的睡眠、不同人对运动有不同反应、学习和记忆的能力差异,甚至包括个体的自信程度等。


获得性遗传的“逆袭”


有关获得性遗传性状是否能够遗传的争议由来已久,这一领域已成为表观遗传研究的热门。


19世纪初,法国人拉马克提出了“获得性性状”可以遗传的假说,该假说被称为“拉马克主义”。其认为进化有可能在较短世代间内发生:受环境选择,生物努力改变自己的性状并传递给下一代,而达尔文却认为遗传物质的改变和自然选择是生物进化的原因。


“获得性遗传是‘后天获得性状遗传’的简称,指生物在个体生活过程中,受外界环境条件影响,产生带有适应意义和一定方向的性状变化,并能够遗传给后代的现象。”孙中生说。


的确,在科学界,有关获得性遗传性状是否能够遗传的争议由来已久,而普通民众对这一话题的关注度也越来越高——我现在所处的环境、生活习惯甚至一言一行是否会通过遗传影响下一代,这都成为人们关心的问题。正因此,获得性遗传已成为表观遗传研究的热门方向。


一般认为,生成精子和卵子时会剥离表观遗传变异,只有基因才能得到遗传。举例来说,父母生下来都是单眼皮,孩子就不可能天生双眼皮。但表观遗传学研究发现不是这么单纯的事,有些获得性遗传基因的变异确确实实保留了下来,影响下一代甚至下几代。


如人群及动物实验表明肥胖基因通过父亲能传到下一代,给怀孕母亲喂食那些引起肥胖的高脂食物也可以导致下一代肥胖,下一代也可以通过交配传递给其后代。


研究者在瑞典的一个小村里发现,祖父辈上经历过饥荒的人患心血管疾病的可能性普遍比那些祖父辈没有经历过饥荒的人低。这就是说,如果父母3岁那年发了次烧,孩子的基因从此就改变了,这是完全可能的。


恐惧的感觉也可以遗传。2014年发表一篇论文介绍了这样一个实验:研究者通过给雄鼠一种特殊的气味并给予电击,发现雄鼠对气味产生了恐惧感,通过交配,这种恐惧可以传给下一代,而且遗传两代。究其原因发现,芳香化合物受体启动子区DNA甲基化水平降低,导致这个基因表达升高,从而使它的下一代闻到这个气味就逃避。


基因调控也能治疗疾病


一旦基因发生突变要修复是很困难的,但或许可以通过调控相应基因表达,达到疾病治疗的目的。


“虽然有很多人类疾病是因为基因突变或者缺陷所造成的,但也有很多是由环境等多种因素引起的,并没有基因突变的方式。”翁杰敏说。


“像人们比较熟悉的糖尿病,以前总说是生活方式变化导致的,其实这正是与消化相关的表观遗传改变引起的。”孙中生说,之前在低营养环境下出生的人群,如今生活水平提高,而体内与之相应的表观修饰并不适应,所以就会以病的形式表现出来。


曾经有一个说法:疾病是外界环境和个体基因共同作用的结果。在表观遗传学时代,这个说法可以改成:大多疾病是表观遗传和基因共同修饰的结果。


“表观遗传学研究与人类健康关系密切。”在翁杰敏看来,研究表观遗传学能更加全面地了解生物个体胚胎发育和细胞命运决定的过程和疾病发生的原因。理论上来说,一旦基因发生突变要修复该突变是很困难的。但我们或许可以通过不同的方法来调控相应基因或相关基因的表达,来达到疾病治疗的目的。


比如说,近年来发现很多的表观调控因子,如组蛋白修饰酶和DNA甲基化酶在肿瘤中存在异常表达的现象,目前表观修饰因子被认为是治疗肿瘤的一类新的重要靶标,国内外都在研发针对组蛋白修饰酶和DNA甲基化酶的小分子抑制剂,少数小分子化合物已被批准应用于肿瘤临床治疗,而更多的正处于临床前研究阶段。


研究者认为,这就给疾病治疗提供了一个新的操作空间,可以通过某种特定的化合物,将表观遗传基因改变,从而达到治愈某种疾病的目的,也可以作为癌细胞的标记以及作为治疗和化疗特定性响应的标记。


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