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  • 發布時間:2015-08-03 16:04 原文鏈接: 大師級女科學家發現新的印記基因

      這是生物學的基石之一:所有的哺乳動物都繼承每個基因的兩個拷貝——一份來自母親,另一份來自父親,在某種程度上作為對抗遺傳問題的后盾。經典孟德爾遺傳學認為所有父系及母系等位基因有同等表達,但隨著對遺傳學研究的深入,人們發現了一種稱為基因印記的非孟德爾遺傳現象,它指在配子或合子的發生期間,來自親本的等位基因或染色體在發育過程中產生專一性的加工修飾,導致后代體細胞中兩個親本來源的等位基因有不同的表達方式,又稱遺傳印記或配子印記。

      最近,哈佛大學分子和細胞生物學教授Catherine Dulac帶領的一組研究人員,確定了超過40個新的“印記”基因,相關研究結果發表在最近《eLife》,揭示了基因組印記如何可以顯著擴大生物多樣性,并可能對大腦的理解有重要意義。

      Catherine Dulac教授是一位杰出的腦科學領域科學家,她在哺乳動物嗅覺信號分子機制方面獲得了重要的突破,而且這位女科學家還發展了一種全新的篩選技術,以及一種從單個神經元中克隆基因的新方法。相關閱讀:大師級女科學家兩篇Science文章解析非傳統遺傳。

      Dulac表示:“我們以一種非常嚴格的方式研究一個腦區——小腦,并發現了115個印記基因,其中40多個都是全新的。這使得小鼠已知的印記基因增加了30%,這是很有意義的,但是,本文探討的另外一個重要理念是,這些印記基因提供了一種方式,讓大腦發展出蓬勃的多樣性。”

      基因組印記的概念出現在20世紀80年代末,當時,研究人員在受精后的瞬間開始操縱小鼠胚胎。Dulac解釋說,當精子和卵子結合形成一個受精卵時,每一個都暫時形成一個單獨的原核——一個攜帶來自母親的遺傳信息,另一個攜帶來自父親的遺傳信息。它們后來融合形成了胚胎的核。

      當研究人員開始通過用另一個母體拷貝取代父系版本調控原核,或植入兩個父親拷貝時,胚胎并沒有發育。

      Dulac說:“這是非常令人驚訝的。當時,人們認為,你只需要每一個基因的兩個副本,但這表明,一些基因只表達兩個親本基因組中的一個,而你需要它們兩個才能產生一個成熟的有機體。”

      在首先關注小腦之后,Dulac的研究團隊將這個分析擴大到整個大腦。

      “在論文的第二部分,我們研究了這些印記基因在大腦中、以及在大腦與非腦組織之間的分布。令人驚訝的是,我們發現了一個非常大的印記基因子集,這些基因只在大腦中留下了印記,有些僅在一小部分的大腦區域留下印記。”

      之所以令人驚訝,部分是因為科學家們早就相信,如果一個基因在一個組織留下印記,它很可能會在大部分的生物體組織留下印記,包括整個大腦。

      Dulac說:“但我們不認為是這樣。我們認為,從大腦到非腦組織,甚至從一個大腦區域到另一個大腦區域,有一些非常有趣的印記規則。”

      雖然基因組印記通常被認為可沉默基因的一個副本,但是這項研究表明,許多印記基因并沒有被完全沉默,而是表現出偏向于一個副本。

      Dulac說:“所以,可能有70%的表達來自母親基因,30%來自父親。并不是全部打開或全部關閉。”

      為了了解這些偏向性是否具有生物學意義,Dulac和同事靶定了一個基因,叫做Bcl-X,它位于成人小腦,60%是從父親的基因組上表達,而40%是從母體的基因組上表達,并有助于防止細胞死亡。

      Dulac說:“我們的問題是,‘大腦是否關心這種偏向性?’。如果我們不能夠刪除該基因的任何一個拷貝,它應該沒有關系。但是,如果這種偏向性——雖然不是特別強——很重要,當我們除去更多高表達的基因副本,我們應該看到一種不同的表型出現。”

      “當我們這樣做的時候,結果是驚人的。當我們去除父本拷貝時,我們所獲得的小鼠,與去除母本拷貝或雙親拷貝的小鼠相比,大腦要小15%到20%。”

      Dulac表示,重要的是,測試表明,在皮層中,抑制神經元受到變化的影響更大。

      Dulac指出,許多研究人員認為,興奮性和抑制性神經元之間的比率,在大腦發育過程中起到了關鍵作用,而且,這兩種類型神經元之間的失衡,可能是許多疾病有關,包括自閉癥和精神分裂癥。

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