表不雅遗传(二)：怙恃基因博弈谁赢你像谁？

时间：2017-01-30 09:54 来源：未知阅读次数：复制分享我要评论

撰文徐鹏（复旦大学生物医学钻研院博士生）　　责编叶水迎（学问编纂）　　编者按：　　早正在孟德尔时代，科学家就起头接管“生物的性状由基因决定”这一理论。基因好像片子胶带中的每一个场景，而菲林则如统一条染色体。怙恃各自孝敬了咱们一半的遗传物质，但事真谁的遗传物质起主导呢？要回覆这个问题，就会牵扯到表不雅遗传学的一个很是主要的观点:基因组印迹。咱们更像谁与决于怙恃基因间的博弈。本专栏由复旦大学传授于组织筹谋，邀请了国表不雅遗传学范畴事情者配合完成。领会表不雅遗传范畴近年的成幼表面以及注释咱们一样平常成心思的生命征象是咱们开设此专栏的初志。

　　基因决定性状，这就是全数？　　一样平常糊口中，咱们可能会轻忽如许的一个细节，尽管咱们将初生的婴儿体严重小纷歧视为一般征象，但很少有人问为什么人就不克不迭生一个跨越20斤的大胖小子呢？婴儿的出生体重由什么决定？为什么总有人会说“性格随爸，智商随妈”，如许的说法有根据吗，到底婴儿的性格战智商由什么决定？　　19世纪60年代，隐代遗传学之父格里戈尔·孟德尔（GregorMendel）提出了典范的遗传学两大定律，素质上以为基因决定性状。依照这种理论，咱们的基因正在很平上决定了出生的体重、性格、智商、高矮以及胖瘦（有些人怎样吃也不胖，而有些人喝水也会幼肉）。隐真上，对付承继怙恃遗传下来的不良基因，咱们也彻底不必哀痛，由于越来越多的，表型并不彻底由基因决定。

　　人类染色体，蕴含22对常染色体战1对性染色体，男性为XY，女性为。图片来自nih.gov 　　基因是遗传消息的根基单元。它们就像片子胶带，胶带中的每一个场景就是一个基因，而整卷胶带就如统一条染色体，人体一共有46条染色体。咱们的怙恃生来就是伟大的创作家，为了“创举”一个新的生命，战卵子中的遗传物质主动减半，变为染色体。当精卵连系后，染色体规复到46条。那么问题来了：怙恃每人孝敬了一半的遗传物质，事真谁的遗传物质起到主导？设计一下，两卷片子菲林正在统一块屏幕上放映，最终结果若何，哪一卷菲林中的画面起次要？　　印迹基因，怙恃的标识表记标帜　　科学家发觉，来自双亲的基因对儿女的影响确真分歧。此中来历于母亲的基因对特定脑区的构成阐扬着更为主要的，它们担任言语战庞大头脑，而来历于父亲的基因对别的脑区的构成更为环节，好比与发展、、交配有关的脑区，这种概念大概能为“性格随爸，智商随妈”的说法供给支撑。　　为什么这些分歧来历的基因对儿女的影响存正在如斯差别？这就不得不提到印迹基因（Imprintedgenes）。钻研发觉，来自父亲战母亲的基因别离产生了某种标识表记标帜，通过战卵子的连系，传迎给下一代。隐真上，这种特殊标识表记标帜使其儿女只表达来历于父亲或母亲基因的征象称为基因组印迹（Genomicimprinting）。　　基因组印迹是表不雅遗传学中的主要观点。所谓表不雅遗传学，凡是是指不依赖于DNA序列变迁的表型转变。正在典范的遗传学理论中，DNA序列代表了遗传消息，基因组印迹征象并没有转变基因的序列，可是同样能够通过性缄默分歧来历的基因，而转变儿女的表型，这种机造拓宽了咱们对付基因表达调控的意识。

　　海伦·克劳斯（1914~2006），图片来自Gerbietal，2007 　　其真，科学家很早就发觉了分歧来历的基因功效有所分歧。早正在1960年，细胞生物学家海伦·克劳斯（HelenCrouse）就创举了“Imprinting（印迹）”一词，她发觉了尖眼蕈蚊(Sciaridflies)中，来历于父亲的X染色体取舍性消弭，其时克劳斯用“节造元件（controllingelement）”的观点来论述这一征象。不外，厥后“节造元件”被她的博士生导师芭芭拉·麦克林托克（BarbaraMcClintock）付与了新的内涵，并由于“基因”的发觉得到1983年的诺贝尔心理或医学。1970年，JerryKermicle正在钻研玉米籽颜色的遗传中发觉，雌性配子中照顾的R基因与雄性配子中的功效分歧，Kermicle将这种分歧于保守的遗传征象称为“副遗传（paragenetic）”，隐正在“副遗传”的观点已被“表不雅遗传（Epigenetic）”代替。　　主1970年Kermicle第一次意识到印迹基因存正在起头，越来越多的基因组印迹征象被。1991年，哺乳植物中的第一批印迹基因Igf2，H19战Igf2r被判定。截止到2014年，正在小鼠中已判定了约150个印迹基因，此中的一半正在人类细胞中也被发觉。印迹基因网站geneimprint（）显示，目古人类中曾经判定出的印迹基因跨越100个。　　印迹基因是若何事情的？　　正如咱们前面提到的一样，印迹基因是一种带有特殊标签的基因。咱们猎奇的是：这种标签是什么？又是若何转达遗传消息的呢？　　科学家发觉，印迹基因凡是成簇呈隐，这些印迹基因簇（imprintedgenesinclusters）蕴含数个卵白编码基因战至多一个非编码RNA基因；别的，这些印迹基因簇中含相关系慎密的印迹基因对，如位于人类11染色体上的Igf2基因战H19基因，位于6染色体上的Igf2r基因战Air基因，以及位于14染色体上的DLK1基因战Dio3基因。　　印迹基由于何老是成群结“对”呈隐？以印迹基因中典范的Igf2（insulin-likegrowthctor2，类胰岛素发展因子2基因）战另一个非编码基因H19为例，此中Igf2只表达父亲来历的，而H19只表达母亲来历的。

　　成对呈隐的印迹基因：Igf2战H19，图片来历Kameswaranetal，2014 　　印迹节造区域（ICR，ImprintingControlRegion）位于Igf2战H19两个基因之间，父亲来历的ICR凡是被甲基化（即此条件到的特殊标签），这种甲基化使得染色质布局愈加慎密，进而使下游的H19基因缄默，同时下游的激活元件（Enhancer，加强子）能够越过ICR，激活上游的Igf2的表达。相反，母亲来历的ICR没有被甲基化，因祸得福，焉知非福，母源的ICR丢掉了甲基化，解放了H19基因，本来是件好工作，可谁知祸兮福之所倚，没有甲基化的ICR又招来横祸，与绝缘子CTCF彼此，构成一堵墙，阻断了激活元件加强子对上游的Igf2的调控，使得母源的Igf2不表达。　　当然，并不是所有的印迹基因都以DNA甲基化的情势调控，但至多能够清晰地看到，来历于父亲战母亲的基因间的取舍性表达存正在着一种均衡形态。这种均衡一旦被攻破，又会呈隐什么呢？　　统一基因缺陷，罹患两种分歧疾病？　　1956年，三名大夫AndreaPrader、AlexisLabhart战HeinrichWilli以德语正在《医学周刊》道了一种其时被以为稀有的疾病，这类患者凡是前额窄、四肢行为小、身段矮小，肤色较浅，凡是伴跟着轻度或中度智力妨碍战举动混乱。这种疾病以此中两位发觉者的名字定名，即Prader-Willi分析征（Prader–Willisyndrome，PWS）。但其时PWS的病因并不清晰，直到25年后的1981年，LedbetterDH等人发觉PWS患者的15染色质存正在片断微缺失（15q11-13）。　　同样正在1956年，英国儿科大夫HarryAngeln报道了别的一种疾病，患者表示为紧张的智力战发育妨碍、睡眠妨碍、癫痫、动作生涩（出格是鼓掌）。这种疾病以HarryAngeln定名，即Angeln分析征（Angelnsyndrome，AS）。AS患者经常屡次地大笑，凡是表示为高兴的神气，因而最起头被称为“欢愉木偶分析症”。1987年，Kaplan等正在《美国医学遗传》道了3个AS病例，这些AS患者都存正在15q11-12的染色质微缺失。同年，Magenis报道了2个案例，存正在15q11-13缺失，可是它们的临床表示愈加方向于AS，而不是PWS。

　　?Prader-Willi分析征（右）战Angeln分析征（右）图片来自　　你说奇异不奇异，统一染色质区段的缺失，却导致两种判然分歧的疾病？1988~1989年，科学家们终究揭开了答案：PWS患者的染色体区段15q11-13缺失是父亲来历的，而AS患者的染色体区段15q11-13缺失是母亲来历的。进一步的钻研发觉，染色体区段15q11-13中含有一个名叫UBE3A的印迹基因，其表达拥有很强的组织性。正在绝大大都的组织中，来历于怙恃的两个UBE3A拷贝都处于激活形态，而正在大脑中，只表达来历于母亲的UBE3A，父亲来历的处于缄默形态。　　母源的印迹基因UBE3A片断遗失时，导致大脑中没有可用的UBE3A，这种机造能够注释约70%的Angeln分析征；而印迹基因UBE3A的突变也可导致Angeln分析征；别的，染色体有丝呈隐错误，可产生单亲二倍表征象（uniparentaldisomy，UPD），即儿女的两条染色体（或染色体的一部门）只来历于怙恃中的一个，当儿女中的UBE3A因为单亲二倍表征象而都源自父亲时，导致两份印迹基因UBE3A都缄默，进而呈隐Angeln分析征。由此可见，怙恃基因间的均衡对付儿女来说极为主要。　　爸爸妈妈，一个都不克不迭少! 　　印迹基因攻破了保守的遗传学的，让基因表达调控历程变得愈加庞大。主生物进化角度，基因组印迹征象只产生正在哺乳植物战着花动物中。基因组印迹征象是怎样演化的呢？为什么咱们必要印迹基因？　　20世纪80年代中期，科学家们正在小鼠中，两套染色体同时来历于父亲或母亲时，小鼠胚胎正在发育历程中全数。进一步钻研，来历于父亲战母亲的基因组对儿女的发育影响分歧，当全数的遗传物质都来历于母亲时，险些所有的儿女小鼠没有胎盘组织；相反，当所有的遗传物质都来历于父亲时，子代小鼠胎盘组织过大。　　为何来历于怙恃的基因对儿女的影响分歧？这种影响差别又是若何发生的呢？进化生物学家提出了“怙恃冲突（parentalconflict）”理论，这套理论以为：来历于父亲战母亲的基因存正在着合作关系。父亲但愿本人的儿女主母亲（无论母亲是谁）那里争与到更多的资本，因而来历于父亲的基因更倾向于推进胎儿的发展；而母亲则但愿正在孕期维持本人与孩子的资本均衡，不至于由于有身而使本人的生命处于之中，因而母源基因倾向于胚胎的发展战需求。　　这些理论也获得了一些数据的支撑：来历于父亲的基因影响过大，导致儿女的出生体重过重；可是这种影响可能导致儿女大脑中的印迹基因表达失衡，进而发生神经发育有关的疾病，好比自睁症。尝试数据也了这一点：出生体重过重是自睁症的一个特性，并且Angeln分析征患者中约40%的人也患有自睁症。来历于母亲的基因影响过大时，如上文提到的PWS，凡是PWS患者同时疾病的。

　　你更像谁？与决于爸爸妈妈基因间的博弈　　图片来自ScientificAmericanMind 　　因而，来自怙恃的基因之间关系很是微妙。一方面，正在进化上它们老是的，但愿能对儿女起到更大的影响；但同时，又必要相互对儿女的影响都不克不迭过大。终究，矫枉过正，。就恰似拔河角逐的两边，任何一方都不克不迭松手。因而正在这场怙恃间的基因战平中，没有谁是最初的胜利者，两边通过合作与竞争，真隐共赢。　　咱们不只有有“母亲节”，也必要有“父亲节”，怙恃间基因的均衡是咱们康健成幼的主要保障。因而，下一个“父亲节”，请记与也给咱们的爸爸献上一束玫瑰吧！　　注:出格感激于传授的详尽指点，王天祥的以及王司清、潘天昳的阅读。　　次要参考文献：　　[6].KameswaranV，KaestnerKH.TheMissinglnc(RNA)betweenthepancreaticβ-cellanddiabetes.FrontGenet.2014.5:200.

　　设置首页-搜狗输入法-领与核心-搜狐聘请-办事-客服核心-体例-隐私权-AboutSOHU-引见-网站舆图-全数旧事-全数博文　　搜狐不良消息举报邮箱：