杜克大学公布第一张人类基因组印记基因图谱

【字体: 时间:2007年12月03日 来源:生物通

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  来自杜克大学的研究人员创造了第一张人类基因组印记基因(imprinted genes)图谱,并且他们表示其成功的关键在于一个称为机器学习(machine learning)的人工智能形式:modern-day Rosetta stone。这项研究新发现了四倍于之前识别的印记基因,并即将公布在12月3日《Genome Research》封面上。

  

生物通报道:来自杜克大学的研究人员创造了第一张人类基因组印记基因(imprinted genes)图谱,并且他们表示其成功的关键在于一个称为机器学习(machine learning)的人工智能形式:modern-day Rosetta stone。这项研究新发现了四倍于之前识别的印记基因,并即将公布在12月3日《Genome Research》封面上。

 

 

 

 

印记基因是指存在亲本染色体上的等位基因的表达取决于它们是在父源染色体上还是在母源染色体上,来自父系、母系的印记基因有所不同,当精卵结合时,父母双方印记基因均应出现,否则发育就不正常。这种基因印记是等位基因依赖双亲性别表达的不符合孟德尔遗传定律的特殊遗传现象,基因印记异常调节可引起一些遗传性疾病。

在传统的遗传学中,子女会继承一个基因的两个拷贝,一个来自于父本,一个来自于母本,这两个拷贝的活性形式会影响子女的发育。但是当印记基因出现——这两个拷贝中一个会被来自母本或父本的分子调控关闭,这也就意味着子女只会继承基因的一个拷贝的信息,这样的子女易受到环境压力的影响:如果一个功能拷贝受到损伤或遗失,那么就没有顶替的后备了。

杜克大学放射肿瘤学及病理学系的遗传学家Randy Jirtle博士表示,“基因印记一直以来都是一个谜,这部分是由于它们并不遵循传统的遗传规律”,“我们希望这一新发现的roadmap能帮助我们和其他研究人员发现更多有关这些基因如何影响我们的健康的信息。”

在文章的其他作者Alexander Hartemink,Philippe Luedi的合作下,Jirtle他们将两类基因——一类是已知的印记基因,一类不是——的序列数据输入到计算机中,利用程序帮助发现其中的差别,通过这一机器分析的方法获得了一个运算法则:能像最原始的Rosetta stone解码看上去费解的数据,在这里指的是指向印记基因的特异性DNA序列。

Hartemink表示,“我们不能完全肯定的说我们识别了所有印记基因,但是我们认为这是其中的大部分。”

Jirtle研究印记已经多年了,他表示印记事件是一个表观遗传事件,这也就是说不需要改变DNA的序列就可以改变基因的功能,“印记基因容易受到环境的攻击——甚至是我们的饮食和呼吸。而且重要的是,表观遗传变化是可以遗传,我想人们还没有意识到这一点。”

预计印记基因占人类基因组的1%,并且至今只发现了一部分,利用这一研究中的新“Rosetta stone”方法,Jirtel和Hartemink发现了156个新的印记基因,其中两个特殊基因定位在8号染色体上,这在之前是没有发现过的,其中一个基因:KCNK9,在大脑中十分活跃,已知是引起癌症,和双相障碍(bipolar disorder),癫痫的原因之一,而第二个基因:DLGAP2是一个可能的膀胱癌肿瘤抑制因子。
(生物通:张迪)

原文摘要:
December 3 issue,Genome Research
New Human Imprinted Genes

附:
遗传印记技术不仅是一种生物学技术,而且是在涉及血缘分析和刑侦分析的民事领域也同样被采用的分析技术,因而是牵涉到社会演化问题的一个关键领域。从生物学研究的角度看,由于人们对基因组织的发展,使我们对DNA多态性的解释越来越完善,并使我们从中确认了每个生物具有的这种极端的独特性。

基因组印记是指来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递给子代时发生了修饰,使带有亲代印记的等位基因具有不同的表达特性,这种修饰常为DNA甲基化修饰,也包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。在生殖细胞形成早期,来自父方和母方的印记将全部被消除,父方等位基因在精母细胞形成精子时产生新的甲基化模式,但在受精时这种甲基化模式还将发生改变;母方等位基因甲基化模式在卵子发生时形成,因此在受精前来自父方和母方的等位基因具有不同的甲基化模式。目前发现的印记基因大约80%成簇,这些成簇的基因被位于同一条链上的顺式作用位点所调控,该位点被称做印记中心(imprinting center, IC)。印记基因的存在反映了性别的竞争,从目前发现的印记基因来看,父方对胚胎的贡献是加速其发育,而母方则是限制胚胎发育速度,亲代通过印记基因来影响其下一代,使它们具有性别行为特异性以保证本方基因在遗传中的优势。

印记基因的异常表达引发伴有复杂突变和表型缺陷的多种人类疾病。研究发现许多印记基因对胚胎和胎儿出生后的生长发育有重要的调节作用,对行为和大脑的功能也有很大的影响,印记基因的异常同样可诱发癌症。

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