Science最新专题：表观遗传学

　　

生物通报道：在基因组中除了DNA和RNA序列以外，还有许多调控基因的信息，它们虽然本身不改变基因的序列，但是可以通过基因修饰，蛋白质与蛋白质、DNA和其它分子的相互作用，而影响和调节遗传的基因的功能和特性，并且通过细胞分裂和增殖周期影响遗传。

这就是表观遗传学（epigenetics），表观遗传学又称为实验遗传学、化学遗传学、特异性遗传学、后遗传学、表遗传学和基因外调节系统，它是生命科学中一个普遍而又十分重要的新的研究领域。它不仅对基因表达、调控、遗传有重要作用，而且在肿瘤、免疫等许多疾病的发生和防治中亦具有十分重要的意义。它是生命科学中近年来的一个突出进展，具有十分广泛深刻研究和应用前景。近期生物通也特别推出了最新的表观遗传学论坛，欢迎大家上来看看（http://epigenetics.ebiotrade.com）。

上周出版的Science杂志就以Epigenetics为核心展开了专题介绍，其中包括一篇介绍性文章，两篇观察文章和三篇评论性文章。

首先Guy Riddihough和Laura M. Zahn就“表观遗传学是什么”进行了介绍，提出表观遗传学是一种关于区别于DNA序列改变的基因表达可遗传变化的研究，多细胞有机体的细胞名义上拥有同样的DNA序列，但是它们却表现出不同的显型，这种方式记录了发育和环境线索的非遗传性细胞记忆，正是表观遗传学的基础。

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表观遗传改变对于生物体各种细胞类型的发育与分化具有关键性的作用，在正常细胞过程，比如雌性哺乳动物X染色体失活，以及酵母中配对型位点的沉默方面也有重要作用。但是表观遗传状态会受到环境的影响或衰老的干扰，并且癌症和其它疾病发生过程中表观遗传的变化也需要更深入的研究。

近期国内外都取得了表观遗传学研究的相关进展，比如中科院上海生命科学研究院生化与细胞所，同济大学生命科学与技术学院信号与疾病研究实验室等处的研究人员发现进化过程中的单一氨基酸替换增强了哺乳动物Dnmt3b甲基化基因组DNA的能力。

DNA甲基转移酶Dnmt3a和Dnmt3b是负责基因组起始性DNA甲基化的旁系同源蛋白，在表观遗传调控中起着重要的作用。虽然它们具有较高的同源性，但是体内功能并不相同。在小鼠中，敲除Dnmt3b是胚胎致死的，并且可以观察到小鼠全基因组及各种重复序列DNA的低甲基化现象；而Dnmt3a的基因敲除小鼠出生后大约四周死亡，而且没有明显的全基因组DNA低甲基化。因此Dnmt3a和Dnmt3b的序列演化和功能改变的关系，不仅能够加深对DNA甲基化这一重要的表观遗传调控机制的理解，而且有助于回答进化过程中氨基酸替换和自然选择如何影响蛋白质功能这个重要理论问题。

最新研究成果表明，Dnmt3a和Dnmt3b起源于脊椎动物产生时期附近的一次基因倍增事件，但哺乳动物Dnmt3b甲基化染色体DNA的能力显著高于Dnmt3a以及非哺乳动物的Dnmt3b。后续的序列比对和氨基酸突变实验表明，一个仅在哺乳动物Dnmt3b中存在的单一氨基酸替换I662N决定了其较高的甲基化染色体DNA的能力。

另外密歇根大学医学院病理学系，生物化学系的研究人员发现了组蛋白研究过程中一种重要组蛋白乙酰转移酶复合物的调控机制，这一研究成果公布在Molecular cell杂志上。

到目前为止，虽然已经获得了一些MOF调控方面的研究成果，但是在高等真核生物中，科学家们还不是很清楚MOF的调控机制和模式。在这篇文章中，研究人员在两组进化上保守的不同复合物： MSL和MOF-MSL1v1中分析MOF的乙酰转移酶活性。

这一研究小组发现虽然这两种MOF复合物在组蛋白H4K16的活性方面存在较小差异，但是在对底物p53这种非组蛋白的作用活性方面却存在极大差异。进一步研究证明MOF-MSF 1v1是一种无论体内，还是体外实验中，p53靶基因获得最佳转录活性的必需因子，这些研究结果提出了一种新型的作用模型：两个MOF复合物能与其它组蛋白修饰活性因子一起调控转录活性的不同阶段。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Introduction
What Is Epigenetics?

Perspectives
Paramutation’s Properties and Puzzles

Epigenetics in the Extreme: Prions and the Inheritance of Environmentally Acquired Traits

Reviews
Molecular Signals of Epigenetic States

A Small-RNA Perspective on Gametogenesis, Fertilization, and Early Zygotic Development

Epigenetic Reprogramming in Plant and Animal Development