中科院孙青原研究组PNAS解析糖尿病的跨代遗传

【字体: 时间:2014年01月27日 来源:生物通

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  研究人员指出,父亲的糖尿病前期症状影响了后代的表观遗传学修饰,这样的影响能遗传好几代。这项研究提前发表在美国科学院院刊PNAS杂志上,文章的通讯作者是中科院动物研究所的孙青原研究员。

  

生物通报道:越来越多的证据表明,特定的获得性性状可以遗传给下一代。不过,获得性性状的遗传仍然存在争议,因为人们还不了解这一现象背后的确切分子机制。

科学家们构建了不涉及基因的小鼠糖尿病前期模型,发现环境能诱导精子中发生表观遗传学改变,而且这种改变可以遗传到下一代。研究人员指出,父本的糖尿病前期症状影响了后代的表观遗传学修饰,这样的影响能遗传好几代。这项研究提前发表在美国科学院院刊PNAS杂志上,文章的通讯作者是中科院动物研究所的孙青原研究员。

这一成果不仅为获得性性状的遗传提供了分子基础,还揭示了肥胖症、二型糖尿病和其他慢性代谢疾病如此常见的原因。

在全球范围内,前期糖尿病和二型糖尿病(T2D)越来越普遍。此前人们已经发现,父亲的空腹血糖受损和糖耐量异常,会影响后代的代谢情况,但研究者们还不清楚这些影响背后的确切分子机理。

研究显示,父本的前期糖尿病会通过精子的表观遗传学改变,提高后代对糖尿病的敏感性。如果小鼠具有糖尿病前期的症状,其后代会出现葡萄糖耐受不良和胰岛素抵抗。

研究人员发现,糖尿病前期小鼠的后代与对照相比,胰岛中的基因表达模式发生改变,一些参与葡萄糖代谢和胰岛素信号传递的基因被下调。他们在前期糖尿病小鼠中,分析了胰岛的表观基因组,发现胞嘧啶甲基化被大量更改,其中涉及了许多与胰岛素信号传导有关的基因。研究还显示,前期糖尿病会改变小鼠精子的甲基化组,而这些改变很大程度上与其后代胰岛的改变重叠。

文章总结道,糖尿病前期会影响哺乳动物生殖细胞系的表观遗传学修饰,并由此跨世代遗传下去。

孙青原简历:

  男,196412月出生于山东省招远市,理学博士,研究员;计划生育生殖生物学国家重点实验室受精生物学研究组组长。

  国家杰出青年基金获得者,新世纪百千万人才工程国家级人选,目前担任国家发育与生殖重大科学研究计划项目(雌性生殖细胞减数分裂的分子基础)首席科学家,第6届国务院学位委员会学科评议组成员。兼任中国动物学会副理事长、细胞与分子显微技术分会理事长和生殖生物学分会秘书长。1994年在东北农业大学获得动物胚胎学理学博士学位,此后在中国科学院动物研究所、以色列巴伊兰大学、美国密苏里大学等从事5年半博士后研究。1998年被破格晋升为研究员。二十多年来,长期从事哺乳动物卵子成熟和受精研究,在卵子减数分裂恢复信号转导通路、纺锤体组装和染色体分离调节方面开展了系列研究工作,相关研究成果已发表SCI收录论文240余篇,影响因子累计超过840,被引用4500多次。出版国内、外专著、译著、科普书9部。由于在哺乳动物卵子研究领域的贡献,2006-2010年间,受邀以第一或通讯作者在领域知名期刊如 Human Reproduction UpdateMolecular EndocrinologySeminars in Cell Developmental BiologyCell CycleBiology of ReproductionMolecular Human ReproductionReproduction 等发表了一系列有关卵子的特邀综述,最近5年担任Biology of ReproductionCell CyclePLoS ONE11SCI期刊及5个国内核心期刊的的副主编或编委。国际会议或境外研究机构特邀报告48次。曾获 “全国优秀博士后”、“中国科学院青年科学家奖”、“中国科学院十大杰出青年”、“国务院政府特出津贴”、“新世纪百千万人才工程国家级人选”、“国家留学回国人员成就奖”、“中国青年科技奖”“十一五国家科技计划执行突出贡献奖”等荣誉和国家自然科学二等奖1项、省部级一等奖3项。已培养博士后、研究生59名;目前在读研究生6名,在站博士后7名。

生物通编辑:叶予

生物通推荐原文摘要:

Paternally induced transgenerational inheritance of susceptibility to diabetes in mammals

The global prevalence of prediabetes and type 2 diabetes (T2D) is increasing, and it is contributing to the susceptibility to diabetes and its related epidemic in offspring. Although the impacts of paternal impaired fasting blood glucose and glucose intolerance on the metabolism of offspring have been well established, the exact molecular and mechanistic basis that mediates these impacts remains largely unclear. Here we show that paternal prediabetes increases the susceptibility to diabetes in offspring through gametic epigenetic alterations. In our findings, paternal prediabetes led to glucose intolerance and insulin resistance in offspring. Relative to controls, offspring of prediabetic fathers exhibited altered gene expression patterns in the pancreatic islets, with down-regulation of several genes involved in glucose metabolism and insulin signaling pathways. Epigenomic profiling of offspring pancreatic islets revealed numerous changes in cytosine methylation depending on paternal prediabetes, including reproducible changes in methylation over several insulin signaling genes. Paternal prediabetes altered overall methylome patterns in sperm, with a large portion of differentially methylated genes overlapping with that of pancreatic islets in offspring. Our study uniquely revealed that prediabetes can be inherited transgenerationally through the mammalian germ line by an epigenetic mechanism.

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