Science：表观遗传的跨代传递

　　

生物通报道  越来越多的证据表明，环境压力可以造成基因表达发生改变，而这些改变可以从父母处传递给他们的后代，这使得“表观遗传学”成为了一个热门话题（延伸阅读：Science：祖母的表观遗传“原罪” ）。表观遗传修饰不会影响基因的DNA序列，但却可以改变DNA的包装以及基因的表达方式。现在来自加州大学圣克鲁兹分校的科学家们在一项研究中揭示了表观遗传记忆跨代遗传以及在发育过程中在细胞间传递的机制。

这项发表在9月19日《科学》（Science）杂志上的研究，将焦点放在了一种得到充分研究的表观遗传修饰——组蛋白H3甲基化上。众所周知，组蛋白H3上的一个特定氨基酸（第27位的赖氨酸）甲基化可以关闭或“抑制”基因，这种表观遗传标记存在于从人类到微小线虫所有的多细胞动物中。

“对于这一甲基化标记是否可以通过细胞分裂以及跨代进行传递一直存在争议，现在我们证实了确实可以，”论文的通讯作者、加州大学圣克鲁兹分校的分子、细胞核发育生物学教授Susan Strome说。

Strome实验室构建出了携带一种突变的线虫，这种突变除去了负责生成这一甲基化标记的酶，然后他们将这些线虫与正常的线虫交配。利用荧光标记，他们能够在显微镜下追踪从卵细胞和精子到受精后分裂的胚胎细胞中标记和未标记染色体的命运。突变卵细胞与正常精子受精生成的胚胎有6条甲基化的染色体（来自于精子）和6条无标记的染色体（来自卵子）。

随着胚胎的发育，细胞复制它们的染色体并进行分裂。研究人员发现，当一条标记染色体复制时，两条子染色体也被标记。但是没有组蛋白甲基化所需的酶，随着细胞分裂这些标记逐渐稀释。

Strome 说：“这种标记持续存在于由初始具有这种标记的染色体衍生的染色体上，但子染色体没有完全负载足够的标记。因此在单细胞胚胎中标记是明亮的，在细胞分裂后亮度变淡了些，在4细胞胚胎中光亮暗淡，到24-48细胞时我们就看不到它了。”

研究人员随后完成了相反的实验，让正常的卵细胞与突变精子受精。PRC2甲基化酶存在于卵细胞，但不存在于精子中。因此新实验中的胚胎仍然有6条无标记的染色体（这次来自精子）和6条有标记的染色体，但现在它们还有PRC2酶。

Strome 说：“值得注意的是，当我们观察通过细胞分裂的染色体时，看到在一次又一次的细胞分裂之后标记染色体仍然有标记且保持明亮，因为这些酶不断地在恢复这种标记，但无标记的染色体保持着无标记。这表明这种遗传的标记模式通过多次细胞分裂被传递。”

Strome指出，在这项研究中有关线虫组蛋白甲基化传递的研究发现对于其他的生物也具有重要的意义，尽管不同的生物在发育过程中不同的方面利用研究的这种抑制标记调控了不同的基因。所有的动物都利用相同的酶来构建了同样的甲基化标记作为一种基因抑制信号，她的从事小鼠和人类表观遗传研究的同事们对这些新发现感到非常兴奋。

“跨代表观遗传是一个尚未解决的领域——它处于不断变化之中。有数十个潜在的表观遗传标记。在一些证实了亲子表观遗传的研究中，还不清楚传递了什么，从分子水平上理解它非常的复杂。我们获得了表观遗传记忆传递的一个具体例子，我们可以在显微镜下看到它，这是拼图中的一块。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

L.J. Gaydos et al., “H3K27me and PRC2 transmit a memory of repression across generations and during development,” Science, 345:1515-18, 2014.