细胞也有“蝴蝶效应”——瞬间发生的细胞差异改变疾病风险

【字体: 时间:2019年07月01日 来源:生物通

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  研究发表在6月28日的《Science》杂志,该研究发现了数百个与个体基因表达差异相关的DNA区域。

  

电影和科幻小说经常遇到过去的一个小变化对未来产生重大,有时甚至是改变生活的影响。通过一系列快照,研究人员捕捉到了这种所谓的“蝴蝶效应”在心肌细胞发育中的作用,并提出,这种新的基因表达活性序列的观点可能会让我们进一步了解疾病风险。

研究发表在6月28日的《Science》杂志,该研究发现了数百个与个体基因表达差异相关的DNA区域。

“人类基因组早已深入人心并被广泛研究,但每个人的细胞如何使用基因组却是一个更复杂的、动态的,而且还没有被很好理解的问题。在这项研究中,我们寻找细胞发育过程中人与人之间的基因差异变化情况,”约翰霍普金斯大学生物医学工程副教授、该论文通讯作者之一Alexis Battle说。

Battle说,虽然以前的研究已经确定了数千个表达数量性状位点(eQTL),或影响基因表达的DNA区域,但它们都是依赖在单个时间点收集的数据。然而,实际表达的许多差异可能发生在不同的发育阶段或依赖于不同环境,导致研究人员可能错过无法在完全发育的组织中研究的疾病关联。

芝加哥大学遗传医学主任、该研究的另一位通讯作者Yoav Gilad说:“这些关联就像流星一样。它们出现在某一点上,而后在发育过程中不再出现,但它们可能对成熟组织的表型,甚至对疾病都很重要。除非你在那个特定的时间研究这些特定的细胞类型,否则你永远不会知道它们的意义。”

为了找到这些转瞬即逝的联系,研究小组使用了诱导多能干细胞,这是一种几乎可以成为任何类型细胞的主要干细胞,然后让它们分化成心肌细胞。

在为期16天的心肌细胞发育过程中,每天提取一次来自19名志愿者的细胞的RNA样本。据Battle所知,这是有史以来科学家们首次对多个个体的心肌细胞基因表达进行大规模的随时间推移的研究。

通过每天获取基因表达数据,研究人员在细胞既不是新干细胞,也不是完全形成的心肌细胞的中间阶段获得了重要的基因表达信息。

细胞发育过程中的这些短暂差异也许可以解释癌症、心脏病或糖尿病等复杂疾病的风险差异,这些疾病不是由单一基因突变引起的,而是由数百种基因引起的。这些微小的突变本身不会显著影响你的整体健康,但它们加在一起会增加患特定疾病的风险。新研究表明,微小的遗传差异可能会影响基因表达的许多方面。

“为了充分了解遗传学是如何影响疾病风险的,我们最终必须考虑所有可能与不同疾病相关的不同细胞类型、发育时间点和环境条件。这项研究是朝这个方向迈出的第一步,”Battle说。

由于使用干细胞和定点取样RNA表达的方法仍然是劳动力和资源密集型的操作,因此短时间内它不可能成为一种常用的诊断工具。然而,Battle希望,这种方法可以用来帮助识别影响疾病的基因,并指导设计有效的、有针对性的干预措施。

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原文检索:Dynamic genetic regulation of gene expression during cellular differentiation

(生物通:伍松)

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