单细胞胚胎中基因开启方式类似癌症诱因

　　

               

当胚胎形成时，它的基因——由受精的精子和卵子捐赠——是沉默的。不知何故，在发育的早期阶段，胚胎基因必须被开启。如果胚胎中没有这个至关重要的“基因开启”开关，我们就不会在这里，然而令人惊讶的是，我们对这个开关的样子知之甚少，也不知道推动这个开关的“分子手指”是什么。

然而，多亏了今天发表在《Cell Reports》上的研究，胚胎学家现在已经描述了这个开关，并可以揭示推动它的手指的身份。这项研究是巴斯大学、剑桥大学的生物学家以及德国和美国同事的合作成果。

研究小组将精子注入卵子的方法与信使RNA (mRNA)测序的最新技术相结合，在小鼠身上取得了这一发现。

mRNA是基因的“中间人”，它从基因中读取信息，并将其传递到细胞中制造蛋白质(生命的基石)的区域。mRNA在受精前在卵子中产生，在基因组被打开时也会在胚胎中产生:研究人员能够区分这两种类型，并描述胚胎“打开”开关的特征。

他们的方法确定了新胚胎受精后精确时间内的基因活性。研究发现，在小鼠胚胎中，这种活动在精子注射后4小时内开始，并遵循一个程序:基因不是随意打开的，而是按照预先设定的顺序打开的。

研究小组首次在任何物种的单细胞胚胎中以预先设定的顺序确定了基因激活的顺序，并表明活性基因的功能符合早期胚胎发育的特征。

科学家们之前已经在很多情况下研究出了哪些“分子手指”控制哪些基因，正因为如此，这项新研究的作者们能够预测哪些手指在胚胎发育的开始起作用:一些手指的指纹在胚胎基因上，从而可以确定罪魁祸首的手指。

在一个不同寻常的转折中，这项侦探工作表明，许多引发癌症的嫌疑人也与癌症有关。

巴斯大学生命科学系领导这项研究的Tony Perry教授说:“许多导致胚胎基因活动开始的因素早就被认为是主要的致癌基因。很有可能，癌的发生就是胚胎的发生。”

研究小组继续进行了调查工作，证明这些可疑的因素(“分子手指”)确实存在于单细胞胚胎中，它们是从卵子继承而来的。当他们在受精后使用抑制剂阻止这些因子发挥作用时，胚胎几乎立即停止发育。

研究人员进一步研究了一种分子指——一种叫做c-Myc的癌症相关因子。如果c-Myc实际上负责在发育开始时开启基因，研究小组推断抑制它应该可以阻止这种开关。这正是他们所发现的:如果没有c-Myc活性，许多基因就不会启动，这表明c-Myc确实是启动胚胎基因的分子手指。

研究小组认为，c-Myc和其他因子在卵子中处于休眠状态，直到它们自己被受精激活。这项在小鼠身上进行的研究与最近发表的研究结果重叠，研究人员发现，人类胚胎中的基因活动也始于单细胞阶段。

“在小鼠和人类单细胞胚胎中，许多基因从一开始就被开启，”这项研究的主要作者，Maki Asami博士说。“在这两个物种中预测了相同的致癌转录因子的参与。”

因此，这项研究的发现似乎不仅阐明了调控哺乳动物发育开始的机制，而且有望为研究引发癌症的过程奠定基础，而在大多数情况下，这一过程是难以捉摸的，也是未知的。

Perry教授说:“我们的工作为癌症的早期检测打开了临床的新篇章。”

他补充说，他希望遵循该团队的探测工作所提供的线索，以便在未来利用胚胎和癌症之间的相似之处来弥补我们对两者理解的差距。