人們常說(shuō)的"有其父,必有其子"從很大程度上講出了真相。
你知道嗎?如果一個(gè)男孩在青春期之前吃得過(guò)多,那將對他未來(lái)的孩子和孫子的健康產(chǎn)生直接影響。這項研究在瑞典的一個(gè)邊遠村莊進(jìn)行,研究者們準確的總結到:這些兒子和孫子們,而非女兒和孫女們,不論他們本身的飲食習慣是怎樣的,他們都更容易因糖尿病或者心血管疾病而死亡。"表觀(guān)遺傳"成為可解釋這一現象的一個(gè)神奇的詞語(yǔ)。然而,表觀(guān)遺傳的中介物-- DNA 修飾、組蛋白修飾或RNA改變是否可以從一代傳遞到下一代呢?它們是怎樣遺傳的呢?這些對于研究人員來(lái)說(shuō)仍然是一個(gè)很大的問(wèn)號。
日前,瑞士弗雷德里克-米歇爾生物醫學(xué)研究所(Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research, FMI)的研究人員確定了精子發(fā)育過(guò)程中,組蛋白及其標簽保留的分子邏輯。這些發(fā)現為強調關(guān)于表觀(guān)遺傳的基礎性問(wèn)題奠定了基礎,即精子的染色質(zhì)標簽是否可 以遺傳,以及如何遺傳到下一代,這有助于理解受經(jīng)驗或環(huán)境塑造的特征的表觀(guān)遺傳。
這項最新研究描述了染色質(zhì)攜帶的表觀(guān)遺傳信息在精子發(fā)育過(guò)程中被保留下來(lái)的機制,它們可能最終傳遞給了下一代。
在精子中, DNA 包裹的緊密程度是核細胞以及常規細胞的 10-20 倍。 DNA 的緊密包裹由魚(yú)精蛋白介導,在男性精細胞分化的過(guò)程中,當組蛋白被移除時(shí),魚(yú)精蛋白附著(zhù)到了 DNA 上。然而,這一過(guò)程并沒(méi)有完成:大約 1% 的組蛋白保留在了小鼠的精子上,它們尤其集中在具有基因調控功能的序列上。研究人員確定了這些殘留組蛋白保留的邏輯基礎,并且提出了這樣的問(wèn)題:一般而言,這些組蛋白是否在特征的表觀(guān)遺傳方面發(fā)揮作用。
研究證明,殘留的組蛋白主要結合富含 CpG 的 DNA 序列,它們被稱(chēng)為 CpG 島,但是只在它們非甲基化時(shí)才可以結合。這些序列通常存在于基因的啟動(dòng)子區域,即控制基因表達的 DNA .特別的是,在精子發(fā)育成熟以及核小體保留之前,這些 CpG 島經(jīng)歷了自身染色質(zhì)的一項大的重塑,它們將復制依賴(lài)型的、包含組蛋白 H3.1 和 H3.2 的核小體換成了包含組蛋白變型 H3.3 的核小體。交換的程度與 CpG 島的豐富度以及受 CpG 島控制的基因的轉錄水平有關(guān)。然而還有一些例外。研究人員指出,在受抑制的 CpG 島處(H3K27me3),核小體交換的水平是很低的。有趣的是,精子中的這些 CpG 島保留了老的 H3.1 和 H3.2 組蛋白。另外,研究人員還證明,在男性生殖細胞系中,包含 H3.1 和 H3.2 的啟動(dòng)子控制的大部分基因在早期胚胎發(fā)育中受到抑制。
研究人員表示,有了闡述精細胞發(fā)育過(guò)程中控制組蛋白保留機制的這項綜合研究,科學(xué)家們就能夠在小鼠模型中確定世代之間的一個(gè)較好的表觀(guān)遺傳因子,進(jìn)而找到在人類(lèi)和小鼠中進(jìn)化保守的基本原理。
研究人員相信,要更好的理解由經(jīng)驗和環(huán)境塑造的特征的表觀(guān)遺傳,這是第一步。
研究人員將上述研究成果發(fā)表在了近期出版的《自然-結構與分子生物學(xué)》(Nature Structural & Molecular Biology)雜志上。
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