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Nature遗传学:同卵双胞胎为何也不一样?

2016/10/08 来源:生物通/王英
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导读
最近,瑞典卡罗林斯卡学院和路德维希癌症研究所的研究人员,描述了我们的细胞如何以及在何种程度上不同地利用遗传自父母的基因拷贝。在一个基础层面上,这有助于解释“为什么同卵双胞胎也有所不同,即便是他们有着相同的遗传组成”。


最近,瑞典卡罗林斯卡学院和路德维希癌症研究所的研究人员,描述了我们的细胞如何以及在何种程度上不同地利用遗传自父母的基因拷贝。在一个基础层面上,这有助于解释“为什么同卵双胞胎也有所不同,即便是他们有着相同的遗传组成”。有了这方面的知识,我们将更好地了解遗传性疾病预后结果的变化。

人类有两份常染色体基因,一份遗传自母亲,一份遗传自父亲,这两套基因拷贝往往并不是完全相同的,因为它们的DNA序列存在小的差异。因此,对细胞中的两套基因拷贝的利用如果发生变化,就会产生功能性的后果,但是它们的基因拷贝利用的本质和模式,在很大程度上仍然是未知的。现在,研究人员在分子遗传学水平上为这个长期存在的问题提供了答案。他们使用等位基因敏感性的基因表达分析,所谓的“单细胞RNA测序”,来研究新分裂的细胞,以显著的细节描述了小鼠和人类细胞中的基因拷贝表达动力学。

这项研究发表在《Nature Genetics》杂志,这篇论文的第一作者、细胞和分子生物学系的Björn Reinius指出:“我们的实验,可让我们能够确定哪些基因只表达一个基因拷贝,随着时间的推移哪些基因在两个基因拷贝之间动态地切换。”

非等同的遗传

在遗传学中,这两个基因拷贝被称为每个基因的“等位基因”。事实上,母亲和父亲的基因组中的DNA差异,解释了为什么兄弟姐妹会在生理上有所不同,因为兄弟姐妹遗传了不同的等位基因,从而有着不相同的遗传组成。然而,即使在所谓的同卵双胞胎中——携带相同的等位基因,一些遗传性状在表现上也有差异。例如,有时两个双胞胎中只有一个受到遗传性疾病的影响,即使这两个双胞胎携带相同的等位基因。

从历史上看,这主要是通过外部环境和生活史的变化来解释的。然而,在过去的几十年里,我们知道,发生在细胞内的纯粹随机的分子事件,实际上会影响等位基因如何以及何时表达。母亲某个基因的等位基因可能在某些个体的细胞中表达,而父亲的等位基因可能在同一个体的其他细胞中表达。表达的等位基因的这种“选择”,是通过细胞分裂,还是一次又一次地随着时间推移独立发生在每个细胞中,仍然是未知的。

这些相互矛盾的情况会导致非常不同的生理结果;首先导致体内的一部分细胞表达相同的等位基因,而其他情况则导致父亲和母亲基因拷贝之间的等位基因表达模式是飞快闪变的。本研究的结果表明,大多数常染色体基因的两个等位基因的表达是动态波动的,而只有少到0.5%至1%的基因固定只表达一个。

该项目负责人、卡罗林斯卡学院和路德维希癌症中心细胞和分子生物学系的Rickard Sandberg 表示:“我们从‘对于基因转录的这一详细研究’中所得到的知识,将帮助研究人员和医生更好地理解和模拟遗传疾病预后结果变化的根本机制。”

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