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神奇!Science重要发现:母爱竟会改变孩子DNA

2018/03/30 来源:生物探索
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导读
父母对子女的影响有多大?继不久前有论文证实“父母有些基因即便没遗传给子女,也会通过其他形式影响到孩子”的论断后,最新发表在Science杂志上的一项研究又发现,妈妈的关爱会改变孩子的DNA!


图片来源:Science(DOI: 10.1126/science.aah3378)

在这篇题为“Early life experience drives structural variation of neural genomes in mice”的论文中,来自Salk研究所的科学家们证实,雌性小鼠的育儿方式真的能改变后代的DNA。这项成果支持了先前关于“儿童环境如何影响人类大脑发育”的相关研究。

论文的共同通讯作者Rusty Gage教授说:“我们一直被灌输了一种观念,即,我们的DNA是稳定的、不变的,但事实上,它们比我们认为的更有活力。”

跳跃基因L1

先前,科学家们已经知道,哺乳动物大脑中的大多数细胞都经历了DNA改变。这带来的影响包括使每个神经元与它的“邻居”略有不同。有研究已经证实,其中一些DNA改变是由“跳跃基因”(“jumping” genes,也被称为LINEs)引起的。这类基因能够从基因组中的一个位点移动到另一个位点。

2005年,Gage教授的实验室发现,一个名为L1的跳跃基因能够“跳”到发育的神经元脑细胞中。研究小组推测,这种变化可能会在大脑细胞中产生多种潜在的有益影响,但也可能会导致神经精神疾病。

论文的第一作者兼共同通讯作者Tracy Bedrosian说:“虽然我们知道细胞能够改变它们的DNA已经有一段时间了,但我们推测,这可能不是一个随机过程。也许在大脑或者环境中,有一些因素会影响DNA改变发生的频繁程度。”


图片来源:16sucai

母亲的关怀影响DNA

为了找到这一问题的答案,Gage、Bedrosian及他们的同事开始观察鼠妈妈照顾其后代的天然差异,然后,分析后代海马体(与情感、记忆有关的大脑区域)中的DNA。

结果显示,母亲的关怀(maternal care)与L1拷贝数量之间存在相关性:拥有细心母亲的小鼠携带的L1拷贝数较少,而拥有疏忽大意母亲的小鼠拥有更多的L1拷贝。


Pictured are cells in the mouse hippocampus (whose nuclei are stained blue) that underwent mobilization of the L1 gene (green). Credit: Salk Institute

为了确保,这种差异并不是一种巧合。研究小组进行了一系列的对照实验,包括检查小鼠父母的DNA,以确保后代并不是从父母那里继承了他们的L1数量;同时,也验证了这些额外的DNA确实是基因组DNA,而不是来自细胞核外的遗传物质。最后,科学家们还进行了交叉培养(cross-fostered)研究,即,由疏忽大意的母亲生出的后代让细心的母亲来抚养,反之亦然。结果显示,“生母疏忽大意但养母细心的小鼠”比“生母细心但养母疏忽大意的小鼠”拥有更少的L1拷贝。

研究人员推测,拥有疏忽大意母亲的后代会更有压力,这可能会以某种方式导致基因复制和移动地更频繁。值得一提的是,母亲的关怀与其他已知跳跃基因的数量之间没有相似的相关性,这表明,这种因素对L1有独特的作用。

背后机制与甲基化有关

研究中,科学家们还调查了甲基化——DNA上的一种化学标记模式,能够被环境因素所影响。结果发现,其他已知跳跃基因的甲基化在所有后代中都是一致的,但L1的情况就不同了。具体来说,“拥有疏忽大意母亲的小鼠”比“拥有细心母亲的小鼠”拥有显著更少的甲基化L1基因,这表明,甲基化是负责L1基因流动性的机制。


图片来源:Salk研究所

Gage教授说:“我们的这一发现与儿童忽视相关的研究一致。这些研究展示了其他基因DNA甲基化模式的改变。这是一件充满希望的事情,因为一旦你了解了一种机制,就能开始制定干预策略了。”

研究人员强调,目前还不清楚是否L1的增加会有功能上的影响。接下来,他们将调查“小鼠在认知测试中的表现”是否与L1基因的数量有关。

参考资料:

Early life experiences influence DNA in the adult brain

Science:父母的基因有多“牛”?不遗传都会影响孩子!

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