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厉害了!中国人胚胎数据助力表观遗传研究,证明早期胚胎环境会影响未来健康

2018/07/16 来源:生物探索
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导读
7月11日,发表在Science Advances杂志上的一项研究称,科学家们已初步了解到,在受孕后的最初几天里,我们基因上的标记可能与未来不良健康结果有关。这项研究是了解胚胎对早期环境作出反应的机制的重要一步,或能指导受孕前干预模式的制定,为未来健康打下基础。

我们从父母那里继承的基因被一套复杂的指令(即所谓的“表观遗传”)所覆盖,这些指令决定了基因是如何表达的。表观遗传修饰有多种形式,控制着许多重要的生理过程。简单点说,身体中的每个细胞都含有一组相同的遗传基因,但表观遗传标记确保了不同的基因组合被激活或关闭,从而形成各种细胞类型,如肌肉、骨骼和神经。

最新进展

在最新研究中,研究人员通过分析成人和儿童基因组的特定区域——亚稳外延等位基因 (MEs) ,该区域的甲基化修饰在受孕后的头几天就已存在。但迄今为止,还没有科学家能理解这些标记在受孕后最初几天是如何运作的。

为了找到答案,研究人员使用了中国人胚胎(均通过体外受精( IVF )受孕实现)的公开数据,包括测量早期胚胎发育过程中多个阶段的DNA甲基化(涵盖精子和卵细胞,以及只分裂有少数细胞的胚胎)。

接着,研究小组追踪了生命第一周DNA修饰的删除和重建模式,并将此与妊娠6至10周的完全分化的胚胎的肝细胞的甲基化模式进行了比较。

他们发现,与基因组上的其他区域相比,MEs在这些胚胎中显示出非典型的模式。

与基因组中绝大多数甲基化位点相反,胚胎中肝细胞以及其他已分化细胞的基因组ME甲基化的变化要大得多。这表明MEs甲基化的建立可能对外部环境因素敏感。

研究人员认为,这些区域可能已经进化到能够感知营养环境、记录DNA信息,从而有助于婴儿适应环境。

此外,研究人员还解析了与MEs在基因组中的位置有关的其他因素,这些因素可能为解释它们的异常行为提供进一步的线索。

图片来源:CC0 Creative Commons

重要影响

通讯作者Matt Silver博士说:“以前我们的研究表明,这些区域的表观遗传标记与受孕前后产妇营养的差异有关,有几个MEs与下一代未来的健康有关(尽管还需要进一步的工作来证实这一点);在新研究中,我们首次深入了解了这些标记是如何在早期胚胎中形成的。我们发现,它们在生命的最初几天表现得与众不同,这是了解我们早期环境如何影响我们的发展和未来健康的重要一步。”

研究人员介绍,此前在冈比亚进行的一项“自然实验”研究表明,冈比亚雨季和旱季的饮食模式差异很大,母亲(可能还有父亲)的营养状况会影响MEs甲基化模式。另外一些证据表明,某些MEs的甲基化状态与癌症和肥胖风险增加有关。

该研究作者之一Andrew M. Prentice教授说:“我们不能改变从父母那里继承的基因,但这项工作表明,我们可能能够改变支配这些基因运作的表观遗传模式,例如,某些表观遗传标记在受孕时对营养物质的输入敏感,这一事实说明了父母双方在怀孕前健康均衡饮食的重要性。”

“此外,这些发现也为在受孕前制定干预措施提供了令人兴奋的可能性,这可能会降低后代患病的风险。”

一些局限性

目前,研究人员还需要更多的工作来确定母亲和父亲饮食的哪些组成部分以及其他环境因素能够影响早期胚胎中的DNA甲基化模式,并更好地理解这些因素如何可能与晚年的不良健康结果相关联。

同时,作者承认他们的研究存在一些局限性,包括研究的胚胎数量少,以及很难确定基因变异在多大程度上影响DNA甲基化等。

责编:浮苏

参考资料:

DNA marks in adults tracked back to changes in earliest days of life

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