媽媽對孩子的無盡影響:基因銘印(gene imprinting)

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受精卵的基因組源自父母,但胚胎不會完整複製親緣的單套基因組、與精卵來源完全一致。特定基因表現與否,有時取決於精卵基因組上的表觀遺傳篩選,這項機制可以解釋為何胚胎發育時,受精卵能分化成不同功能的細胞。但當它調控失誤,也可能導致子代不可逆的疾病產生。

基因銘印(gene imprinting)在不改變基因序列的前提下,影響子代性狀

上述受精卵在不改變基因序列的條件下左右子代的性狀表現,稱為基因銘印(gene imprinting)。其原理是 DNA 經甲基團修飾,對胚胎發育過程的基因表現產生標記作用,這個機制會調節細胞分化方向和未來個體的性狀表現,進而造成長期健康影響。例如罕見疾病「普瑞德威利症候群(Prader-Willi syndrome)」(俗稱「小胖威利症」)就與基因銘印作用,導致第 15 號染色體缺失有關。

其中,在大量參與調控胚胎的訊息來源中,已知許多來自母方的卵子。但確切而言是哪些基因,仍所知不多。

母源 SMCHD 1 可調控子代特定基因關閉 

由澳洲沃爾特和伊利莎·霍爾醫學研究院( Walter and Eliza Hall Institute, WEHI)研究團隊發表於《eLIFE》一項研究顯示,來自於卵子的表觀遺傳抑制子(epigenetic repressor)SMCHD 1 扮演調節受精卵性狀和基因銘印的重要角色。

SMCHD 1 為非典型染色體結構維持(SMC)蛋白家族的成員,透過調節染色質結構在表觀遺傳沉默中扮演關鍵角色。SMCHD1 透過拮抗 TET 蛋白來調節 DNA 甲基化,進而使特定 X 染色體保持去活化狀態。

透過高解析度螢光顯微技術標記 SMCHD 1,研究人員在受精卵的 5 個細胞分裂週期內都可觀察到 SMCHD 1 的蹤影,此外他們更發現, SMCHD 1 會關閉老鼠胚胎發育早期的 10 組基因。這些發現說明了母源基因細微的作用,產生基因銘印並對子代造成的長遠影響。

基於對 SMCHD 1 作用機制的了解,將能從基因調控的角度,揭開早期胚胎發育的基因標的線索,也能為進一步探討發育性遺傳性疾病的致病機制,如小胖威利症、Bosma 無鼻小眼球症候群(Bosma arhinia microphthalmia syndrome, BAMS)、 顏面肩胛肱骨型肌肉失養症 ( facioscapulohumeral muscular dystrophy),以及幫助後續的藥物開發。

參考資料:
1. https://www.google.com/url?q=https://www.wehi.edu.au/news/mothers-touch-lingers-her-childs-genes&sa=D&source=editors&ust=1620358327721000&usg=AOvVaw2t_i8LuPVKL7_-axFPGSyT
2. https://elifesciences.org/articles/55529
3. https://www.genome.gov/genetics-glossary/Genetic-Imprinting

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