妈妈对孩子的无尽影响:基因铭印(gene imprinting)

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受精卵的基因组源自父母,但胚胎不会完整复制亲缘的单套基因组、与精卵来源完全一致。特定基因表现与否,有时取决于精卵基因组上的表观遗传筛选,这项机制可以解释为何胚胎发育时,受精卵能分化成不同功能的细胞。但当它调控失误,也可能导致子代不可逆的疾病产生。

基因铭印(gene imprinting)在不改变基因序列的前提下,影响子代性状

上述受精卵在不改变基因序列的条件下左右子代的性状表现,称为基因铭印(gene imprinting)。其原理是 DNA 经甲基团修饰,对胚胎发育过程的基因表现产生标记作用,这个机制会调节细胞分化方向和未来个体的性状表现,进而造成长期健康影响。例如罕见疾病“普瑞德威利症候群(Prader-Willi syndrome)”(俗称“小胖威利症”)就与基因铭印作用,导致第 15 号染色体缺失有关。

其中,在大量参与调控胚胎的讯息来源中,已知许多来自母方的卵子。但确切而言是哪些基因,仍所知不多。

母源 SMCHD 1 可调控子代特定基因关闭 

由澳洲沃尔特和伊利莎·霍尔医学研究院( Walter and Eliza Hall Institute, WEHI)研究团队发表于《eLIFE》一项研究显示,来自于卵子的表观遗传抑制子(epigenetic repressor)SMCHD 1 扮演调节受精卵性状和基因铭印的重要角色。

SMCHD 1 为非典型染色体结构维持(SMC)蛋白家族的成员,透过调节染色质结构在表观遗传沉默中扮演关键角色。SMCHD1 透过拮抗 TET 蛋白来调节 DNA 甲基化,进而使特定 X 染色体保持去活化状态。

透过高分辨率萤光显微技术标记 SMCHD 1,研究人员在受精卵的 5 个细胞分裂周期内都可观察到 SMCHD 1 的踪影,此外他们更发现, SMCHD 1 会关闭老鼠胚胎发育早期的 10 组基因。这些发现说明了母源基因细微的作用,产生基因铭印并对子代造成的长远影响。

基于对 SMCHD 1 作用机制的了解,将能从基因调控的角度,揭开早期胚胎发育的基因标的线索,也能为进一步探讨发育性遗传性疾病的致病机制,如小胖威利症、Bosma 无鼻小眼球症候群(Bosma arhinia microphthalmia syndrome, BAMS)、 颜面肩胛肱骨型肌肉失养症 ( facioscapulohumeral muscular dystrophy),以及帮助后续的药物开发。

参考资料:
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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