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如何理解与看待表观遗传学 (Epigenetics) ?

如何理解与看待表观遗传学 (Epigenetics) ?

的有关信息介绍如下:

如何理解与看待表观遗传学 (Epigenetics) ?

解读“表观遗传学”之前,先让我们看一下遗传学的概念。典型的遗传学是“龙生龙、凤生凤、老鼠的儿子会打洞”,很显然,老鼠不会生出小狗,那些想给自己的爱豆生“猴子”的想法也要破产。

遗传学很强大,但依然难以解释很多常见的生物学现象:(1)蜜蜂在幼虫阶段没有差别,基因都一样,但吃了蜂王浆的变成了蜂王,而没有吃的最终变成工蜂,吃什么竟然可以决定命运。(2)同卵双胞胎基因组完全相同,但为何依然显示出很多差异?

这提示,在遗传学之外,肯定还有其他的生物学机制。人们把遗传学之外的,即不依赖于DNA序列的,而且可以稳定遗传的研究,称之为表观遗传学(epigenetics)。epi是希腊文的前缀,表示“在……之上,独立……之外”。我们需要有这样的意识,凡是经典遗传学无法解释的,尝试用表观遗传学去解释,很多都会迎刃而解。

总结一下,遗传学决定了我们是人,而不是猴子或小狗;表观遗传学决定了,你是张三,我是李四,他是王五。

遗传学就像一台机器,而表观遗传学是这台机器的多重参数,很大程度上决定了这台机器运行状态,以及产出的结果是什么。我们人类有2万多个基因,遗传学只是告诉我们通过中心法则,这些基因有表达的可能,而表观遗传很大程度上决定了基因何时何地以何种方式表达,就像是基因的开关。关于表观遗传学如何决定基因的选择性表达,可以看我的另一个长回答:

也正是因为表观遗传对基因表达的调控作用,决定了具有相同基因的不同细胞,表达不同的基因。比如我们人类的细胞,基因组几乎完全相同,但类型却有200多种。

正如前面提到的例子,蜂蜜幼虫吃什么可以决定命运。人类虽然没有这么夸张,但是环境确实可以通过表观遗传,对我们甚至我们的子代的健康产生诸多影响,这也正是“环境表观遗传学”的范畴。

一个典型的案例是PM2.5对基因表达的调控。研究者收集各个地方的污染空气(主要是PM2.5污染),让小鼠暴露在这些PM2.5污染的空气中,检测对小鼠基因的影响。很多研究表明,PM2.5暴露并不改变基因的序列(即并不引起DNA突变),但是会影响DNA上化学修饰的变化,主要是DNA甲基化,进而影响了基因的表达。

另一个案例是前几天 @赵和玉 在文章中提到的,熬夜可以改变表观遗传,这并不是耸人听闻。

环境、生活习惯都可能通过表观遗传影响我们的身心健康,而且这种表观遗传印记甚至可以传递给自己的后代,这是我们需要特别注意的。

总之,经过20多年的发展,表观遗传学已呈现欣欣向荣的局面,终于迎来了属于她的夏天。关于更多表观遗传方面的知识,欢迎关注我的专栏“表观遗传学”。

参考文献:

1. Ding, R., et al., Characteristics of DNA methylation changes induced by traffic-related air pollution. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen, 2016. 796: p. 46-53.

2. Cedernaes, J., et al., Acute sleep loss results in tissue-specific alterations in genome-wide DNA methylation state and metabolic fuel utilization in humans. Sci Adv, 2018. 4(8): p. eaar8590.

3. Schwimmer, H., et al., Light at night and melatonin have opposite effects on breast cancer tumors in mice assessed by growth rates and global DNA methylation. Chronobiol Int, 2014. 31(1): p. 144-50.

图1来源于:http://www.bee-hexagon.net/royal-jelly/,https://www.whatisepigenetics.com/fundamentals/