来源：生物360

 

 

        日前，一支国际小组完成了由美国国立卫生研究院（NIH）主持的表观遗传组路线图项目，并对调控人类早期发育的基因的表达机制进行了全面分析。

 

        此外，他们发现了可能在胚胎遗传和癌症遗传方面发挥重要作用的新的遗传现象。公布的数据包括了超过四年的实验分析，这将极大的帮助生物医学几乎每个子领域的研究工作。

 

        当一个卵子被受精以后，它会分裂多次，从一个细胞长成一个人体。在发育的胚胎中，每一代功能不同的细胞又会接着通过表达一部分特定的基因并抑制另一部分基因来实现分化。

 

        研究人员表示，通过利用大型的基因组技术，我们能够探索在胚胎细胞及其子代细胞选择命运（即它们将产生哪部分的身体组织）的时候，基因组中基因的表达是如何被开启和关闭的。

 

        一个细胞可以通过DNA甲基化（一个甲基添加到胞嘧啶上）来调节他们的基因。另外，大量的化学修饰也会加到细胞核内DNA包裹的组蛋白上来调控基因表达，其 中一种基因沉默的方式是“H3K27me3”，即3个甲基特异性的添加到组蛋白H3上。研究人员解释道，人们通常不会想到，从它们的功能来看，这两个“表 观”的修饰是非常不同的。

 

        目前的研究将结束这一观念。研究人员发现，在分析整个基因组的这些修饰，即表观遗传组时，调节早期胚胎发育的主控基因往往由组蛋白甲基化H3K27me3关闭。同时，细胞分化的最后阶段主要由DNA甲基化来精心安排，使细胞变得越来越专注于特定的功能。

 

        研究人员表示，组蛋白甲基化是相对容易扭转的，但是DNA甲基化的扭转则是一个很复杂的过程，它需要更多的资源，并且更可能导致潜在的有害突变。因此可能需 要从发育过程的多个点利用组蛋白甲基化来沉默主控基因，而DNA甲基化主要是在稍后的阶段被用来关闭基因，这时细胞已经具有了特定的功能，可能不再需要那 些基因。

 

        研究人员还发现，人类基因组中有超过1200个大型的区域在发育过程中始终没有DNA甲基化的存在。事实证明， 被认为是发育主控因子的许多基因都位于这些区域，研究人员称它们为DNA甲基化谷（DNA methylation valleys， DMVs）。另外，该小组还发现DMVs在结肠癌细胞中是异常甲基化的。我们知道，异常的DNA甲基化在多种癌症中均发挥重要作用，这些结果暗示，细胞 DNA甲基化机制本身的改变可能是肿瘤发展的主要步骤。

 

        此外，研究人员还总结了DNA序列的调控元件——增强子，他们确定了10300多个可能的增强子，并在六种细胞类型中明确了它们的激活和沉默情况。

 

        未来几年，研究人员极有可能将继续筛选该研究中获得的数据，进一步调查表观遗传现象与多种细胞功能和疾病的关系。

研究人员表示，这些数据将对科学界理解人类早期发展非常有用。这项研究的主要贡献在于为生物医学研究建立了一个主要的信息资源，许多复杂疾病的根源其实早就存在于人类早期发育的过程中了。

 

原文检索：

Wei Xie, Matthew D. Schultz, James A. Thomson, Joseph R. Ecker, Bing Ren et al. Epigenomic Analysis of Multilineage Differentiation of Human Embryonic Stem Cells. Cell, 09 May 2013; DOI: 10.1016/j.cell.2013.04.022