PNAS新研究表明，表观遗传记忆在多代人之间传递

在不改变DNA中的遗传密码的情况下，表观遗传修饰可以改变基因的表达方式，影响有机体的健康和发育。曾经激进的观点认为，基因表达的这种变化可以遗传，现在有越来越多的证据支持这一观点，但其中的机制仍然知之甚少。一项新的研究表明，一种常见的表观遗传修饰不仅可以通过精子从父母传给后代，还可以传给下一代(“孙辈”)。这被称为“跨代表观遗传”，它可以解释一个人的健康和发展如何受到他或她父母和祖父母的经历的影响。

　　

   

   

图:在一项表观遗传研究中，研究人员创造了线虫的胚胎，这些胚胎继承了带有H3K27me3表观遗传标记的卵子染色体，而精子染色体缺乏该标记。左边的单细胞胚胎继承了卵子的粉色染色体和精子的绿色染色体，这些颜色显示了H3K27me3的存在或缺失。右边的双细胞胚胎显示卵子和精子染色体在每个细胞核中结合。    

在不改变DNA中的遗传密码的情况下，表观遗传修饰可以改变基因的表达方式，影响有机体的健康和发育。曾经激进的观点认为，基因表达的这种变化可以遗传，现在有越来越多的证据支持这一观点，但其中的机制仍然知之甚少。

加州大学圣克鲁斯分校的研究人员进行的一项新研究表明，一种常见的表观遗传修饰不仅可以通过精子从父母传给后代，还可以传给下一代(“孙辈”)。这被称为“跨代表观遗传”，它可以解释一个人的健康和发展如何受到他或她父母和祖父母的经历的影响。

这项研究中, 他的研究重点是组蛋白的一种特殊修饰，这种修饰改变了DNA在染色体中的包装方式。这种被广泛研究的表观遗传标记(称为H3K27me3)被认为可以关闭或“抑制”受影响的基因，并且在从人类到线虫的所有多细胞动物中都有发现秀丽隐杆线虫用于本研究。

“这些结果建立了精子传递的组蛋白标记与后代和孙辈基因表达和发育之间的因果关系，”通讯作者苏珊·斯特罗姆说。

组蛋白是染色体中参与DNA包装的主要蛋白质。被称为H3K27me3的表观遗传标记指的是组蛋白H3中特定氨基酸的甲基化。这导致DNA被更密集地包装，使该区域的基因更不易被激活。

新的研究涉及选择性地从染色体中剥离这个组蛋白标记秀丽隐杆线虫然后用精子使染色体完全标记的卵子受精。在由此产生的后代中，研究人员观察到异常的基因表达模式，在没有抑制性表观遗传标记的情况下，父亲染色体(继承自精子)上的基因被打开或“上调”。

这导致组织启动了它们通常不会表达的基因。例如，生殖系组织(产生卵子和精子)启动了通常在神经元中表达的基因。

“在我们分析的所有组织中，基因都异常表达，但在不同的组织中出现了不同的基因，这表明组织环境决定了哪些基因被上调，”Strome说。

对子代种系组织染色体的分析表明，上调的基因仍然缺乏抑制性组蛋白标记，而未上调的基因则恢复了抑制性组蛋白标记。

斯特罗姆解释说:“在后代的种系中，一些基因被异常打开，并保持在缺乏抑制标记的状态，而其余的基因组重新获得标记，这种模式被传递给了子孙后代。”“我们推测，如果这种DNA包装模式保持在种系中，它可能会传递给无数代人。”

在子代中，研究人员观察到一系列发育影响，包括一些完全不育的蠕虫。这种结果的混合是由于在产生精子和卵子的细胞分裂过程中，染色体的分布方式，导致了许多不同的染色体组合，这些组合可以传递给下一代。

Strome实验室的研究人员一直在研究表观遗传秀丽隐杆线虫多年来，她说这篇论文代表了他们在这一领域工作的顶峰。她指出，其他研究哺乳动物细胞培养的研究人员报告的结果与她的实验室在蠕虫中发现的结果非常相似，尽管那些研究没有显示传代。

她说:“这看起来像是动物基因表达和发育的保守特征，而不仅仅是蠕虫特有的奇怪现象。”“我们可以做惊人的基因实验秀丽隐杆线虫这在人类身上是做不到的，我们在蠕虫身上的实验结果可以对其他生物产生广泛的影响。”

这篇论文的共同第一作者是金城清美(Kiyomi Kaneshiro)和加州大学sc研究助理Thea Egelhofer。金城清美是Strome实验室的研究生，目前是Buck Institute for Research on Aging的博士后研究员。合著者还包括生物信息学家Andreas Rechtsteiner和研究生Chad Cockrum(现在在IDEXX实验室)。这项工作得到了美国国立卫生研究院的支持。

文章标题

Sperm-inherited H3K27me3 epialleles are transmitted transgenerationally in cis