Nature：解码表观遗传修饰的语言

　　

表观遗传变化在癌症、代谢和衰老相关疾病中发挥重要作用，但也在恢复力丧失过程中发挥重要作用，因为它们会导致受影响细胞中的遗传物质被错误地解释。亥姆霍兹慕尼黑大学的科学家们发表在《Nature》杂志上的一项重大研究为复杂的表观遗传修饰信号如何调节基因组提供了重要的新见解。这项研究将为治疗由错误的表观遗传机制引起的疾病铺平道路。

表观遗传复杂性的未解之谜

我们的身体由数百种不同类型的细胞组成，每种细胞都有其独特的形状和功能。如何构建生物体的信息储存在我们的DNA中。然而，虽然我们所有的细胞都共享相同的DNA，但它们并不都以相同的方式读取DNA。那么，举例来说，肝脏或脑细胞如何知道该遵循哪条指令呢?为了使这成为可能，使用了小的化学标签，即所谓的表观遗传修饰。它们就像旗子一样，告诉每个细胞使用DNA的哪些部分，忽略哪些部分。

乍一看很简单，这种表观遗传调控要复杂得多，因为有许多不同的修饰可以直接附着在我们的DNA上，也可以附着在所谓的组蛋白上。“组蛋白是一种包裹着DNA的小蛋白质，因此它可以包裹遗传物质，”研究负责人、亥姆霍兹慕尼黑大学功能表观遗传学研究所(IFE)副主任Till Bartke博士说。“根据组蛋白或DNA的化学修饰方式，它们可以对DNA产生不同的影响，从而控制基因活性。”

总之，表观遗传修饰形成了科学家所谓的表观遗传密码，允许细胞根据自己的特定需要打开或关闭基因。

然而，这些表观遗传修饰如何协同工作仍然是一个很大的谜团。Robert Schneider教授领导的功能表观遗传学研究所的研究重点是找出这种表观遗传密码是如何工作的:“我们对DNA和表观遗传机制之间复杂相互作用的理解，现在已经从我们研究所的这项开创性研究中迈出了重要的一步。”

在试管中破解表观遗传密码

为了破译表观遗传密码，Till Bartke和同事开发了一种创造性的方法来研究不同的表观遗传修饰组合是如何协同工作的。他们在试管中重建了许多这些修饰，并进行了实验，研究它们如何与我们细胞中的蛋白质相互作用，使用复杂的生化和质谱方法相结合。

“表观遗传修饰通常与所谓的表观遗传解读蛋白合作，后者识别它们并促进下游效应，”博士后研究员、该研究的第一作者之一Andrey Tvardovskiy博士解释说。“因此，揭示表观遗传学解读器如何解读如此复杂的修饰特征，对于理解我们的基因组如何发挥作用以及其调控不当如何导致人类疾病至关重要。”研究人员第一次看到了不同的修饰组合是如何被我们细胞中的蛋白质机器“读取”和翻译的。

用计算机解码表观遗传语言

利用新开发的人工智能方法，他们下一步着手解码表观遗传修饰的语言。研究人员发现，表观遗传密码的一些成分有很大的影响，特别是在控制基因激活的DNA片段上，而其他成分的影响较小。通过将所有这些信息整合在一起，他们成功地提取出了我们的遗传物质如何在细胞内组织和控制的几个基本规则。这些见解与不同领域的许多科学家高度相关，并有望催化许多未来的发现。为了确保他们的发现能够被尽可能广泛地获取，研究人员建立了一个名为“染色质状态调节的修改图谱”的网站(https://marcs.helmholtz-munich.de)，该网站提供了一个直观的交互式在线资源来探索他们的研究结果。

理解表观遗传学治疗人类疾病

由于表观遗传修饰在我们身体的一切活动中起着至关重要的作用，从生长、学习到保持健康，当修饰被放错位置或误读时，事情就会出错。这通常会导致癌症、发育障碍或精神残疾等疾病。但表观遗传变化也会在一生中积累，并受到环境、营养和生活方式的影响——这可能导致糖尿病等疾病，并导致衰老的有害影响。

通过了解表观遗传修饰如何起作用以及疾病中出现的问题，IFE的研究人员旨在开发治疗这些疾病的新方法，并解决适应不断变化的环境的问题。

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