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Science顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示基因表達(dá)的隨機(jī)性
2014-1-10 閱讀(318)
來自Ludwig癌癥研究所的研究人員揭示了一種現(xiàn)象，其有可能改變?nèi)藗冴P(guān)于基因組如何表達(dá)從而生成及維持哺乳動(dòng)物生命的一個(gè)普遍觀點(diǎn)。這篇發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上的論文，幫助解釋了為何基因相同的動(dòng)物有時(shí)在生物學(xué)和外形上會(huì)如此的不同，以及為何由共同的一組異常基因引起的一些遺傳疾病在不同個(gè)體身上疾病嚴(yán)重程度顯示如此大的差異。
“我們捕獲了此前從未描述過的、基因表達(dá)水平的固有隨機(jī)性——其持續(xù)存在于整個(gè)發(fā)育時(shí)期并進(jìn)入到成年期，”瑞典Ludwig癌癥研究所和Karolinska學(xué)院的Rickard Sandberg說。采用Sandberg實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一種強(qiáng)有力的新技術(shù)分析單細(xì)胞中整體的基因表達(dá)，從而生成了這一研究發(fā)現(xiàn)。
除了性染色體上的一組基因，每個(gè)哺乳動(dòng)物都從它的雙親那里繼承了每個(gè)基因的兩個(gè)副本，一個(gè)來自母體，一個(gè)來自父體。這些成對(duì)的基因被稱作“等位基因”（allele），并且等位基因與它們的基因組同胞之間往往存在顯著的差異，從而導(dǎo)致了大量的人類和動(dòng)物多樣性。然而，長(zhǎng)期以來并不清楚在所有特定的細(xì)胞或生物體中每對(duì)等位基因是否均等表達(dá)，或是一個(gè)等位基因優(yōu)于另一個(gè)。當(dāng)前的研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠基因組編碼的所有等位基因中，有12-24%的只表達(dá)一個(gè)等位基因。此外，細(xì)胞之間表達(dá)等位基因的選擇隨機(jī)變化，在它們的整個(gè)生命過程中在兩個(gè)選項(xiàng)之間頻繁地切換。生物學(xué)家們通常認(rèn)為，除了少數(shù)的例外——那些性決定基因，所有染色體上的大多數(shù)的等位基因都是均等表達(dá)。他們也早就知道“印記”基因是一個(gè)例外。但這樣的基因只占總數(shù)的1%。“我們發(fā)現(xiàn)那些并非是印記基因的基因，大約每5對(duì)等位基因中就有一對(duì)一次只隨機(jī)和動(dòng)態(tài)地表達(dá)一個(gè)等位基因。如果一個(gè)等位基因正在表達(dá)，而另一個(gè)卻不知道。兩者之間就會(huì)失去協(xié)調(diào)，”Sandberg說。
這在某種程度上解釋了為何雙胞胎——幾乎*相同的基因組的產(chǎn)物——彼此之間會(huì)在外貌和疾病傾向上顯示顯著的差異。畢竟，生物是由細(xì)胞構(gòu)成，每個(gè)細(xì)胞都是表達(dá)基因的產(chǎn)物。動(dòng)態(tài)和隨機(jī)的等位基因表達(dá)導(dǎo)致了一些性狀的差異混雜，甚至是基因*相同的個(gè)體。
這一研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于我們了解諸如神經(jīng)纖維瘤等一些遺傳性疾病也具有重要的影響。神經(jīng)纖維瘤是一種以非癌性神經(jīng)腫瘤全身增殖為特征的疼痛性疾病。共同具有致病突變的人們受這一疾病影響的程度顯示出極大的差異，這是長(zhǎng)期以來的一個(gè)謎題。等位基因表達(dá)的這種固有的隨機(jī)性有可能幫助導(dǎo)致了這一疾病以及其他疾病的這些差異。
