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Cell Stem Cell挑战传统观点:一些基因从最开始就被开启了

学家们发现,人类胚胎中的基因在受精后迅速变得活跃,这为人类胚胎生命的开始打开了一扇新的窗口。

小鼠单细胞胚胎显示出两个原核:人类的版本是相似的,它们为未来发展所做的忙碌准备仍然是一个谜。

一些基因从一开始就活跃的这一发现挑战了传统的观点,后者认为基因在人类胚胎中只有在受精后的两到三天,由4到8个细胞组成时才会活跃起来。

这项新发现的活动开始于单细胞阶段——比之前认为的要早得多——有望改变我们对自身发育起源的看法。

这项研究发表在今天的《细胞干细胞》杂志上,由巴斯大学的 Tony Perry 教授、剑桥大学的Giles Yeo博士和Matthew VerMilyea博士共同领导。

这一研究团队利用一种称为 RNA 测序的方法,对单个人类卵子和单细胞胚胎进行了精确分析,详细列出基因活动迹象,也就是 RNA 转录物。它揭示了数百个基因在人类单细胞胚胎中觉醒。由于基因活动开始时很小,以前的技术不够灵敏,无法检测到它。但这项研究中使用的最先进的 RNA 测序能够揭示甚至很小的变化。

Perry 教授说:“这是对我们所有人都经历的生物过程开始的第一次很好的观察——通过单细胞胚胎阶段的过渡。没有基因组觉醒,发育就会失败,所以这是一个基本步骤。”

研究小组还发现,在单细胞胚胎中激活的许多基因一直保持开启状态,直到四到八个细胞阶段,此时它们被关闭。

“在早期胚胎中似乎有一种基因转变工作:第一个转变在受精后不久就开始了,在单细胞胚胎中,第二个转变在八细胞阶段接管”。

人类基因组觉醒告诉我们什么

在人类受精的那一刻,精子和卵子的基因组(所有基因的集合)是不活跃的:精子和卵子依赖于它们形成时产生的转录本,获取调节其特征的指令。

转录本为所有细胞提供基本指令,胚胎细胞也不例外。这意味着在新胚胎中唤醒亲本(精子和卵子)基因组是必不可少的。但是,这种情况何时以及如何发生的呢?

了解基因组觉醒的过程很重要:它是发育拼图的关键部分,有助于更好地了解疾病、遗传和不孕症。科学家们发现了一些可能会在早期胚胎中发挥作用的活化基因,但其他基因的作用是未知的,可能指向我们尚不了解的胚胎事件。

该团队的发现还揭示了基因是如何被激活的。“虽然人们认为激活的触发因素来自卵子,但尚不清楚是如何发生的;现在我们知道涉及哪些基因,我们可以定位它们的地址并使用分子技术找出答案。”

与癌症的联系

值得注意的是,可能触发基因激活的候选因素包括通常与癌症相关的因素,例如一些众所周知的致癌基因。这导致研究人员推测,已知在癌症中行为不当的因素的自然、健康作用是唤醒单细胞胚胎中的基因。如果这被证明是正确的,该团队的发现可以阐明引发癌症的事件,提供新的诊断和预防机会。

这些发现还对获得性特征的遗传具有临床意义,例如肥胖:体重增加的父母似乎会将这种特征传递给他们的孩子。尚不清楚这些获得性特征是如何传递的,但在受精后改变基因激活是一种可能的机制。

正如剑桥医学研究委员会代谢疾病部门的 Yeo 博士所说,“如果属实,我们应该能够在一个细胞阶段看到这种改变的基因激活特征。”

该团队还研究了无法继续发育的不健康的单细胞胚胎,发现它们的许多基因未能激活。异常胚胎已被用于评估人类可遗传基因组编辑的方法,但新发现表明它们可能不适合作为可靠的测试系统。 


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