印记基因(Nature揭示印记基因新机制）

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我们知道，在人类等哺乳动物的繁衍过程中，大多数基因都会遗传两份拷贝——一份来自父亲，一份来自母亲。但是，基因很少，我们只遗传了父母或母亲的一个副本，另一个副本永远关闭沉默。这些基因被称为印记基因。许多印记基因对胚胎和胎儿出生后的生长发育起着重要的调节作用，对行为和脑功能也有很大的影响。印记基因异常也会诱发癌症。可想而知，如果本该失活的印记基因的拷贝没有被关闭，将会产生非常严重的后果。

细胞如何确保这些印记基因“保持安静”？在此之前，科学家只知道与DNA甲基化相关的表观遗传学在这一过程中发挥了重要作用。然而，最近，霍华德休斯医学研究所(HHMI)的张毅教授及其研究团队在《自然》杂志上发表的一篇文章揭示了一种新的机制:修饰的组蛋白可以阻断小鼠体内一些印记基因的活性。

张毅说，关闭印记基因的新机制的发现也引发了许多挑衅性的问题。\"我们相信这项研究将开辟一个新的研究领域.\"

或者说沉默印迹机制一直是基因调控研究的核心焦点。自从30多年前在哺乳动物中首次发现印记基因以来，科学家们只发现了一种可以关闭印记基因的细胞机制——通过用甲基小分子修改DNA的表观遗传学。在这项新的研究中，张毅和他的同事发现了一种沉默一些印记基因的新方法:组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化。抑制H3K27me3过程将激活印记基因的沉默拷贝。这项研究还鉴定了76个可能属于小鼠这类发育基因的基因。

图案:发育过程中H3K27me3的印记基因机制。图片来源:自然

基因在进化中非常古老，它们可以在许多生物中找到，从植物到人类到老虎。例如，狮子和老虎杂交产生的两种不同类型的后代涉及印记基因。如果母亲是狮子，她会生下一只虎狮，通常比它的父母小。但如果母亲是老虎，就会生下狮虎。狮虎比狮子、老虎和虎狮更大更强壮。这意味着物种间雌雄印记基因的差异导致了两个后代大小的差异。

张毅说，研究人员需要更多地了解印迹过程和涉及的基因。但是这个新发现强调了印记的重要性。他说，这第二种沉默机制可能已经演变成了一种备用方案。

印记错误可能会导致严重的问题。因为印记基因只有一个功能等位基因。如果拷贝有缺陷，可能会出现发育异常，如安格尔曼综合征，导致儿童学习困难、言语问题和癫痫发作。另外，如果应该被印记的基因有两个副本，就会出现问题，比如Beckey-Wiedemann综合征，会导致宝宝孕期生长过快，出生后出现各种并发症。

在通过辅助生殖技术怀孕的儿童中，科学家们观察到印记基因相关疾病的发病率增加。尚不清楚原因，但张毅认为这些技术可能会导致印记基因出现问题。不过也有可能印记基因问题和不孕本身有关。他认为，更好地了解印记基因可以帮助科学家找到减少这些疾病发生的方法。

错误的标记也可以解释研究人员在试图克隆哺乳动物时遇到的一些困难。通常，印迹标记在生殖细胞前体细胞中被擦除，然后在卵子或精子中被重写。以往的研究表明，擦除和重写阶段的错误会影响克隆胚胎的正常发育。

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