《Science》：人出生時自帶「出廠說明書」

人體中至少存在250種不同類型的細胞。它們雖然攜帶順序完全相同的DNA鹼基序列，但肝臟細胞和神經細胞咋就看起來不太一樣呢？

圖片中央是雌性果蠅的卵細胞，中間顯示綠色熒光的是H3K27me3，右上角是正在融合的父系、母系前體細胞核

造成這種差異的原因是表觀遺傳學程序。表觀遺傳學修飾能標記DNA的特定區域，吸引或驅趕能激活基因的蛋白質。每一類細胞都有一套專屬的基因表達激活模式。與固定的DNA遺傳代碼不同，表觀遺傳標記還會隨生活環境或方式改變。例如，吸煙行為通過改變肺細胞的表觀遺傳組分，最終引發癌症。外界壓力、疾病或飲食等刺激因素都會儲存在細胞的表觀遺傳記憶中。

科學界一直爭論不休，個體在整個生命中積累的表觀遺傳修飾是否能跨越世代邊界，傳遞給孩子，甚至孫子。瑞士Max Planck免疫生物學和表觀遺傳學研究所最近在《Science》發表文章，證明後代不僅能繼承DNA本身，還能繼承表觀遺傳指示，這些表觀遺傳修飾像「出廠說明書」一般指導後代基因表達。

Nicola Iovino實驗室首次直觀地向人們展示了繼承信息的生物學因果，證明母親的表觀遺傳學記憶對新一代的發育和生存至關重要。

長久以來，人們認為表觀遺傳修飾從未踏出過世代交替的隔閡。精子與卵細胞結合後，整個生命中積累的表觀遺傳記憶就被完全清除。近期一些研究結果表明，表觀遺傳標記確實可以代代相傳。科學證明：父親年齡大，兒子更聰明

「早在90年代初，人們就已經看到了表觀遺傳信息的代際遺傳。例如一些流行病學研究顯示，爺爺的食物供應與孫輩患糖尿病和心血管疾病的風險呈顯著相關。從此，不同機體的代際遺傳發現此起彼伏，但直到今天其中的分子機制仍不得而知，」文章通訊作者Nicola Iovino說道。

在本文中，Iovino團隊用果蠅探討了母親傳遞給胚胎的表觀遺傳修飾效應。他們變化了一個特殊的修飾，這是一種在人類身上也被發現了的特定修飾，名為H3K27me3，主要與核DNA壓縮和抑制基因表達有關。

Max Planck的研究人員先修改了雌果蠅卵細胞染色質DNA上的H3K27me3標記，再檢測受精胚胎的表觀遺傳標記，發現其他表觀遺傳被抹除了，但修改後的H3K27me3依然可以被檢測到。文章一作、Fides Zenk解釋說：「這說明母親可以把她的表觀遺傳標記傳給後代，並且這些標記對胚胎很重要。」

研究人員使用了多種遺傳工具，通過移除H3K27me3標記附近的蛋白酶和缺乏H3K27me3的胚胎等方式，發現缺乏H3K27me3的早期胚胎髮育出現停滯，最終導致了胚胎死亡。Nicola Iovino說：「這個證據表明，表觀遺傳標記對胚胎自身發育具有重要作用。」

缺乏H3K27me3的胚胎基因檢測結果顯示，早期發育階段本應該處於關閉狀態的幾個關鍵發育基因卻呈現開啟狀態。「我們推測這些基因被過早地激活了，」Fides Zenk解釋道。

綜上，這項研究清楚地顯示了表觀遺傳信息發生改變後的生物學後果。不僅為「表觀遺傳修飾可以代代相傳」提供了直接證據，而且還揭示了從母親方面帶來的表觀遺傳標記指導早期胚胎髮育複雜過程的微調機制。

「我們不僅繼承了父母的基因，還繼承了他們的基因微調機器。這是一個更確切的信號，人們從後天環境中獲得的部分表觀遺傳學信息可以通過生殖傳遞給後代。受損的表觀遺傳學機制可能導致癌症、糖尿病和自身免疫性疾病，這些更具體的發現將指導人類健康生活。」

原文標題

Germ line-inherited H3K27me3 restricts enhancer function during maternal-to-zygotic transition

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