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健康or不健康...精子如何“记住”父亲的生活经历,并传递给后代?

中国生物技术网

作者|生物技术君 来源|中国生物技术网(ID:biotech-china)

越来越多的研究表明,父亲的生活经历,包括饮食、健康和压力水平等因素与其后代的健康密切相关。然而到目前为止,在受精时如何传递这些信息,以及精子中涉及该过程的确切分子机制科学家们仍知之甚少。

近日,发表在《Developmental Cell》上的一项研究中,来自加拿大麦吉尔大学领导的研究团队在这一领域取得了重要进展,他们通过对哺乳动物的研究发现,父亲的饮食、体重、压力等环境因素影响的“记忆”虽然没有编码进精子携带的DNA序列中,但它与表观遗传学密切相关。该研究确定了精子中的非DNA分子是如何传递环境信息的。这一发现推进了对父系生活经历遗传性的科学认识,并有助于为研究疾病传播和预防开辟新的途径。

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该研究建立在该团队15年的研究基础上。研究通讯作者、麦吉尔大学的表观遗传学家Sarah Kimmins说:“这项研究的重大突破在于确定了一种基于非DNA的传递方式,即精子通过这种方式记住关于父亲生活经历的信息,并将其传递给胚胎。”

在这项研究中,研究人员假设改变甲基供体可用性的饮食会改变精子和胚胎表观基因组,从而影响胚胎基因的表达和发育。

为了验证这一假设,研究人员给雄性小鼠喂食缺乏叶酸的饮食并发现,缺乏叶酸会改变精子中发育基因和增强子组蛋白H3赖氨酸4三甲基化(H3K4me3),H3K4me3改变的一个亚集会保留在着床前的胚胎中,并参与调控胚胎的基因表达。

随后,研究人员在父系精子中已有H3K4me2/3改变的小鼠模型中发现缺乏叶酸的饮食会加剧精子H3K4me3和胚胎基因表达的改变,而且这些影响是可以累积的,从而导致发育缺陷严重程度的增加。这表明,父系H3K4me3被传递到胚胎中,影响了基因的表达和发育,也进一步表明,表观遗传错误可以在精子中累积,从而恶化后代的发育结果。

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这也是为什么叶酸对怀孕期间的女性非常重要:母体的叶酸有助于稳定后代的DNA甲基化。

有趣的是,在小鼠身上观察到的出生缺陷(包括出生时发育不全和脊柱畸形)在缺乏叶酸的人群中也得到了充分证明。

研究人员希望,扩展我们对遗传机制的理解将有助于开发治疗和预防此类疾病的新方法,但目前还有很多研究要做。

Kimmins说:“下一步将确定这些精子蛋白(组蛋白)中引起的有害变化是否可以修复。我们令人兴奋的工作表明,这确实是可以做到的。通过扩大我们对遗传知识的理解,不仅仅是DNA,将为研究疾病传播和预防开辟新的途径,使儿童和成人更加健康。”

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.01.014

编者按:本文转载自微信公众号:中国生物技术网(ID:biotech-china),作者:生物技术君


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