科学家发现控制体重的表观遗传学开关

来源:科学网 / 作者:孙学军 / 2016-01-31
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同卵双胞胎有完全相同的外貌,也往往有共同的饮食习惯和爱好,但是体重方面经常存在比较大的差异。一项新的研究发现,肥胖存在一种分子开关,这也许可以解释为什么一个双胞胎会出现显著体重差异,一个可以非常肥胖另一个可以非常瘦。体重受到遗传因素影响,但是无法对某些人体重进行遗传学解释。同卵双胞胎体重差异就是一个非常典型的例子。导致这种差异的原因到底是什么,有人认为是因为肠道菌群存在差异,也有人提出是表观遗传学因素。表观遗传学是同样的基因型,但是因为存在基因表达的差异导致表型的不同。这种基因表达的变化往往是发生在围绕在DNA周围的组蛋白,这些蛋白能控制基因的表达,发挥基因开关的作用。

 

表观遗传修饰来自环境因素,能一代一代传递下去。最典型的案例是二战时期荷兰曾发生过一次严重的饥荒,人们称之为“Hunger Winter”。在此饥荒期间怀孕妈妈生育的孩子成年后非常容易肥胖,这表明母亲的饮食可以对子女的新陈代谢产生持久影响,而这结果并不是因为基因本身问题,而是因为基因表达的差异。这就是最典型的表观遗传学证据。然而科学家目前仍不清楚表观遗传改变促进肥胖的具体分子机理。

马普免疫生物学和表观遗传学研究所生理学家J. Andrew Pospisilik等注意到,一些遗传缺陷小鼠存在一个奇怪的体重表型,于是对这一现象产生了兴趣。这些动物只有一个拷贝Trim28基因,他们惊奇地发现,这些动物或者肥胖,或者瘦,没有处于中间正常体重的情况。(有表型就有故事,有故事就有文章,这就是典型,只要遇到表型,你就抓住了论文。估计这组科学家过去对双胞胎的研究并不了解,只是发现这种表型,才追溯到的信息。因为这现象是偶然发现的。)

为了寻找这种现象的解释,这些科学家对动物的基因表达活性进行了分析。Trim28可控制许多其他基因表达活性,自身属于表观遗传学调节分子。在肥胖小鼠,一组和肥胖相关的NnatPeg3Cdkn1cPlagl1等基因被关闭。过去研究提示这些基因与体重关系密切,这些基因可以在脂肪组织和下丘脑控制食欲的神经细胞表达。虽然对这些基因的功能不十分清楚,但是Pospisilik等推测Trim28可以帮助形成表观遗传学开关,这些基因关闭时肥胖,表达时瘦。也就是说,Trim28是促进肥胖基因开关,活性高者肥胖。

这种控制肥胖的机制是否也存在于人类,因为小老鼠基因组只有一个拷贝Trim28,但是人类基因组有两个拷贝。为了研究这个问题,研究人员采集来自外科手术的儿童脂肪组织进行分析,结果发现哪些肥胖儿童的Trim28基因活性明显低于正常体重儿童。研究人员进一步对胖瘦差别巨大的13对同卵双胞胎脂肪组织进行分析,发现肥胖双胞胎脂肪组织内Trim28基因表达活性几乎消失。他们今天2016129日将研究结果发表在《细胞》上。(就在2年前的今天,正是中国春节,我看到日本小保方酸诱导干细胞研究论文)

Pospisilik说,研究结果说明,即使基因完全一样,只因为表型不同就足以产生明显的胖瘦差异。他指出,研究人员曾认为,表观遗传效应或许对体重产生几公斤的影响,但是从动物实验结果来看,意味着体重差别能造成橄榄球队员和羽毛球队员的差别。

布朗大学遗传流行病学家Jeanne McCaffery说,这个研究提供了解释肥胖的新机制。这给关注控制体重的学者们提供了一个新的策略,但是肥胖的原因可能多种多样,需要有不同的治疗策略。Pospisilik建议儿童肥胖有许多危险因素,例如怀孕期间妈妈抽烟和饮食习惯都可以痛过表观遗传学修饰影响子女的健康。瑞典隆德大学糖尿病中心遗传流行病学家Paul Franks说,现在给科学家提出的问题是,导致这种改变的内在因素是什么,就是如何关闭和开放这个开关基因本身。只有掌握了这个细节,我们才能找到控制这个开关的手段。

 

http://www.cell.com/action/showImagesData?pii=S0092-8674%2815%2901689-X 

 

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