大多數(shù)孩子會說他們都一樣的愛媽媽和爸爸，但有些時候，孩子會更偏愛其中一個。也可以這樣說，我們的體細胞如何給 DNA 下指令。一直以來，人們一直認為，每一個復(fù)制的染色體——一半繼承自媽媽和一半來自爸爸——都會得到相同的待遇。猶他大學(xué)醫(yī)學(xué)院科學(xué)家的一項新研究表明，大腦中的細胞有一個不常見的現(xiàn)象就是，優(yōu)先激活其中一個拷貝。這項發(fā)現(xiàn)已發(fā)表在《Neuron》上，打破了經(jīng)典遺傳學(xué)的規(guī)律，并提出了遺傳突變可能導(dǎo)致腦部疾病的新方法。

大腦中的許多細胞表達每個基因的兩個拷貝，一個遺傳自媽媽，一個遺傳自父親。 其他只表達一份。 如果單拷貝碰巧發(fā)生遺傳突變，可能導(dǎo)致細胞病變。 從猶他大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)提供了一個以前沒有描述的遺傳學(xué)細胞水平上的細微視圖。

(圖片來源：Christopher Gregg)

新研究顯示，在新生小鼠腦部至少一個區(qū)域，不平等的激活很常見。大約 85% 的背側(cè)縫核中已知用于分泌情緒控制化學(xué)血清素 5 - 羥色胺的基因差異性地激活其母本和父本基因拷貝。十天后，在青少年小鼠大腦中，發(fā)生了轉(zhuǎn)變，來自母本和父本的兩個拷貝除 10% 的基因之外所有基因均被激活。

這種奇怪的現(xiàn)象不止在大腦中被發(fā)現(xiàn)，此差異也發(fā)生在小鼠的其他部位，包括肝臟和肌肉，甚至也發(fā)生在人類中。

“我們通常以整個人或動物的方式來思考性狀，但我們發(fā)現(xiàn)當我們觀察細胞水平時，遺傳學(xué)比我們想象的要復(fù)雜得多”Christopher Gregg 博士神經(jīng)生物學(xué)和解剖學(xué)教授，以及 2 月 23 日在 Neuron 在線發(fā)表本研究的資深作者說，“這項新的發(fā)現(xiàn)可以幫助我們了解大腦疾病?！?

以這種非正統(tǒng)的方式調(diào)節(jié)的基因是精神疾病的危險因素。在人類中，稱為 DEAF1 的基因，涉及自閉癥和智力殘疾，已顯示在大腦的多個區(qū)域中一個基因拷貝的優(yōu)先表達。在靈長類動物中，與人類親緣關(guān)系最近的動物，調(diào)查表明一個基因的優(yōu)先表達對于許多其它基因也是如此，包括一些與亨廷頓舞蹈病，精神分裂癥，注意力缺陷障礙和雙性障礙相關(guān)的疾病。

遺傳不平衡對我們的健康可能意味著什么，仍有待商榷，但初步研究結(jié)果表明，它可以形成疾病的脆弱性，Gregg 解釋說。一般具有兩個拷貝的基因在其中一個有缺陷的情況下可用作保護性的緩沖。優(yōu)先激活一個基因拷貝，突變和沉默健康基因的副本，即使是暫時的，在特定細胞中也可能是破壞性的。

支持這個想法，Gregg 的實驗室發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因小鼠的一些腦細胞比起健康的基因優(yōu)先激活突變的基因拷貝?！耙话阏J為基因的兩個拷貝之間存在相關(guān)性”與研究生 Wei-Chao Huang 共同領(lǐng)導(dǎo)這項研究的計算機科學(xué)家 Elliott Ferris 說。相反，他們發(fā)現(xiàn)了意想不到的事情，Huang 解釋到：“我們開發(fā)了大數(shù)據(jù)挖掘新方法，并發(fā)現(xiàn)了新的東西?！?

研究者在他們的研究中篩選了數(shù)千個基因，定量每個母本和父本基因拷貝的相對激活水平，并發(fā)現(xiàn)兩種基因的表達對于許多基因是不同的。他們所看到的驚訝，他們開發(fā)了統(tǒng)計方法嚴格測試其有效性，并確定他們不是由于技術(shù)差異，也不是由于遺傳噪聲所致。跟蹤他們的發(fā)現(xiàn)后，他們檢查了更緊密的基因子集，直接可視化基因拷貝之間在小鼠和人類大腦的細胞水平的不平衡。

Gregg 和同事的研究結(jié)果建立在以前的研究基礎(chǔ)上，擴展了基因在母本和父本之間有偏愛的研究現(xiàn)象。印跡基因和 X 連鎖基因是差異激活其母本和父本基因拷貝的特定基因類型。在培養(yǎng)的細胞中的研究還確定了一些基因改變其表達的拷貝。然而，這項研究的結(jié)果表明沉默一個基因副本可能是一種方式，細胞在動物的生命周期的特定時間，或在離散的地方微調(diào)他們的遺傳程序。

“我們的新研究結(jié)果揭示了一個新開端，形成母本和父本基因拷貝在大腦中的表達根據(jù)年齡、腦區(qū)域和組織類型的不同影響”Gregg 解釋，“這意味著遺傳學(xué)的一個新觀點，開始接近。

參考資料：

1. Playing favorites: Brain cells prefer one parent's gene over the other's

2. Diverse Non-genetic, Allele-Specific Expression Effects Shape Genetic Architecture at the Cellular Level in the Mammalian Brain