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表观遗传组学研究在行动

已有 7405 次阅读 2014-4-3 09:56 |个人分类:自然科学|系统分类:海外观察

基因组学研究已经如火如荼,虽然烧钱,但新结果是确定的,因此众多学者趋之若骛。不过表观遗传学的研究证明,许多疾病,尤其是多基因疾病,不仅和基因关系密切,而且和表观遗传也有密切关系,因此只找基因并不能解决所有问题,甚至对所有问题都难以解决。所以科学家借助全基因测序的灵感,建立表观遗传组学的新概念和新技术,试图在这个水平上来寻找疾病的线索。不过表观遗传肯定需要建立在经典遗传基础上,最理想(至少现在)应该结果表观遗传和传统的基因序列结合进行,或者先把经典的敏感基因因素排除或考虑进去,才能获得比较可靠的结论。

肥胖的原因不仅有基因因素,而且有表观遗传学因素。最近针对人类表观遗传学的一项大型研究正是试图寻找这个领域的线索,研究从受试者血液和脂肪细胞中寻找对DNA的化学修饰信息和对基因活性的影响,结果发现许多标记和体重指数确实存在联系。

基因的化学修饰可能是因为代谢因素造成,为确定这一影响客观存在,这次研究规模为2500人,文章在上个月发表。负责这一研究的是来自英国莱切斯特大学Nilesh Samani,这一研究也是表观遗传组学(EWAS)系列工作的一部分。表观遗传学改变会受到环境因素的影响,这些研究将试图揭示疾病产生的表观遗传学机制。但许多科学家对此表示怀疑。

EWAS的灵感来自GWASGWAS就是利用全基因序列测定技术,对比患者和正常人的基因差别,鉴别出和疾病相关的基因。EWAS是在表观遗传学角度开展这一研究。研究主要区分DNA序列中甲基化情况,并识别出那些疾病中普遍发生的模式或相关特征。

DNA甲基化可导致基因活性下降,在发育过程中,这是一种重要的基因表达调节模式,可通过多种基因按照一定规律有序表达,指引胚胎干细胞向特定组织类型分化。但是这种模式也会受到环境因素的影响,而且这种基因修饰可以遗传,对某些疾病如二型糖尿病的发生也有贡献。

人的一生表观遗传会不断发生变化,表观遗传学可以提供经典遗传学无法提供的疾病信息。许多疾病相关基因可以通过GWAS技术确定,但是无法解释同样基因类型的人会出现不同的疾病表现。

约翰霍普金斯大学表观遗传学中心主任Andy Feinberg说,经典遗传学告诉我们,同样的基因变异可导致同样的疾病,但事实并非如此。环境因素非常重要,但生物学上并不太关注。

但是许多科学家认为这种不到10年的EWAS技术,并没有显示出太大实际价值。爱因斯坦医学院表观遗传学家John Greally认为,其中一个主要问题出在用经典遗传学思维来分析表观遗传学信息。和经典遗传学不同的是,同样一种组织中,表观遗传学的特点是变化很大,不同组织之间细胞的表观遗传学特征不一样。即使同一种细胞,这种变化有可能是疾病的原因,也有可能是疾病的结果(又一个鸡和蛋问题)。

 不同细胞之间表观遗传学特征不同已成为这个领域的巨大障碍。大部分EWAS是采集血液细胞(方便),但即使血液细胞,也有许多类型,这些不同细胞的表观遗传信息也会不一样。今年2月有学者发表一篇年龄相关表观遗传学特征的文章就是采用这种方法。所以有学者提出,必须区分表观遗传学变化是不同细胞类型的差异,还是不同群体之间的差异。当然如果能对不同组织的表观遗传学特征进行详细分析,建立数据库,则可以克服这一困难。这正是所谓人类表观遗传组计划所要解决的问题。 (see Nature 463, 596597; 2010).

这次研究发现,血液细胞和脂肪细胞出现类似的表观遗传学改变,这符合有学者认为可将血液细胞作为表观遗传学分析的窗口的看法,但也有学者不同意这种看法。伦敦大学医学遗传学家Stephan Beck说,表观基因流行病学和基因流行病学在8年前处于同一阶段,当时大多数研究是对一种疾病确定少数遗传学变异。2007年,当威康信托基金会病例控制协会建立了GWAS技术,情况才发生了改变,能对某些疾病的广泛变异特征进行确认。GWAS强调患者规模和可重复性。

Beck看到EWAS也朝同样的方向发展,例如过去几年的许多研究发现成年吸烟者和新生子女血液细胞中存在AHRR表观遗传学特征,现在的研究针对体重指数也发现了类似情况。

表观遗传学研究可能对寻找新治疗手段带来正面影响,虽然表观遗传学研究仍面临众多挑战,但不应忽视其价值。



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