表觀遺傳的魔力

　　自從DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被解析以及中心法則的提出，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到DNA作為遺傳物質(zhì)的重要性。以人類為例，DNA序列決定了蛋白質(zhì)的氨基酸序列，并最終導(dǎo)致不同生命個(gè)體之間的差異。那么問題來了， DNA序列完全一致的細(xì)胞是否就完全相同呢?

　　答案自然是否定的。

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

　　我們每個(gè)人都是從受精卵發(fā)育而來，理論上身體的每一部分都共享著相同的DNA序列，但我們體內(nèi)的細(xì)胞類型、組織和器官卻大相徑庭，而決定這種差異的最主要原因就在于它們擁有完全不同的“表觀遺傳”信息。

　　DNA上存在的不同的化學(xué)修飾就是一種主要的“表觀遺傳”信息，這些DNA修飾就像流水線上的機(jī)械手，在特定時(shí)間指導(dǎo)細(xì)胞讓不同的基因“打開”或“關(guān)閉”，并影響哺乳動(dòng)物的胚胎發(fā)育、疾病的發(fā)生發(fā)展等進(jìn)程。

　　DNA修飾的種類雖少，但作用可不小

　　既然DNA修飾如此神奇，那細(xì)胞內(nèi)到底有多少種DNA修飾?與種類繁多的RNA修飾相比，在真核細(xì)胞內(nèi)，DNA上的修飾種類屈指可數(shù)。

　　隨著近年來對(duì)表觀遺傳學(xué)的深入理解，科學(xué)家已經(jīng)在真核生物中鑒定到了7種DNA修飾堿基。除了上個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的5mC，5hmU以及base J以外，近十年來又發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物中的TET雙加氧酶可以將5mC逐步氧化產(chǎn)生5hmC，5fC以及5caC，同時(shí)還在高等生物中鑒定到了6mA的廣泛分布。

真核生物中的DNA修飾

　　雖然DNA修飾的種類不多，但功能可真不容小覷。由不同原因引起的5mC的氧化修飾失調(diào)會(huì)造成小鼠早期胚胎發(fā)育異常，例如智力低下、白血病等癌癥發(fā)病率升高等不良后果。6mA也被發(fā)現(xiàn)在實(shí)體腫瘤中高度富集。

　　因此，進(jìn)一步研究DNA修飾的功能，探索是否還存在其它DNA修飾形式，也是科學(xué)界的研究熱點(diǎn)之一。

　　維生素C的功能，你可能不夠了解

　　近日，中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/生化與細(xì)胞所徐國(guó)良院士聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)唐惠儒教授和中科院水生所黃開耀研究員等多個(gè)課題組在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表最新研究成果，首次報(bào)道了一種由維生素C產(chǎn)生的DNA修飾，并闡釋了其在調(diào)節(jié)萊茵衣藻光合作用中的功能。

　　在這項(xiàng)工作中，研究人員在萊茵衣藻中發(fā)現(xiàn)一個(gè)獨(dú)特的生物酶CMD1，它可以催化產(chǎn)生兩種新的DNA修飾，它們互為立體異構(gòu)體，并被統(tǒng)一命名為5gmC。更令人詫異的是，維生素C直接參與了這種修飾，并將其結(jié)構(gòu)上的甘油基部分轉(zhuǎn)移到DNA上。

CMD1催化維生素C參與DNA修飾

　　為了研究CMD1蛋白及其產(chǎn)生的5gmC修飾的功能，科學(xué)家通過基因敲除技術(shù)獲得CMD1基因突變?cè)逯?，發(fā)現(xiàn)這種突變?cè)逯陮?duì)強(qiáng)光的適應(yīng)能力明顯減弱。其主要原因在于，衣藻內(nèi)的DNA修飾發(fā)生改變后，包括光合作用相關(guān)基因在內(nèi)的許多基因的表達(dá)譜受到影響，衣藻光合作用的調(diào)控過程變得紊亂，細(xì)胞過度吸收的光能無法被有效釋放，導(dǎo)致有害電子堆積，對(duì)細(xì)胞造成巨大損傷。

CMD1以及5gmC參與萊茵衣藻光合作用的反饋調(diào)節(jié)

　　這是科學(xué)家在真核生物中鑒定到的第8種DNA修飾，同時(shí)解析了其參與的生理調(diào)控，為表觀遺傳學(xué)的研究打開了一扇新的大門。而日常被認(rèn)為是抗氧化劑的維生素C在其中的意外“登場(chǎng)”,也讓大家認(rèn)識(shí)到它或許還有更多的隱藏“技能”。維生素C與基因的“結(jié)合”過程作為一類新的化學(xué)反應(yīng)，也可能為生化大分子的合成提供新的研究思路