研究记录通过精子传播表观遗传的父系

对人群和动物模型的研究表明，父亲的饮食或环境压力等经历会影响其后代的健康和发育。然而，这些影响如何在几代人之间传播仍然是神秘的。苏珊斯特罗姆在加州大学圣克鲁兹分校的实验室在揭示这一现象背后的机制方面取得了稳步进展，使用一种名为秀丽隐杆线虫的小蛔虫来显示影响基因表达的染色体上的标记，称为“表观遗传”标记，可以从父母传递到后代。她的团队最近发表的论文于10月17日在Nature Communications上发表，专注于秀丽隐杆线虫 精子传播的表观遗传标记。

除了记录的传输后生内存精子，新的研究表明，表观遗传信息的精子输送到胚胎是必要的和足够的指导胚的正常发育细胞的子代(生殖细胞产生精子和卵子)。“我们决定研究秀丽隐杆线虫，因为它是使用强大的遗传方法询问表观遗传问题的一个很好的模型，”分子，细胞和发育生物学的杰出教授斯托姆说。

表观遗传变化不会改变基因的DNA序列，而是涉及对DNA本身或DNA包装在染色体中的组蛋白的化学修饰。这些修饰影响基因表达，在不同细胞和不同发育阶段打开或关闭基因。表观遗传修饰可以引起从一代传递到下一代的基因表达变化的观点，被称为“跨代表观遗传”，现在是激烈的科学研究的焦点。

多年来，人们认为精子不会保留任何组蛋白包装，因此无法将基于组蛋白的表观遗传信息传递给后代。然而，最近的研究表明，大约10%的组蛋白包装保留在人类和小鼠精子中。

“此外，染色体保留DNA的组蛋白包装位于发育重要区域，因此这些发现提高了人们对精子可能将重要的表观遗传信息传递给胚胎的可能性的认识，”Strome说。当她的实验室观察秀丽隐杆线虫的精子时，他们发现精子基因组完全保留了组蛋白包装。其他研究人员发现另一种常被研究的生物斑马鱼也是如此。“像斑马鱼一样，蠕虫代表着精子保留组蛋白的极端形式，这使得它们成为一个很好的系统，可以看出这种包装是否真的很重要，”Strome说。

她的实验室专注于特定的表观遗传标记(称为H3K27me3)，该标记已成为广泛生物体中抑制基因表达的标志。研究人员发现，从精子染色体上除去这个标记会导致大多数后代无菌。确定该标记很重要后，他们想看看它是否足以指导正常的种系发育。

研究人员通过分析一种突变体蠕虫来解决这个问题，其中精子和卵子的染色体在受精后的第一个细胞分裂中被分离，因此胚胎的一个细胞仅遗传精子染色体而另一个细胞只遗传卵子染色体(通常，每个胚胎细胞从卵子和精子中遗传染色体。这种不寻常的染色体分离模式使研究人员能够产生蠕虫，其种系只遗传了精子染色体，因此只有精子表观遗传标记。这些蠕虫病毒变得肥沃，具有正常的基因表达模式。

“这些研究结果表明，精子中的DNA包装很重要，因为没有遗传正常精子表观遗传标记的后代是无菌的，并且它足以进行正常的种系发育，”Strome说。

虽然研究表明精子传播的表观遗传信息对于正常发育非常重要，但它没有直接解决父亲的生活经历如何影响其后代的健康。Strome的实验室正在通过实验研究这个问题，其中蠕虫在再生之前用酒精治疗或饥饿。

“目标是分析染色质包装在父母中的变化，”她说。“无论被传递给后代要经过的生殖细胞。我们想知道哪些细胞经历的环境因素，他们是如何将该信息传送到生殖细胞，在什么样的变化生殖细胞，以及如何影响后代“。

通过证明精子携带的表观遗传信息的重要性，目前的研究表明，如果父亲所经历的环境改变精子染色体的表观遗传学，它可能会影响后代。