表观基因组协调胚胎发育

胚胎发育的早期阶段塑造我们的细胞和组织。在此期间,我们新形成的细胞转化为心,皮肤,神经或其他细胞类型。科学家们发现,这个过程很大程度上不是由基因控制的,而是由表观基因组,告诉细胞化学标记DNA何时打开和关闭基因。

现在,研究斑马鱼胚胎,圣路易斯华盛顿大学医学院的研究人员表明,表观基因组在指导发展中扮演着重要部分在受精后的第一个24小时。

研究,2月20日在《华尔街日报》自然通讯,可能加深了解先天性缺陷和流产。

有意义的表观基因组有点像软件的DNA代码硬编码到身体的每个细胞。而在每个细胞DNA的硬件都是一样的,不同的epigenome-the software-differentiate脑细胞从肌肉,皮肤,眼睛和心脏细胞。

利用斑马鱼作为模式脊椎动物发展,这项新研究是第一个地图整个胚胎的表观基因组的变化和他们的角色在基因调控的发展在最早的时间。

“我们的研究表明,一个被低估了的一部分基因是参与基因调控,”资深作者Ting Wang说博士的遗传学助理教授。”另一个令人惊讶的发现是,许多重要的DNA区域我们发现很远离他们的基因调节。

“地里长都集中在识别制造蛋白质的基因,”王说。“我们表明表观基因组同样重要,是一个区域,在很大程度上是未知的。”

王是一个首席研究员表观基因学计划,绘制人类表观基因组的国家计划,由美国国立卫生研究院(NIH)。研究人员领导这个项目最近出版的大型数据集人类表观遗传学的详细信息。

“人类基因组,比如斑马鱼的基因组,是epigenetically监管,”王说。“但在人类道德的原因,我们只能看组织在童年和成年和描述之间的差异细胞类型。斑马鱼,我们可以看到发展过程的发展。”

王,和第一作者Hyung Joo李,研究生在王的实验室,研究斑马鱼胚胎每隔五个受精后,停止在24小时的马克,当胚胎开始开发独立的组织。

在每一个时间点,调查人员测量的几种方法表观基因组调节基因表达,其中最重要的一个是甲基。甲基是有机化合物,附着在DNA在不同的地方。如果许多甲基都集中在一个给定的区域,DNA是打包带走,基因表达是关闭。如果DNA demethylated-with很少或根本没有甲基groups-genes是散装的,可以表达。

大多数DNA甲基化的研究都聚焦于地区接近基因启动子,其中功能开关,打开或关闭基因表达。

”,但我们的数据表明,只有5%的DNA甲基化的变化发生在传统定义的启动子,”王说。

科学家们惊奇地发现剩下的95%的甲基化变化发生在远离基因及其启动子区域,在部分基因组非编码,因为他们不告诉细胞特定的蛋白质。

大部分的甲基化的变化在这些遥远的网站涉及失去甲基,这往往会增加基因的表达。这逐渐丧失甲基增加随着发展阶段的进展,可能打开基因表达别的地方。使用一些技术,研究人员能够关联的损失甲基在一个位置拨号的基因表达。

这允许他们统计预测哪个基因组的非编码区域拨号了遥远的基因的表达。他们决定这些非编码区域是发展增强剂,20在斑马鱼中,他们证实。数据显示,这些20增强子开车发育基因的表达在特定的组织,包括眼睛和大脑和脊髓的部分。

研究人员指出,许多发展问题,是否导致的损失通过流产或胚胎在以后的障碍,不能固定在一个特定的基因。

“这项研究表明,许多疾病可能有一种表观遗传起源,”王说。“即使没有错的蛋白质编码基因本身,有很多不同的监管改革陷入困境的基因表达和导致疾病。”

王指出,这项研究支持科学家的趋势发现越来越多的基因组的非编码部分,发挥重要作用基因调控。

“我相信有部分基因的我们可能永远不会找到一个函数,”他说。“但是当我们看起来深,我们可以推出非常复杂的监管非编码区域和遥远的之间的关系基因他们监管。”