Garvan醫學研究所領導的一項新研究表明，表觀遺傳變化是DNA控制的一種形式，它使人類發育晚期與癌癥相關的某些基因失活，已經保存了4億多年。
研究人員發現，人類某些癌癥中的基因也存在于斑馬魚中 - 但在受精后的幾個小時內就會“沉默”。該研究揭示了我們的表觀遺傳學如何通過大的進化距離調節基因，其中一些基因與生命后期的癌癥發展有關。它還揭示了斑馬魚中的表觀基因組“重置自身”與人類胚胎之間的顯著差異，這可能指導未來對表觀遺傳的研究。
“我們已經證明，我們已經保存了這一胚胎事件，可以切斷與人類癌癥相關的基因，”負責這項研究的發育表觀基因組學實驗室負責人Ozren Bogdanovic博士說。“這很有趣，我們仍然不知道它為什么會發生，但它表明對人類健康的重要性是讓這些基因保持沉默。”
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該研究結果發表在Nature Communications雜志上。意外的親戚乍一看，人類和斑馬魚(一種原產于南亞的小魚類)幾乎沒有相關性 - 事實上，我們共同的進化祖先可追溯到4億多年前。
但在遺傳上，斑馬魚和人類并沒有那么不同 - 我們共享大約70%的蛋白質生成基因。Garvan領導的團隊開始研究在胚胎發育過程中控制DNA如何“讀取”的表觀遺傳變化是多么保守。
基因部分受甲基化控制 - DNA標記“阻斷”基因被讀取。
研究人員首先從發育中的斑馬魚胚胎中分離出原始生殖細胞，即精子和卵子的前體細胞，并生成全基因組亞硫酸氫鹽測序(WGBS)數據 - 細胞中所有DNA甲基化的快照。
斑馬魚基因組的父親形象該團隊發現了哺乳動物和斑馬魚胚胎DNA甲基化的基本差異。在人類中，當精子使卵子受精，然后再次逐漸甲基化時，這些DNA甲基化標簽大多是“清掃干凈”，以保胚胎能夠正確發育。相反，斑馬魚胚胎保留了父親的甲基模式。
在這項研究中，研究人員發現斑馬魚的原始生殖細胞也不會重置其甲基化模式，而是繼承父系DNA甲基化模式。這與哺乳動物原始生殖細胞的發現形成對比，哺乳動物原始生殖細胞經歷了第二次“清掃”DNA甲基化標簽。研究人員表示，這一發現揭示了種系發育的分子原理，并強調斑馬魚是一種有用的實驗模型，用于研究表觀遺傳特征如何在世世代代遺傳。
此外，研究人員在發育的四個階段篩選了斑馬魚胚胎中DNA是如何甲基化的。他們在受精后24小時內發現了68個在甲基化過程中早期關閉的基因。
“有趣的是，大多數這些基因都屬于一種叫做癌癥睪丸抗原的組織，”該研究的共同第一作者Ksenia Skvortsova博士說。“我們的研究表明，這些是斑馬魚和哺乳動物中首先被"沉默"或被DNA甲基化靶向的基因。”
對古老機制的新見解編碼癌癥睪丸抗原(或簡稱CTA)的基因僅在雄性睪丸中有活性，但在人類的所有其他組織中都被關閉。由于未知原因，CTA基因在一些癌癥中再次開啟，例如黑素瘤。
“哺乳動物和魚類在開發胚胎方面有著截然不同的策略，”博格丹諾維奇博士說。“但是，盡管有這些非常不同的策略，但似乎CTA基因的控制在整個進化過程中都是保守的。”
雖然這項工作為我們的進化提供了新的視角，但它可能有可能影響人類健康的未來。針對CTA的藥物已經被研究作為癌癥的潛在療法。目前的研究提供了更多證據，證明了CTA的重要性，以及它們在進化過程中的嚴格控制程度。
