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贝勒医学院

概要：

科学家已经发现，参与基因调控的DNA甲基化主要是数字和随机的，每个细胞中母系和父系的基因拷贝在一定时间内开启或关闭。

我们体内的每个细胞都有相同的基因组或基因组，并且可能成为任何类型的细胞。在发育期间，表观基因组介导使细胞成为皮肤细胞或神经元的过程。如果基因组就像计算机硬件，那么表观基因组就是将某些基因打开而其他基因关闭以产生皮肤细胞的软件，并打开或关闭其他基因以使细胞处于成为神经元的道路上。

表观基因组在很大程度上被编码为DNA的一组细胞类型特异性化学修饰，称为DNA甲基化。在发表在“科学”杂志上的这项研究中，来自美国国立卫生研究院路线图表观基因组学项目的一组研究人员发现，参与基因调控的DNA甲基化主要是数字和随机的，每个细胞中的母系和父系基因拷贝都在或在一定时间内。

“我们希望更好地了解基因调控的细胞机制，称为序列依赖，等位基因特异性甲基化或SD-ASM，”相应的作者，分子和人类遗传学教授兼计算与综合联合主任Aleksandar Milosavljevic博士说。贝勒医学院生物医学研究中心。 “我们使用了一种称为全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）的方法，它允许我们在多种人类细胞类型中看到单分子分辨率的基因调控。我们能够确定父系和母系中同一基因的表观基因组差异。单个细胞中的染色体。我们可以看到以前无法看到的东西。“

使用这种高分辨率方法，Milosavljevic及其同事发现SD-ASM介导的基因调控以类似于家用恒温器的方式工作，但具有独特的特征。恒温器具有预设温度，空调机器将在该温度下开启。当温度低于预设值时，AC机器将关闭，例如74度。该过程是数字化的，这意味着AC机器开启或关闭，没有中间水平的活动。研究人员发现，像家用恒温器一样，这种基因调控机制也是数字化的;它会在一小部分时间内打开或关闭基因，并且没有中间水平的活动。

“我们还发现这种基因调控过程是随机的，”Milosavljevic说，他也是贝勒丹·邓肯综合癌症中心的成员。 “回到恒温器类比，在常规恒温器中，当温度达到预设值74度时，AC开启的概率是100%。另一方面，在随机恒温器中，AC机器转动的概率温度达到74度时会增加，但一旦达到温度就不会增加100%。交流电可能无法在74度开启，但随着温度的升高，交流电开启的可能性会更高“。

在基因调控机制的情况下，控制父本和母本基因的特定遗传变体可以代表恒温器类比中的不同“预设温度值”，导致在每个人细胞中表达母体和父本基因的程度的差异。

“例如，对于神经元中的特定基因，母体的遗传'恒温'可以设置为'在73度开启基因'，而父亲在74度开启。这意味着父系和母系基因被打开Milosavljevic说：“这种基因的两个副本之间存在不平衡。” “我们发现5%到8%的表观基因组显示出这种不平衡。”

这些发现的意义延伸到许多生物医学领域。

“例如，我们的研究结果可能会增加另一层复杂性，到目前为止还没有考虑到某些复杂的人类疾病。如果我们增加这一层复杂性，我们或许可以更好地理解剂量敏感基因可能对迄今为止难以解决的人类疾病，如神经精神疾病，“Milosavljevic说。 “这项工作旨在提供对生物复杂性的新重要层面的见解，并希望为随后的特定疾病研究奠定基础。”