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致敬David Allis——杰出的表观遗传学家
热度 7 dgjguoxue 2015-12-6 02:33
致敬David Allis教授——杰出的表观遗传学家 在《 重磅 — 致敬神级科学家 David Sabatini 》一文中,我提到了 “ 谈到能量代谢就不得不提 David M. Sabatini ,这就好比表观遗传学领域言必称 C. David Allis ” 。这篇文章接下来就主要回顾 C. David Allis 教授平实而又辉煌的学术经历。 话说 David Allis (现年 64 岁)出身经历也不是那么显赫,自然出自非 “ 常春藤盟校 ” 。 Allis 1973 年本科毕业于美国辛辛那提大学( University of Cincinnati ),本科期间受益于 Keller 和 Bharier 两位教授,并被领入科学殿堂。本科期间的研究成果发表在 Journal of bacteriology 杂志上( Bharier, M., Allis, D . (1974). Purification and characterization ofaxial filaments from Treponema phagedenis biotype reiterii (the Reitertreponeme). Journalof bacteriology , 120(3), 1434-1442. ), 当时似乎流行老板挂前面,学生挂后面? Allis 1978 年在印第安纳大学( Indiana University )( PS: 虽说 James D. Watson 也是在这拿的 PhD ,但毕竟当时是冲着噬菌体研究权威 Edward·Luria 去的, Luria 于 1969 年获诺奖,比 Watson 获奖晚了 7 年 )拿到博士学位,博士期间他迷上了发育生物学,开始研究果蝇的发育,师从美国科学院院士 Anthony P. Mahowald ,此期间的研究成果我今天查了才知道( Mahowald,A. P., Allis, C. D ., Caulton, J. H.(1981). Rapid appearance of multivesicular bodies in the cortex of Drosophilaeggs at ovulation. Developmental biology , 86(2), 505-509. ),若按国内现在的标准,那是学位都拿不到,因为非一作。 Allis 博士毕业后来到罗切斯特大学( University of Rochester )跟随 Martin Gorovsky 开始研究与染色质相关的课题,但是当时染色质研究算是冷门。 Allis 后来回忆这段经历认为这段时间对他日后的职业生涯产生了重要影响,在此期间他受到了良好的科研训练,并且影响着他的 laboratory philosophy ( PS: Martin Gorovsky 长期 focus 在 Linker Histone 的功能研究上,现在还在 Rochester 科研一线 。 代表性的论文: 1.Shen,X., Yu, L., Weir, J. W., Gorovsky, M. A .(1995). Linker histories are not essential and affect chromatin condensation invivo. Cell ,82(1), 47-56. ; 2.Shen, X., Gorovsky,M. A . (1996). Linker histone H1 regulates specific gene expression butnot global transcription in vivo. Cell , 86(3), 475-483. 注:北大本科毕业的 XuetongShen 为这两篇 Cell 的一作,沈 1996 年在此拿到博士学位,后去了另一位大牛 Carl Wu 那里做博后完成 CNS 大满贯,现在 University of Texas MD AndersonCancer Center 做 Associate Professor ) . 博后( 1978-1981 )期间有一篇一作的代表性文章: Allis, C.D .,Glover, C. V., Bowen, J. K., Gorovsky, M. A. (1980). Histone variantsspecific to the transcriptionally active, amitotically dividing macronucleus ofthe unicellular eucaryote, Tetrahymena thermophila. Cell , 20(3), 609-617 . ,我想 Allis 在组蛋白的转录调控方面的研究正是开始于此时。 Allis 做完博后, 1981 年来到了位于德州休斯顿的贝勒医学院( Baylor College ofMedicine )做 assistant professor ,在此期间他受到两次重大打击,好在当时贝勒的 Salih Wakil ( 1990 年当选美国科学院院士)给了他很多鼓励 。 Allis 在此时也并不认为自己是 “second-class scientist” 。随后差不多十年时间, Allis 逐渐获得了 full professor 的职位。从 1990 年到 2003 年, Allis 曾先后在 Syracuse University , University of Rochester 和 University of Virginia HealthSystem 任教授。 2003 年后被洛克菲勒大学( Rockefeller University )挖过去直到现在( PS : Rockefeller 很会挑人,一般都是挖那种取得了差不多诺奖级别成就的科学家过去 ^_^ 。 Allis 教授曾获得 “ 汤森路透引文桂冠 “ 奖,被很多业内人士认为有可能在未来获得诺贝尔奖 , 饶毅老师曾在博客中介绍值得或诺奖的工作一文中提到 Allis 。 )。 1980-1995 年的工作总的来说没有后来的意义重大,故略去不表, 偷个懒 ^_^ 。 Allis教授与博后进行讨论 上过《表观遗传学》这门课或者目前正从事这个领域研究的人应该知道 1996 年是 “ 表观遗传学 ” 发展史上里程碑式的一年,这一年关于组蛋白乙酰转移酶的研究成果的报道令人眼花缭乱,详见下述参考文献 1-8 。 1、 Brownell,J. E., Zhou, J., Ranalli, T., Kobayashi, R., Edmondson, D. G., Roth, S. Y., Allis, C. D. (1996). Tetrahymena histoneacetyltransferase A: a homolog to yeast Gcn5p linking histone acetylation togene activation. Cell ,84(6), 843-851. 2、 Kuo, M.H., Brownell, J. E., Sobel, R. E., Ranalli, T. A., Cook, R. G., Edmondson, D.G., ... Allis, C. D. (1996).Transcription-linked acetylation by Gcn5p of histones H3 and H4 at specificlysines. Nature 383,269 - 272 3、 Mizzen,C. A., Yang, X. J., Kokubo, T., Brownell, J. E., Bannister, A. J., Owen-Hughes,T., ... Allis, C. D . (1996). The TAF II250 subunit of TFIID has histone acetyltransferase activity. Cell ,87(7), 1261-1270. 4、 Madireddi,M. T., Coyne, R. S., Smothers, J. F., Mickey, K. M., Yao, M. C., Allis,C. D. (1996). Pdd1p, a novel chromodomain-containing protein, linksheterochromatin assembly and DNA elimination in Tetrahymena. Cell ,87(1), 75-84. 5、 Ogryzko,V. V., Schiltz, R. L., Russanova, V., Howard, B. H., Nakatani, Y. (1996).The transcriptional coactivators p300 and CBP are histone acetyltransferases. Cell ,87(5), 953-959. 6、 Bannister,A. J., Kouzarides, T. (1996). The CBP co-activator is a histoneacetyltransferase. Nature 384, 641 - 643 7、 Yang, X.J., Ogryzko, V. V., Nishikawa, J. I., Howard, B. H., Nakatani, Y. (1996).A p300/CBP-associated factor that competes with the adenoviral oncoprotein E1A. Nature 382, 319 - 324 8、 Taunton,J., Hassig, C. A., Schreiber, S. L. (1996). A mammalian histonedeacetylase related to the yeast transcriptional regulator Rpd3p. Science ,272(5260), 408-411. 在这一轮激烈的竞争中, David Allis 实验是最先在 Cell 上发文鉴定到了四膜虫中的组蛋白乙酰转移酶(酵母中 GCN5 的同源蛋白),并且确认了组蛋白乙酰化与基因转录激活的相关性( Brownell,J. E., Zhou, J., Ranalli, T., Kobayashi, R., Edmondson, D. G., Roth, S. Y., Allis, C. D. (1996). Tetrahymena histoneacetyltransferase A: a homolog to yeast Gcn5p linking histone acetylation togene activation. Cell ,84(6), 843-851. )。事实上,在 1995 年, Allis Group就 在 PNAS ( Brownell, J. E., Allis, C. D . (1995). An activity gel assaydetects a single, catalytically active histone acetyltransferase subunit inTetrahymena macronuclei. Proceedings of theNational Academy of Sciences , 92 (14), 6364-6368. )上报道,他们在四膜虫中鉴定了一个具有乙酰转移酶活性的蛋白亚基 p55 , 1996 年的 Cell paper 进一步测序克隆鉴定 p55 是与酵母 GCN5P 同源的蛋白。话说这段发现史也是可圈可点了,按照 Allis 的意思, “Identifying HAT came about througha stroke of luck” 。此前有报道称表明,组蛋白乙酰化就与转录激活是正相关,这一方面 NIH 的 Alan P Wolffe 做出了杰出的贡献,可惜天妒英才, 2001 年 Wolffe 教授 “ diedat the age of 41 on 26th May 2001 in a road accident in Rio de Janeiro ” ,享年 41 岁,这绝对是表观领域的一大损失,详细讣告见: Hager, G. (2001). Alan Wolffe (1959–2001). Cell , 105(7), 849-850. /( ㄒ o ㄒ )/~~ 。回到 Allis 的工作,具 Allis 后来回忆,这一重大发现极具讽刺性,因为四膜虫中的这个 HAT 具有超高的酶活活性,很方便做体外酶活实验, Allis 也认为这是由一定的幸运成分在里面,如果是在人的细胞中纯化出的蛋白就未必会有如此结果了,但是机会都是留给有准备的人不是 O(∩_∩)O 。一旦打开了宝库,里面的宝藏就会迅速的被发现,一个个应接不暇,从此 N 多人开始进入这个领域寻宝,此时不禁要说 chromatin 2.0 时代来临了,宛如一轮明月照亮了晦暗的 “ 基因的转录调控 ” 领域。 PS: 因为在《表观遗传学》课程上,我被指定讲了上述 8 篇文献中的第 5 篇,所以当时做了一点小小功课,或许文献上还有遗漏由于时间关系,本次先介绍到这,以后再得闲可以补后面的故事。本文部分内容参见: 2006-PNAS- Profile of C. David Allis 。 Alan Wolffe Wolffe 教授关于组蛋白与转录相关的研究详见下列文献: 1、 Wolffe,A. P. (1994). Transcription: in tune with the histones. Cell , 77(1), 13-16. 2、 Lee, D.Y., Hayes, J. J., Pruss, D., Wolffe, A. P. (1993). A positive role forhistone acetylation in transcription factor access to nucleosomal DNA. Cell ,72(1), 73-84. 3、 Wolffe,A. P. (1994). Nucleosome positioning and modification: chromatin structuresthat potentiate transcription. Trends in biochemical sciences , 19(6), 240-244. 下面介绍 David Allis 教授今年 5 月的第一次中国行: 第一站:清华大学, 2015 年 5 月 18 报告题目 : Beyond the Double Helix: Why YourDNA Isn't Enough? 本次报告由清华大学清北生命科学联合中心李海涛教授主持。 注:以下内容来自清华大学新闻网 5 月 18 日下午 , 美国国家科学院、美国艺术与科学院院士查尔斯 • 戴维 • 阿利斯教授( Charles David Allis )做客清华海外名师讲堂,以《超越双螺旋》为题,向 500 余位校内外听众生动地展现了表观遗传学的魅力。报告会由清华大学医学院李海涛教授主持。 阿利斯教授首先从人类基因组计划切入,明确了表观遗传学概念。人类基因组含有 30 亿个碱基对, 2-3 万个基因,这些基因的序列决定了人类疾病和衰老等重要的生命过程。因此科学家们制定了人类基因组计划,试图通过测定人类基因组的序列信息,进而以基因替代疗法进行疾病的治疗。然而,基因并不是唯一的决定性因素,同一基因组可以分化形成不同类型的细胞,同样具备转化为癌细胞的潜力,这些过程都会受到表观遗传的严格调控。 随后阿利斯教授从历史层面上系统介绍了组蛋白修饰中的三类关键因子:书写器( Writer )、擦除器( Eraser )和阅读器( Reader )。这三类因子分别可以实现组蛋白各种修饰的添加、去除和识别,调控基因的转录,并在癌症的发生发展中发挥重要作用。因此表观遗传因子抑制剂的开发已经成为疾病治疗的一个重要策略,目前已有一些药物研究取得了突破性的进展。其次,阿利斯教授着重介绍了组蛋白变体 H3.3 对染色质结构状态的动态调控,在组蛋白分子伴侣 HirA 介导 H3.3 掺入的情况下,染色质处于活性状态;而当组蛋白分子伴侣 Daxx 存在的情况下,染色质处于抑制状态。 Daxx-H3.3/H4 的复合物结构清楚的揭示组蛋白中仅一个氨基酸的差别就会导致后续截然不同的分子途径。 此外,阿利斯教授提出了 “ 癌症组蛋白 ” ( onco-histone )的概念。在儿童脑瘤中存在组蛋白 H3 上赖氨酸 27 位的突变( K27M ),这一突变极大程度上抑制了胞内 H3K27 三甲基化的产生,诱发染色质状态的异常,进而导致疾病的发生。最后,从遗传角度阿利斯教授提出,父辈或祖辈所受到的表观遗传调控同样会遗传给子代。阿利斯教授综合探讨了表观遗传学的各个分支,并以时代杂志的一期封面《为什么 DNA 并不能决定你的命运》结束了精彩的演讲。报告结束后,阿利斯教授与在座师生进行了真诚热烈的互动交流,同时也对大家在领域内的许多疑问进行了细致解答。阿利斯教授严谨的研究态度和幽默风趣的演讲给师生们留下了深刻的印象。 美国洛克菲勒大学阿利斯教授是在表观遗传领域里享有崇高声誉的科学家。现为美国国家科学院、美国艺术与科学学院院士,美国洛克菲勒大学染色质生物学及表观遗传学实验室主任。曾获 2003 Massry 奖, 2004 生物医学 Wiley 奖, 2007 年加拿大盖尔德纳国际奖, 2008 ASBMB-Merck 奖, 2011 基础医学杰出工作 Lewis S. Rosenstiel Award , 2012 年汤姆森路透社引文桂冠奖, 2014 年日本奖, 2014 年法国科学院 Charles-Leopold-Meyer 奖,和 2015 年生命科学突破奖等多项国际大奖。 阿利斯教授作为现代表观遗传学奠基人之一,在上世纪 70 年代末期就开始专注于组蛋白与染色质生物学研究。 1996 年,阿利斯教授在 Cell 杂志发表文章,首次揭示组蛋白乙酰基转移酶是一类重要转录共激活物。这一突破性发现首次证实细胞核核小体上的组蛋白不仅仅是用作染色质的骨架,组蛋白修饰还能够调节基因活性,这一突破性的发现标志着表观遗传学的兴起。阿利斯教授后续还开展了一系列高水平研究工作,系统探索了包括甲基化、磷酸化、泛素化在内的各种组蛋白修饰以及组蛋白变体对基因表达调控、染色质结构乃至癌症等疾病发生的影响。他还发展了有广泛影响力的 “ 组蛋白密码 ” 假说,认为纷繁多样的组蛋白修饰携带了一层超越 DNA 序列的表观遗传信息,协同调控着基因组遗传信息的解读。另外,阿利斯教授还为表观遗传学领域培养了诸多优秀的学者,并且主编了首部表观遗传学经典教科书《 Epigenetics 》。 第二站:中国医学科学院北京协和医学院, 2015 年 5 月 20 日 报告题目 :表观遗传修饰的多样性及其对人类肿瘤的影响 注:以下内容来自协和医学院官网 2015 年 5 月 20 日上午,美国国家科学院、美国艺术与科学学院院士 Charles David Allis 教授应邀做客中国医学科学院 “ 协和大师讲堂 ” ,在小礼堂做了一场题为 “ 表观遗传修饰的多样性及其对人类肿瘤的影响 ” 的大师报告,曹雪涛院长主持了报告。 曹雪涛院长首先向师生们简单介绍了 Allis 教授的研究经历。 Allis 教授目前任教于美国洛克菲勒大学,是表观遗传领域里享有崇高声誉的科学家,曾获加拿大生物医学总督奖、汤姆森路透社引文桂冠奖、日本奖、生命科学突破奖等多项国际大奖 , 在核小体组蛋白修饰对基因表达的调控作用上做出了一系列原创性工作,由此促使了表观遗传学这一全新生命科学研究领域的诞生和兴起。 Allis 教授在报告中向大家介绍了近年来所从事的研究工作。首先,他提出了细胞核核小体上的组蛋白不仅仅是作为染色质的骨架,更重要的是组蛋白修饰可以调节基因的活性;其次, Allis 教授重点阐述了研究小组在组蛋白变体 H3.3 赖氨酸突变对肿瘤发生的影响方面做出的工作,指出赖氨酸向甲硫氨酸的突变在人类肿瘤尤其是儿童肿瘤的发生中扮演重要角色,同时也为肿瘤治疗提供了新的可能;最后, Allis 教授强调组蛋白的每一个氨基酸都是非常重要的,特别是经过修饰的赖氨酸应当引起广泛关注。 Allis 教授的精彩报告博得了现场师生的热烈掌声。报告结束后, Allis 教授还与大家进行互动交流,解答了师生们在科研中遇到的疑问,使同学们深受启迪,更加坚定了大家在未来的科研道路上攻坚克难、开拓创新的信念。 第三站:同济大学, 2015 年 5 月 23 日 报告题目 : Varyingthe Terrain of Epigenetic Landscapes: Implications for Human Cancer Allis 教授第三站来上海并且是在同济大学,而同济此次特别主办了 “ 同济大学表观遗传学报告会 ” 。 Allis 教授自然在当天是第一个也是唯一一个作 60 分钟特邀报告的讲演者,本次报告由同济大学孙方霖教授主持,主持人应该是比较兴奋,也准备很长的介绍稿,这大概是我听过的最长的介绍。 Allis 教授满头银发,但是精神矍铄,气场十足,给我们这些学生春风化雨般感受。一个小时的报告,大家很仔细的聆听了,而我也用相机记录了 Allis 教授的每一张 Slide ,貌似这样很不礼貌吧,因为都是 unpublish 的 data 。 讲完后粉丝云集
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表观遗传学对我的一点儿启示
热度 1 drYZZ 2015-2-20 11:30
看到孙学军老师发表的关于表观遗传学的博文,我写了几段感想。现总结于下,算是作为一名学习生命科学的人,对自身生命的一点儿认识吧。 一种生物的全部基因就好像一架钢琴上的全部( 88 个)键 。对绝大多数生物来说,一个个体 ( 身体 ) 中所有的细胞中都有一架来自同一产家、同一型号、同一年批次钢琴。大家都用同样的钢琴弹奏乐曲。也就不在不同的细胞里、在同一细胞的不同生存时期和不同生理状态下,基因就如钢琴上的键一样,有些基因被经常表达,有些基因表达的很少,有的用这样一批基因协同表达,有的用那样一批基因协同表达。因而,弹奏的乐曲各自有所差别。凡在周围更替比较快的细胞中,弹奏的曲子就比较短,而在寿命比较长的细胞中,弹奏的曲子就比较长。人及高等动物都会自觉 / 不自觉地来维护绝大多数细胞中的弹奏。当然,有的维护的更细致,有的则不大用心去维护。有的被外来因素过多地干扰。这就相应于细胞(及个体)的健康、疾病、衰老、及寿命。我们的责任就是精心、细致地维护好我们身体中的每一类细胞中的钢琴协奏曲,别让它们跑调,更让它们陷入 “ 死循环(癌变) ” ,也别让它们半途而废。另外,我们体内各类细胞中弹奏曲子快慢、以及把曲子适度延长等也都在一定程度上是可以调节的。特别是调节像神经和肌肉细胞(这类细胞很难再生,从个体出生到死亡,这两类细胞中的绝大多数都只被逐渐淘汰而不再增多,到它们中的最后幸存者的功能衰退到一定程度,我们即使无病,也要死去)中所弹奏的曲子慢一些、长一些。所有这些,都是由我们的行为、习惯、心理通过表观遗传调节控制着的过程。 过去所认为的基因突变会使我们生病,只是一个很片面的理解。实际上,只要我们的生命力还比较强,外来干扰因素不是太严重,我们体内的基因突变绝大多数都会被修复。而只有当某些或多数细胞中的钢琴乐曲演奏出了问题之后,才会导致大量基因突变的产生以及突变后的修复不再很有效。所以很多疾病细胞中检出的基因突变到底是先突变后疾病,还是先疾病后突变,恐怕有点儿像先有鸡还是先有蛋的问题一样不容易理清。 再一方面就是,到目前为止,还有很多人在那里努力地寻找哪个基因到底起什么作用,哪个基因出了问题才造成疾病、衰老和死亡。哪个(些)基因是长寿基因,哪个(些)基因是帕金森氏综合症的基因,等等。他们的做法很像钢琴工程师在那里研究哪个键上什么声音,那几个键组合发什么声音,曲子弹奏不好是哪个(些)键有问题。对于我们绝大多数人来说, 我们只是钢琴演奏者,很普通的音乐爱好者,而不是钢琴工程师。甚至很多做生命科学研究的人,一般最多也只是一位音乐家,而不是钢琴工程师,更不是钢琴的原始开发者。所以我们最需要的是弹奏好我们现有的这架钢琴,而不是一个键一个键地去研究它们的材质、结构、连接安装方式等。 另外,也好像我们现在大多数人都用电脑,我们只要好好地把电脑应用好就是了。让那些 IT 方面的硬件工作都去管那些结构上的创新去就是了,我们若再不放心,还有一批人专搞软件研究呢。我们就是把现有的身体(这部电脑)充分利用好就是了。
个人分类: 问题思考|6107 次阅读|1 个评论
面对势不可挡的环境压力,珊瑚礁能捱过去吗?
热度 17 lionbin 2014-7-23 10:16
美丽的珊瑚礁其生存受到了威胁,除了海洋污染和人类过渡捕捞之外,气候变化和海洋酸化也带来潜在压力。在这种势不可挡的压力下,珊瑚礁是否已经无处可逃了呢?一些管理实践和科学研究则提供了问题另一方面的分析。科学家们在对这个问题的探讨中,给我们留下了许多有待思考的问题...... 面对势不可挡的环境压力,珊瑚礁能捱过去吗? Will Coral Reef Survive the deteriorating enviroment 赵 斌 在温暖而洁净的热带海洋中,最具魅力的风光非珊瑚礁莫属了。那么这个色彩斑斓、充满生机、宛若世外桃源的迷人世界是如何形成的呢?原来,在这水深不超过50米的海洋透光层,珊瑚(虫)与一种居住在其细胞内的微小藻类虫黄藻形成一种共生关系。虫黄藻利用光线进行光合作用,并把营养物质输送给珊瑚宿主,而珊瑚则是为其提供物理支架以保证虫黄藻在此安居乐业。我们见到的珊瑚礁就是无数珊瑚虫死亡后其碳酸钙骨骼堆积成的,珊瑚虫的子孙们一代一代地在祖先的骨骼上繁衍生息,形成了各种各样的珊瑚。这些共生的藻类,除了提供珊瑚生长的养料,还有一个重要功能,就是利用自身绚丽夺目的颜色把珊瑚打扮得漂漂亮亮。 其实,珊瑚礁所表现出的魅力,更是其内部所孕育出的生物多样性与内涵。尽管珊瑚礁位于营养较少的热带海洋中,但它们的生物多样性却非常高。珊瑚礁无疑是地球上生态系统服务功能最丰富,价值最高的地区,是形形色色海洋生物的乐土。多孔的珊瑚礁为许多动植物提供了生活环境,其中包括蠕虫、软体动物、海绵、棘皮动物和甲壳动物等,占海洋物种数的25%。一些无脊椎动物生活在珊瑚礁的岩石基础内部,有些能够钻入石灰岩,有些住在岩石内部本来就存在的缝隙中。此外,珊瑚礁还是海洋鱼类的幼鱼生长地,甚至是一些哺乳动物的食物来源。总之,珊瑚礁构成了一个复杂的食物网体系,构成了鲜艳动人、五光十色的海中花园。 图1 色彩斑斓的珊瑚礁 如今,这些美丽的珊瑚礁,其生存却受到了威胁。这些威胁,除了海洋污染和人类过渡捕捞之外,气候变化诸如厄尔尼诺现象、全球变暖导致的海平面上升和海水增温,以及大气中二氧化碳增加导致的海洋酸化也会带来潜在的压力。 下面让我们看看这些威胁是如何产生的。 首先,制造礁体的珊瑚,对水温极为敏感,如果海水温度超过一定范围,珊瑚就会抛弃虫黄藻而呈现出幽灵般的白色,也许这是对过去更凉爽、更舒适、更健康时光的一种缅怀。失去内共生虫黄藻的珊瑚繁殖能力降低,而且很快就会死去,导致珊瑚白化。记录表明,仅比正常夏天气温高1℃且持续两三天这种情况就会发生。1998年前,珊瑚白化的发生大多与厄尔尼诺引起的海水温度异常升高有关。而1998年厄尔尼诺导致全球的珊瑚礁遭受了有史以来最大范围的白化,位于印度洋、红海、太平洋、波斯湾地中海和加勒比海的60个国家和岛屿都报道了珊瑚白化的情况。在那次事件中,世界上超过10%的珊瑚死亡,甚至一些地区,如印度洋珊瑚的死亡率高达46%。自此之后,珊瑚白化向常态化发展。换言之,以前珊瑚白化的发生伴随着数年间隔的厄尔尼诺,并不频繁。而随着全球变暖问题加剧,珊瑚白化出现的频率和持续时间都会随之增加,与是否厄尔尼诺年没有什么关联。 图2 白化珊瑚礁 另外,珊瑚的生存还面临着二氧化碳为其设置的第二个难以克服的障碍——海水酸化。随着大气中二氧化碳的增加,海水也会吸收更多的二氧化碳,使得海水碳酸盐离子的饱和度降低,从而导致钙化作用的下降。然而,珊瑚虫是通过钙化作用来形成其骨骼的,海洋酸化对于那些紧紧附着在礁石上生长的藻类也有负面影响,这种藻类是另外一种重要的珊瑚礁建造者,扮演了一个粘合剂的角色,负责将珊瑚礁连接起来,有助于维持珊瑚礁的形态。受海洋酸化负面影响最大的是位于热带和亚热带的珊瑚,海洋酸化可能毁掉珊瑚礁生境。因此,在高温和高酸度环境下,藻类会变软,抵抗力也随之下降。 海水温度升高和酸度增加,是对珊瑚礁的“双重打击”。我们知道,从赤道到两极,温度越来越低。珊瑚为了躲避海水增温,其分布区可能会向高纬度地区移动。然而,海水温度越低,二氧化碳在海水中的溶解度越加,酸性增强,珊瑚越难分泌碳酸钙骨骼,这种效应在高纬度地区更明显,又迫使珊瑚的分布区逃向赤道。两个因子的变化同时挤压着珊瑚分布区。在一个更温暖、更酸的海洋中,理论上珊瑚可能无处可逃,因为它们既无法忍受在温暖的赤道海域中渐渐褪色,又无法在靠近两极的非饱和水域中分泌碳酸钙而形成骨骼。 如果珊瑚消失了,这个生态系统会发生何种变化呢?首先,物种组成会发生急剧的变化,进而改变整个生物群落,甚至可能被海藻或其他非珊瑚类种群所取代。随后,整个食物网结构发生改变,那些依靠珊瑚或食用珊瑚的种群,将会被一些以藻类为食的生物所取代。如果珊瑚白化的破坏作用是局部的,那么这种改变可能会导致与珊瑚有关的物种和与海藻有关的物种之间相互混杂在一起。如果珊瑚白化是大范围的,那么与海藻相关的物种将会完全替换与珊瑚相关的物种,整个生态系统类型发生更替,海洋生态系统的稳定性面临巨大的考验。 那么,在这种势不可挡的压力下,珊瑚礁是否已经无处可逃了呢?一些管理实践和科学研究则提供了问题另一方面的分析。 让我们还是从一个有趣的故事开始说起吧。 马尔代夫是位于印度洋的一个由1200多个岛屿组成的国家。Abdul Azeez Abdul Hakeem是致力于研究马尔代夫珊瑚在全球变暖下存活情况的科学家,他从1998 年那次强烈的厄尔尼诺之后就开始关注珊瑚礁。那一年,夏天海水温度上升到了33℃,马尔代夫80~90%的珊瑚虫都死了,但是附近人工礁石上的珊瑚虫却幸免于难。调查发现,这些礁石是一个电力实验的产物,但是没有人明白这里的珊瑚是如何免受酷热影响的。Azeez借鉴了这种理念,用钢管建造了一个通电的珊瑚礁。微小的电流吸引海水中的物质附着在钢管上,形成适宜珊瑚虫居住的厚厚石灰石外壳。这种珊瑚礁如同一个海底园艺师,各种不同种类的珊瑚虫在这个受保护的水底花园繁育生长。Azeez称之为“珊瑚温室”,他相信在下一个厄尔尼诺来临的时候,这些设施将能保护相当数量的珊瑚。 图3 马尔代夫通电钢管打造的珊瑚方舟 珊瑚礁生态系统发生改变,人们很快就会联想到与海洋渔业有关的一些问题。诚然,海水增温导致珊瑚礁白化,而在珊瑚死亡率较高的地方通常被藻类所取代。但是,一些数据分析却表明,渔业收获似乎很少受到珊瑚礁白化的影响。仔细分析发现,当藻类取代珊瑚虫之后,礁石鱼类的生物量可能并没有很大改变,只是物种组成会大不相同而已。在发生珊瑚白化的区域,与珊瑚有关的鱼类迅速被与海藻有关的鱼所替代,仅仅导致短期生物量(或渔获物)减少,而从珊瑚到海藻的完全改变并没有引起渔业收益的大幅度改变。当然,与珊瑚有关的鱼类和与海藻有关的鱼种,其价格和相对市场需求可能并不一样,也许会对渔业收入造成一定的影响。 碰到不利的环境变化,许多生物类群是通过自身的迁移来逃避恶劣的环境条件。但是,珊瑚及其固着生物则只能通过幼虫才能进行迁移,成虫是不动的。虽然应对温度的变化可以利用幼虫去开辟新的领地,但海洋酸化的影响则是更多只能通过适应才能应对其变化。新近的研究发现,某些浮游植物如球石藻由于基数大、世代间繁衍速度快,正通过适应性进化来响应环境的改变,也就是说这些物种依靠当代的进化就能适应酸化的能力,维持海底食物网中微小生物的生态功能。 那么,是否也有一些藻类可适应温度的变化呢?的确,最近也有科学家找到了这样的系群。一些虫黄藻本身就能适应高温环境的物种,因此猜测,珊瑚礁有可能通过系群替代的方式来适应全球环境变化。为了确定这种耐热机制,研究者们选定了几个有明显温度差异的实验位点(如美国萨摩亚后礁池,这个地方出现极端高温是很常见的事儿),并采集这些珊瑚礁进行交叉互换,测试之后的生理和基因表达状况。结果发现,局部的暂时顺应及固定下来的长期适应,对耐热性几乎有同等的贡献。本来预期这些长寿的生物只有经过多代强烈的自然选择才能达到的,而现在却发现,在形成气候抗性方面,短期顺应和长期适应都有相当的作用,这似乎为珊瑚礁捱过全球环境变暖提供了一丝希望。 这就是一个非常有意思的问题了。对于传统的进化来说,获得适应环境变化的有益突变,并通过种群繁衍将这种适应传播出去,其速度远低于目前气候变暖的速度。但现在实际观察到的现象是,珊瑚可以在相对较小的空间(数十米)和时间(数十年)尺度内对升温做出响应。那么,珊瑚是如何快速适应而跟上这种变化的呢? 起源于上世纪40年代的表观遗传学(epigenetics)告诉我们,有机体可以获得一些表观遗传特征,这是“DNA序列未发生改变的情况下染色体变化所产生的稳定遗传表型”。表观遗传变化可以打开或关闭特定基因表达,影响蛋白质合成,这通常只会改变DNA分子的形状。的确,目前科学家们已经观察到,一些珊瑚可增加一些特定基因的表达来获得遗传适应,这比之前预计的要快得多。珊瑚不仅表现出对高温可逆的生理顺应能力,而且还将这种变化固定在基因表达中。 面对势不可挡的环境压力,珊瑚礁能捱过去吗?科学家们在对这个问题的探讨中,给我们留下了许多有待思考的问题。但无论如何,任何有关珊瑚礁对海洋增温存在更大适应性的迹象对我们来说都是好消息。 【注】:这篇文章的最初版本是发表在科学网上的博文: 珊瑚应对海洋变暖,适应还是顺应 ?后受《科学家》杂志之约,进行了全面改写。改写版本发表于该杂志2014年第7期76-77页(http://www.scientists.org.cn/zl/527.jhtml)。
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珊瑚应对海洋变暖,适应还是顺应?
热度 8 lionbin 2014-5-26 14:35
珊瑚礁主要是由成千上万的珊瑚虫死亡后其碳酸钙骨骼在数百年至数千年的过程中逐渐堆积而成的。大多数珊瑚必须在透光层(水深不到50米)中生长,这里珊瑚内共生的单细胞虫黄藻能够进行光合作用,并为珊瑚虫提供营养,同时为珊瑚 礁 染上了绚丽的色彩。尽管珊瑚礁位于营养少的热带海洋中,但它们的生物多样性却非常高。多孔的珊瑚礁为许多动植物提供了生活环境,其中包括蠕虫、软体动物、海绵、棘皮动物和甲壳动物等,占海洋物种数的25% 。一些无脊椎动物生活在珊瑚礁的岩石基础内部,有些能够钻入石灰岩,有些住在岩石内部本来就存在的缝隙中。此外,珊瑚礁还是海洋鱼类的幼鱼生长地,甚至是一些哺乳动物的食物来源。总之,珊瑚礁构成了一个复杂的食物网体系 。 珊瑚礁所受到的威胁,除了海洋污染和人类过渡捕捞, 气候变化如厄尔尼诺现象和全球变暖带来的海水增温也会带来巨大的威胁。造礁珊瑚对水温非常敏感,如果海水温度超过一定范围,珊瑚就会抛弃虫黄藻而变成成白色,失去内共生虫黄藻的珊瑚繁殖能力降低,而且很快就会死去,导致珊瑚白化,最后改变礁栖生物群落和珊瑚礁生态类型,甚至转变为海藻占优势的类型 。1998年和2004年的厄尔尼诺,导致许多珊瑚礁出现了白化现象。当然,对于珊瑚礁白化现象还有许多争议。也有研究发现,有一些虫黄藻系群本身就能适应高温环境,因此珊瑚礁有可能通过系群替代的方式来适应全球环境变化 。 我们知道,环境温度发生改变时,生物的各种特性都会逐渐发生变化,以适应(adaptation)和顺应(acclimatization)在新的环境温度下生存和繁殖。在这里我们用了两个词,是为了区分这种生物为环境变化所发生的改变是否导致了遗传学上的变异。 如果生物个体在其生活史上产生了非遗传学的变异以应对环境的变化,称为顺应;如果出现了遗传学上的变异则称为适应。 不过,当这两个术语涉及到生理学问题时,则有更多的争议,这里不赘述 。 海洋变暖是对珊瑚礁最紧迫的威胁之一。一些类群可能通过自身的迁移来应对变化的环境条件,但珊瑚和其他一些固着生物则只能通过幼虫才能进行迁移,成虫是不动的。这对具有浮游幼虫的珊瑚种来说是可行的,但对于那些无法迁移太远的爬行幼虫来说就有问题了。因此, 成年珊瑚必须通过进化或其他能使珊瑚在生理上适应变暖的改变 。 上周 Science 周刊发表了Palumbi等的一篇文章,认为礁珊瑚对温度是高度敏感的,然而最近确认其种群能抵抗气候变化。为了确定这种耐热机制,研究者们选定了几个有明显温度差异的实验位点(如美国萨摩亚后礁池,这个地方出现极端高温是很常见的事儿),并将这些珊瑚礁采集了进行相互交换,测试之后的生理和基因表达状况。结果发现, 局部的顺应及固定下来的适应,对耐热性几乎有同等的贡献,这反映在基因表达模式中。而且在不到2年的时间里,顺应也达到了同样的耐热性,本来预期这些长寿的生物只有经过多代强烈的自然选择才能达到的,而现在却发现,在形成气候抗性方面,短期顺应和长期适应都有相当的作用 。因此,作者认为,如果在生态系统模型中添加这些适应能力,可能对珊瑚礁生态系统死亡的预测会放缓一些。如果这个结果能适用于其他物种和地点,这就为珊瑚礁熬过全球变暖提供了希望。 同期的文章,Eakin对这个工作进行了非常好的评述:进化过程,如通过获得有益的突变而适应环境变化并通过种群将这种适应传播出去,其速度远低于过去一个世纪的气候变暖,更不用说本世纪所预期的气候变暖。 虽然对抗不良环境产生适应的表型选择可以很快,但会导致生物多样性丧失和种群大小的降低;顺应则对压力的响应要快得多,但是这种生理可塑性往往对潜在响应有一定的范围。 所有这些机制在珊瑚中可以结合成一个非同寻常的方式,因为珊瑚是一个刺胞动物与内共生藻类的共生体,其中适应和顺应过程涉及到任何一方或者双方 。 最近的一些研究表明,珊瑚可以在相对较小的空间(数十米)和时间(数十年)尺度上对升温做出响应,然而,如果气候变化如预计那样快的话,在年代际尺度的发生的响应其实也不算快。那么,珊瑚如何快速适应跟上气候变化?此时,Eakin就扯上了拉马克的“用进废退”学说(看到后面你就会发现,其实表观遗传现象与拉马克学说并没有什么关联,只是现象类似而机制完全不同,为了区别,有人称这样的理论为新拉马克主义),即生物在新环境的直接影响下会改变习性,某些经常使用的器官发达增大,不经常使用的器官则逐渐退化。拉马克认为,有机体发展出新变体以适应它们的环境,然后将这些获得性特征可传递给后代(所以也称获得性遗传理论)。该学说于1809年出版,这也正是达尔文出生的那一年。后来的故事,我们知道拉马克的理论经不起古典遗传学(孟德尔遗传学)的推敲,也不符合现代遗传学,因此拉马克的学说普遍不被接受,更多被达尔文的自然选择学说所取代。 有时候科学的发展总是有许多轮回。本来表观遗传学(epigenetics)这个名词早在上世纪40年代就出现了,而这些调控机制很多都是发现已久的东西,并不新鲜。也就是说,有机体可以获得表观遗传特征,这是“DNA序列未发生改变的情况下染色体变化所产生的稳定遗传表型”。表观遗传变化可以打开或关闭特定基因表达,影响蛋白质合成,这通常会改变DNA分子的形状。新近研究表明, 一些珊瑚可增加一些特定基因的表达,帮助它们维持实验期间对增温的生理恢复力。他们的发现与遗传特征是一致的,但遗传性尚未得到证实。现在Palumbi 等所提供的证据表明,珊瑚可以通过改变基因表达来获得遗传适应,这比之前的想法要快得多。 过去的许多研究发现,珊瑚或藻类生理过程短暂变化,或者混杂在内共生藻类的分类群中,但这些都是暂时的变化,往往在几个月内或几年后环境压力消失了就能恢复。在这个新的研究中,珊瑚不仅表现出对高温可逆的生理顺应能力,而且还将这种变化固定在基因表达中。这些固定下来的特征,许多结合获得耐热性的表观遗传上调(up-regulation),当转移到非极端温度的条件下可在珊瑚礁中保持下来。研究中估计这些表观遗传变化的速度为15~24个月,比进化适应所需的多代速率要快得多。这些表型变化的存在说明, 这些适应性可能是遗传上的,这对未来增温的压力是一个预适应 (preadaption) 。 Palumbi等开创性研究也给我们留下了许多有待思考的问题。比如,在这个研究中研究者没有确定这些 新表型的表达是否可以跨代 。如果这种转变被证明是可遗传,一些珊瑚物种就可能比之前预期的能更好获得适应,而且适应可能会在种群中持续。同时,作者只测试了一种快速增长的珊瑚,因此尚不清楚还 有多少珊瑚种有这样的适应能力 。此外,由于Palumbi等的实验是针对具有高度可变条件下的珊瑚进行的测试,所以现在也无法确定 是否这样的表型变化只会发生在类似的条件下 呢?除了这些不确定性,Palumbi等的研究为缓解这个独特生态系统的威胁提供了希望。如果有足够的珊瑚种能产生这种适应,并足够维持全功能珊瑚礁的存在,是否能为许多物种和人类提供重要的生态服务?通过这些机制珊瑚能适应到何种程度?如果能够充分适应的物种太少,从时间上来看珊瑚礁生态系统难于对抗人类导致的气候变化。然而,在珊瑚白化频率和强度日益增加的条件下,而且还有可能引发另一场更严重的厄尔尼诺,任何有关珊瑚礁对海洋增温更大适应性迹象都是好消息 。 参考资料 维基百科:珊瑚礁 互动百科:珊瑚礁白化 赵斌、郭海强等译,2012。变化中的生态系统,高等教育出版社。 赵斌、明泓博译,2014。气候变化生物学,高等教育出版社。 百度百科:温度顺应 Eakin, Lamarck was partially right—and that is good for corals. Science (2014-05-23), 344(6186): 798-799. Palumbi et al., Mechanisms of reef coral resistance to future climate change. Science (2014-05-23), 344(6186): 895-898.
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[转载]《自发进化》节选(34)
罗非 2013-1-29 10:20
基因决定论:那条不会打猎的宠物小狗 1953 年,当华生和克里克在著名科学杂志《自然》上发表他们的文章“核酸的分子结构”时,人类历史进程也随之发生了重大转变。他们使用 X 射线晶体学技术,发现 DNA 分子是某种线性长链,由四种称为核苷酸碱基的不同分子组块构成,它们是:腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶,分别缩写为 A 、 T 、 G 和 C 。他们还发现,一对 DNA 链组装成双股螺旋结构。最重要的是,他们发现 A 、 T 、 G 和 C 四种碱基在 DNA 分子链上的顺序代表了某种用来合成身体蛋白质分子的密码。 因此,基因就代表了一段特定长度的 DNA 分子密码,它所包含的核苷酸碱基序列可以用来合成特定的蛋白质。而各种蛋白质分子则是构成细胞的物质组块,因而是造成有机体的生理与行为特征的原因。 根据 DNA 编码机制的本质,弗朗西斯·克里克提出了一个概念性假设,它被称为分子生物学的中心法则 (central dogma) 。这个中心法则,也被称为 DNA 首要性,它定义了生物系统中的讯息流动。 DNA 的 ATGC 四种碱基序列代表了某种讯息——表达为基因——它编码着某种蛋白质的结构。细胞会给基因做一个相当于复印件的复制品,这复制品所用的材料是另一类称为核糖核酸 (RNA) 的核酸。 这种 RNA 复制品才是机体在使用基因密码合成蛋白质的物理过程中实际上使用的分子。因此, DNA 中所含的讯息首先要转录 (transcribe) 到 RNA 中,然后, RNA 中的讯息再翻译 (translate) 到蛋白质分子中。克里克的中心法则,把绝大多数生物系统中的讯息流动描绘成了单向图景:从 DNA 到 RNA 再到蛋白质。 由于用来决定我们的特性的蛋白质结构,其最初原型是在 DNA 中编码的,因而这种分子被考虑为我们的生物学特征的首要决定者。这样,中心法则在字面上就可以翻译成, DNA 是导致我们人生状态的首要原因。根据华生与克里克所说,人生的奥秘可以最终还原为起于细胞核的分子连锁反应,该反应的启动是由特定 DNA 基因的开或关决定的。这个结论代表了生物学还原论的缩影——生命发源于物质的基因。 中心法则成为了现代科学中最重要的基本原则之一,它显著地影响了其后 50 年以来的遗传学研究方向。有关自己置身于某种物质的牛顿式世界之中的信仰让生物学家们确信,生命及其机制显然是物质相互作用的结果,就像那个关于运动的古老故事,在上了发条的手表内部那些相互咬合的齿轮一样。因此,甚至早在华生和克里克出生之前,科学就已经得出结论说,是一套物理分子控制了生命。唯一剩下的问题是,“究竟是那些分子?”当华生和克里克报告了他们的 DNA 结果时,其裁决就像是一次超级大灌篮: DNA 分子控制了生命。 科学家们不加质疑地把中心法则的结论接受下来作为真理,因为他们早就在预期这样的结果了。令人惊奇的是,生物学家们立即采纳了克里克的假说,尽管它的合理性从来也没有被检验过。而且,有件事是即有趣又十分重要的,那就是克里克把他的 DNA → RNA→ 蛋白质分子讯息通路假说称为法则 (dogma) 。根据定义, 法则 一词代表着某种“基于宗教说服而非基于科学事实的信仰”。 通过采纳了一种未加验证的法则,并把它作为了生物医学的根本基础,科学唯物论就正式地而且具有讽刺意味地滑进了宗教的范畴!现代科学究竟是代表了科学呢还是宗教呢,这个问题的答案就将取决于 DNA 是否真的控制了生命。在我们走进世界上每一个宾馆房间,把抽屉里的《吉迪恩氏圣经》都换成一本遗传学著作之前,让我们先深入考察这个关于 DNA 首要性的问题。这真的是真相吗? 克里克的中心法则的一条关键推论是,遗传讯息只能按照一个方向流动,从 DNA 到蛋白质—— DNA → RNA → 蛋白质——而永远不会走相反的方向;根据克里克所说,这就意味着蛋白质无法影响 DNA 密码的结构与活动。这里边的麻烦是:能够体验生命的身体是由蛋白质构成的;由于蛋白质无法把关于生命之体验的信息送回给 DNA ,因此环境讯息无法改变遗传命运。这就意味着,遗传讯息是与环境脱节的。 中心法则所阐释的讯息流动方向把基因决定论的观念具体化了,这个观念已经影响了这颗行星上生活的每个人的人生。 基因决定论所信仰的是,基因控制了我们所有的特性——物理的、行为的和情绪的特性。这就是为什么我们会去寻找在家族中流传的特性的原因,也是为什么科学会不停地搜寻负责控制这个或那个特定特征的基因的原因。简单地说,这个信仰说的是,我们的命运被锁定在我们的基因之中;而由于我们无法改变自己的基因,我们真的就是,如他们所说的,我们自己遗传的牺牲品。 然而,随着时间的推移,新的科学发现悄然削弱了这一信仰的可靠性。 在 1960 年代晚期,威斯康辛大学遗传学家霍华德·泰明当时正在研究肿瘤病毒如何劫持受感染细胞的基因编码控制权。他所研究的病毒中的遗传分子只有 RNA 。因此,当泰明发表他的研究,提出 RNA 中所含的讯息可能反向流动,改变宿主细胞的 DNA 编码时,他被科学界宣布为异端分子而遭到放逐。在这件事上,这一异端标签的宗教性涵义是某种很恰当的修饰语:他由于挑战了法则 而获罪。 在当时,没有人做好了准备来迎接泰明的发现所代表的那种深远的意义;但我们后来逐渐认识到,那些据说导致了艾滋病的各种 HIV 病毒所利用的正是同样的 RNA 基因遗传机制。泰明最终分享了 1975 年的诺贝尔生理学奖,其获奖原因是发现了 逆转录酶 ,也就是能够把 RNA 中所含讯息复制到 DNA 编码中的那种酶。 泰明的工作实际上打碎了克里克中心法则的脊骨,因为它证明遗传讯息是双向流动的: DNA 把讯息传给 RNA ,而 RNA 也能把讯息送回给 DNA 。泰明工作的意义在于,通过反向过程,遗传改变是可以通过设计或者环境影响实现的,而不是像以往人们所认定的那样,只能通过意外的突变产生。 到了 1990 年,中心法则和遗传决定论的另一条基本教义也被破解了。根据杜克大学生物学家 H ·弗雷德里克·尼基浩特的报告,基因并不是“自我浮现的”,它也不能“打开或关闭自己”。尼基浩特的文章强调,基因仅仅只是一些蓝图,而那种关于蓝图居然会拥有某种自我开关的品质的概念完全是荒谬的。想象一下你正站在某位建筑师的办公室里,看着眼前的一张蓝图,并且问,“那张蓝图会不会打开或者关闭自己?”更恰当的问题其实是:“那份 DNA 蓝图有没有谁来读过?” 这是因为,基因们不会自己读自己,这就意味着他们不能激活其自身的表达,从而就不是自我浮现或者自我实现的。下一个问题就变成,“是谁负责来读某个基因?”用尼基浩特的话说:“当有机体需要某个基因产物时,是来自其环境的某种信号,而不是该基因自身的某种浮现特性,激活了该基因的表达。”简单地说, 环境信号控制基因活动 。 正如我们已经看到的,生物医学科学正在哲学上接受超遗传学控制 (epigenetic control ,即旧译表观遗传学——译者注 ) 这门全新科学的改造。前缀 epi- 意味着“在某物之上”,因此这门新的科学从字面上说意味着从某种在基因之上的作用产生的控制。换句话说,超遗传学所描述的是,基因活动与细胞表达是如何最终由 来自 外界影响场的信息,而不是 被 内部物质 DNA 所控制的。 基因并不控制其自身的活动,而遗传讯息也并不像中心法则所说的那样,只按照单方向流动,这个麻烦的真相早在 20 多年之前就已经确立了。然而,尽管汤锅里已经有了这颗老鼠屎,但各种基础科学教材、媒体、特别是制药企业,仍然继续拒绝任何远离中心法则观念的运动。他们就这样继续保持着普通外行人的观念,即基因控制了他们的人生。很显然,如果我们继续用宗教性的“法则食品”来喂养它的话,即使一条已经死掉的法则也能继续让它活着 。 尽管科学已经证明,基因决定论教条是不能成立的,但主流媒体仍然继续关注于各种基因控制了我们的人生这一概念。每天,新闻文章都宣称又有某种基因被发现能控制这个特性或者那个特性。焦虑的人们则排着队等候用最新的、最好的基因芯片技术来读出他们个人的基因组,企图借此一瞥他们自己的命运。基因决定论的观念是如此地与占据优势的主导基本范式相共鸣,以至于即使无可辩驳的科学证据也无法动摇它的位置。 Dogma 一词,同时含有法则、教条、信条之义。在各个相似词汇中,具有最浓重的宗教色彩——译者注。 Dogma( 法则、教条 ) 一词与 dog( 狗 ) 谐音,此处作者意指各种法则教条都是信仰者们即使死掉也不愿放弃的宠物小狗——译者注。
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[转载]《自发进化》节选(9)
罗非 2012-12-26 12:35
第二章:一发全身 “在这个需要看精神科医生的病态世界里, 我们并不需要另一种进化的理论。 我们需要的是进化的实践。” ——斯瓦米·贝雍达南达 自发进化的承诺所预示的绝不比全球性转化的实现更少。但在我们能够重塑我们的外部环境之前,我们必须首先完整地觉察内部世界。 在我们皮肤之下的是一个由 50 万亿细胞组成的熙熙攘攘的大都市,其中每一个细胞在生物学上和功能上都等同于一个缩微版的人类。这并非为了制造影响力所说的某种夸张的陈述。不,真的如此,因为一旦我们明白了我们的细胞与我们之间引人注目的相似性,我们将开始向细胞学习某些过程和实践,这是细胞在数十亿年间所完善起来的。我们还将获得启示,了解我们的细胞是怎样产生意识的。进而,通过进一步意识到那种意识怎样在细胞之间运作,我们可以学着在目前这个人类进化的关键时刻改写我们受局限的信念。 经典的智慧认为,我们体内细胞公民的命运与行为都是预先在其基因中编程好了的。自从分子生物学家詹姆斯·华生和弗朗西斯·克里克于 1953 年发现基因编码以来,公众就被灌输了这样的观念,即脱氧核糖核酸 ( 也就是 DNA) 这种自受孕之时起就得自父母的东西决定了我们的个性和特征。遗传学的经典观念进一步让我们相信,我们继承下来的遗传基因程序是固定的,不可改变的,就像电脑的只读程序一样。 这种我们的命运不可磨灭地刻印在我们基因之中的见解直接来源于在今天已经过时了的科学概念 基因决定论 ,它试图让我们相信,我们是某种在我们控制之外的遗传力量的牺牲品。不幸的是,这种无能为力的假设是导致个人不负责任的单行线。我们当中有太多的人说过,“嘿,反正我也做不了什么,那我为什么要在意呢?超重?那是从我老祖宗那里传下来的。把糖果递给我!” 在某个超越基因的地方 到了 1980 年代,遗传学家们深信基因控制了人生。因此,他们开始着手绘制整个人类基因组,以找出决定人类有机体所有可遗传特征的整套基因。他们希望通过揭示这些密码,能够找到那把最终预防和治疗人类疾病的钥匙。 在后文中,我们还会读到更多有关人类基因组计划命运的故事。眼下,让我们先剧透一下:在基因工程之路上发生了一个意外事件。科学家们开始发现了一种关于生命如何工作的革命性的新观点,并且在此过程中建立了一个称为 表观遗传学 (epigenetics) 的全新科学分支。表观遗传学动摇了生物学和医学的核心概念,因为它揭示说,我们并不是基因的牺牲品,而是基因的主人。 为不认识希腊文的人解释一下,前缀 epi- 的意思是“超过”或“在某物之上” ( 从这里以及上下文可见, epigenetics 译为“表观遗传学”并没有很直观地表达出其本意,因此本书后文中将改译为“ 超遗传学 ”——译者注 ) 。学生们在高中或大学基础生物学课程中学到的仍然是 基因控制论 ,其见解为基因根本性地控制着生命的特征;然而,新的 超遗传控制论 科学显示,生命是由某种在基因之上的因素控制的。关于这“在基因之上”的究竟是什么东西的激动人心的启示开启了一扇大门,让我们得以理解我们的真实身份,即我们是我们自己的现实的共同创造者。 正如我们在前一章中所知的,环境信号通过细胞膜开关的作用来控制细胞功能。事实上,环境信号也使用同样的机制调节基因的活动。正如超遗传学 ( 即旧译之表观遗传学——译者注 ) 所示,来自环境的信号激活了细胞膜开关,后者将二级信号送到细胞核中。在核内,这些信号将选择基因蓝图,并控制特定蛋白质的制造。 这与传统的关于基因自己开关自己的信仰已经大为不同。基因并不是 自生实体 ,也就是说,它们不会控制其自身的活动。基因只是分子蓝图而已。蓝图就是设计图纸;它们并不是实际建造大楼的承包商。超遗传学在功能上很像一种运作机制,即承包商选择适当的基因蓝图,并控制身体的建造和维护。基因并不 控制 生物学;相反,生物学在 利用 基因。 那种关于基因就像只读程序,不受环境影响的传统信仰,现在已被证明是这样一种情况,即我们以为自己知道,但我们错了。超遗传学机制事实上修改了基因编码的阅读结果。超遗传学的创造性力量可以通过以下事实展示出来:超遗传学机制可以编辑某种基因的阅读结果,进而从同一份基因蓝图中生成超过三万种不同的蛋白质! 根据环境信号的类型不同,超遗传学机制的承包商特性可以修饰一种基因,生产出要么是健康的、要么是异常的蛋白产物。换句话说,一个人可能生来拥有健康的基因,但通过超遗传学信号的某种扭曲,可能会造成一种类似癌症的突变状态。从正面角度来说,同样的超遗传学机制可能让那些生来就带有有害突变的个体从他们那遗传来的有缺陷的基因中,生产出正常的、健康的蛋白质来。 超遗传学机制修饰基因编码的阅读产物这一功能,使得基因更像是一种可读写的程序,而不再是只读程序。这意味着人生经验可以积极地重新定义我们的遗传特性。 这是一种真正意义上的重大发现。以前我们曾经很确信,我们的基因标注了我们的命运;但新的前沿科学现在告诉我们,自然比这更为聪明。随着有机体与环境的相互作用,它们的知觉启动了超遗传学机制,从而微调基因表达过程以增加生存机会。 这种环境影响从同卵双生子研究中可以明显地看到。在出生时以及其后的一段短暂的时间内,双生子们从其同样的基因组中几乎表达出完全相同的基因活动。然而,随着他们的长大,他们个人的个体经验和知觉导致显著不同的基因活动。新闻媒体总是喜欢报道那种故事,即从出生起就分开的双生子,他们的人生之路却惊人地平行,以至于他们可能做着同样的工作,甚至结婚的伴侣姓名都是一样的。尽管人们以为这些故事带有普遍性,但它们其实是特别罕见的例外情况;而且更重要的是,这些故事没有考虑到出生前行为编程这个重要阶段,后者极大地塑造了这些双生子在出生之后的人生和行为。 现在,花一点时间充分理解一下新前沿生物学所揭示的东西。 知觉不仅控制行为,它们还控制基因的活动。这个修订版的科学强调了这样一种现实,即我们每时每刻都在积极地控制着我们的基因表达,终其一生都是如此。我们是能够学习的有机体,能把人生体验吸收到我们的基因组中,并传递给我们的后代;而他们也将继续把他们的人生体验吸收到基因组中,从而继续推进人类的进化。 因此,我们不应把自己看成我们的基因的无助的牺牲品;现在,我们必须接受并且承认这一能够赋予我们力量的真相,即我们的知觉和对人生的反应动态地塑造着我们的生物学和行为。 现在,让我们来看看这种全能的知觉在实际中是怎样塑造出来的。
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一场名人云集的冷泉港盛会 (三)-世界真的很小!
热度 4 burningmind 2011-9-12 12:06
会议结束后还有一些人在围着 Craig Venter 交谈。我看过他刚发的文章,对他们重组细胞中细胞质的作用有一些想法,想和他交流交流,便走了过去。最后只剩下我们两个人,他邀我坐下。我和他提出了我的问题,在他给出外交性回答之后又提了一个相关的问题:如果把合成的细菌基因组植入亲缘关系更远的生物细胞质中,重组的细胞是否还能存活。我的推断是否,他的回答证实了我的想法。我们聊了有一会儿,这时 James Watson 走过来说要去酒吧, Craig 邀请我一起去。我们三人到了冷泉港实验室自己的小酒吧, Craig 主动为我们买了一道酒,然后三人继续聊天。不断有人到酒吧来,在那里我还遇到一位意大利来的搞细胞核研究的老者,但他滴酒不沾。 会议组织者告诉我们他们刚刚在校区立了达尔文的一尊像,让我们一定去看看。做为搞生物演化研究的我,当然有兴趣去瞟一眼。和他们打过招呼之后,便一个人走了出去。沿着水边漫步,真是心旷神怡。终于见到了达尔文的塑像,比真人高大一些,但好象没有什么特色-但可能很真实。我想这是他们为一年前纪念达尔文《物种起源》发表 150 周年会议而立的,很遗憾没能参加那次会议,因为会议的主题-从分子生物学各角度研究生物演化机制-正是我的研究兴趣,并且从网上相关材料来看那是一场很好的会议。 天上开始落雨,我沿水边走回来,但过了酒吧又向前走了一段,去看 Barbara McClintock 曾经工作过现在以她命名的一栋建筑。那里很安静,房子的风格好象和其它的不太一样,有些典雅。这时雨越下越大,风也很厉害,虽然我有雨伞,但衣服开始湿了。所幸正式的 reception 就在附近,我便朝那走。小吃还在外面,靠顶上一个塑料篷勉强遮着。大部分人在房间里,但有一些人进进出出。塑料篷和房檐之间有个空隙,房顶的积水从缝隙里灌下来,服务人员撑在那里的两把雨伞已破烂不堪,进出的人上衣马上就湿透了。我的伞比较大,并且完整结实,我就马上把伞给了他们,情况一下子好了不少。我在外面尝了一点小吃之后,也钻到了屋里去。 房里空间不是很大,人挤得满满的。我去拿了一杯酒,一转身,看到 Stephen Henikoff 就在旁边。 Henikoff 是我很喜欢的一个科学家,他的研究很广,但他在生物信息学、比较基因组学、和表观遗传学领域都做出了重要贡献,而这三者都是我的研究兴趣所在。自我介绍之后,我和他聊了几句。但离酒台最近的地方是人最拥挤、声音最嘈杂的地方,讲话有些吃力,我便和他握手再见,去找一个更宽松的地方。迎面看到研究拟南芥表观遗传学和转座子的“大牛”之一,也是 Barbara McClintock 在冷泉港继承人的 Rob Martienssen 。我对他的研究很感兴趣,以前也见过他,便和他打了一个招呼。然后看到上午做过报告的 Spencer Wells ,和他聊了一阵他上午的报告;接着看到下午做过报告的 Peter Neufeld 律师,又和他聊了很多。 不多久,会议组织者招呼我们去用晚餐-不,是赴晚宴。真的没有想到,他们竟然准备了高规格的全套晚餐:巨大的龙虾、主餐、和饭后蛋糕等。大部分人主餐快结束的时候,一位八十岁左右的老者(可能是 Sydney Brenner ,也是诺贝尔奖获得者)出来致词。一般来讲,晚宴致词的主要目的是为了娱乐大家,从这点来讲,他的工作绝对出色。他讲述了冷泉港实验室一些人物-尤其是 James Watson 等老先生们之间交往的逸闻趣事,兼有奚弄和自嘲,引来阵阵大笑。这样学术不凡、有极强幽默感、且有胸怀自我 调侃 的学者实在不多! 他的故事讲完之后,我认识了与会的另外两个中国人,其中一个就是冷泉港在亚太地区会议的负责人。另外还认识了冷泉港会议等活动的负责人,当我们正讲话时,另外一个女子插话进来,半开玩笑半认真地说“哇,你今天上午的问题让我们出了一身汗!”我不好意思地对她说“ Sorry, I did not mean to do so ”。 - 我只不过是在进行正常的学术交流啊,对学术交流来讲有什么说什么应该最好。 时间已经不早了,我需要赶回纽约市去,便与他们道别。但是冷泉港实验室去附近火车站的 shuttle 好像已经没有了。我正想找人问询的时候,一辆小车停在我身边。开车人问我去哪里,我告诉他去附近的火车站,然后他说他带我去。热心人哪!坐在车上,我们聊起来,他说他是冷泉港实验室董事会成员之一。然后我们聊到 James Watson -和他的 wife ,他告诉我他就是他们两个人的介绍人!这让我难以置信,我更没想到的是,这是 Watson 唯一的一次婚姻-虽然他们两个年龄看起来相差很大! 世界真的很小!我和 James Watson 怎么就有这么(我)不解之缘呢?从我的邻居,到他的 wife, 到他本人,最后在我离开的时候还要我碰到他们的“媒人”!我从没想到和他会有这么多直接或间接的 personal interactions -我更关心的当然是他的学术观点。但世界的运行明显不受我支配,到现在我还没想通那些事情是怎么样凑到一起的。 But overall, good meeting, good dinner, and good party, what else could you have asked for? ( 附注 - 有关本文第一部分:自那次会议后的一年多时间里,欣喜地看到在 Nature 和 Science 等杂志上发表的关于表观遗传改变和癌症关系的文章显著增加。虽然这些杂志都有编辑参加这类高层会议,我不敢妄称这和我的那个问题有何关系。但我很高兴终于有更多人关注这一本该更早有更多关注的研究方向,并已开始被接纳为主流学术观点。冒着一定的学术和钞票风险: I bet 10:1 on this, i.e., on the importance of epigenetic changes to diseases like cancer。我不介意他人和我在这一研究方向上的竞争,更欢迎合作。) 中秋快乐!
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国际表观遗传学研究文献可视化分析
热度 1 xupeiyang 2011-1-11 08:18
中国医学科学院医学信息研究所 葛菲菲 许培扬 安新颖 Visualization analysis in international epigenetics research Ge Fei-fei, Xu Pei-yang, An Xin-ying (InstitueofMedical Information, Peking Union Medical College,Beijing 100005,China) Objective To provide decision-making information support for recogniting research trends,selecting frontier science and technology, shaping reasonable science and reasonable science and technology distribution, a visualization analysis was applied to the international epigenetics research. Methods Based on bibliometric methods and visualization analysis tools,various fields including publication years,countries of publications,journals and organization were analyzed exhaustively on publications of international epigenetics were searched in Science Citation Index Expandationed (SCIE).In addition,details on main subjects,key words were presented in this paper. Results 17112 publications were searched in SCIE since 1974,of which 12538 were published during 2005-2010;Epigenetic publications were growing rapidly since 1990; The production of China is far behind United States of America and UK.Publication were distributed in several different journal type including gene ,molecular and cell biology,biochemistry and oncology;Main subjects were including, basic research,clinical application, medicine development; 2005-2010 hot pins include: acute myeloid-leukemia breast-cancer colorectal-cancer genome embryonic stem-cells chromatin-structure DNA-methylation. Conclusion China should increase the investment in epigenetics,enhance cooperation with other institutions and countries,promote epigenetic research into world top class. Epigenetics ; Bibliometrics ; Visualization analysis ; Co-word analysis 目的 :对国际表观遗传学研究文献进行可视化分析,为把握重点研究方向、选择前沿技术课题、进行科合理的科技布局提供决策信息支持。 方法: 利用文献计量学方法和信息可视化方法对 Web of Science 中的 SCIE 数据库收录的国际表观遗传学研究文献的时间、国别、机构、期刊、学科、关键词进行分析。 结果 :科学引文索引扩展版 (SClE)1974 年至今共 收录了 17112 篇表观遗传学研究文献,其中 2005-2010 年 12538 篇;表观遗传学研究文献整体趋势呈现逐年增加,自 1990 年开始文献数量进入快速增长期;中国在文献数量上排名第 5 名,与美国、英国和日本存在差距; 2005-2010 表观遗传学研究热点有急性髓系白血病、大肠癌、乳腺癌、染色体结构、 DNA 甲基化、遗传学、基因组、胚胎干细胞。 结论: 中国应加大表观遗传学研究领域投入,拓宽表观遗传学研究领域,开展各种影响表观遗传修饰的药物研发,加强与其他机构和国家的合作,促进我国的表观遗传学研究早日进入世界前列。 表观遗传学;文献计量学;可视化分析;共词分析 :葛菲菲,实习研究员 通讯作者(To whom correspondence should be addressed) E-mail: xupeiyang@vip.163.com Tel:(010)-52328740 目前表观遗传学 ( Epigenetics ) 通常被定义为基因表达通过有丝分裂或减数分裂发生了可遗传的改变 , 而 DNA 序列不发生改变 ] 。表观遗传学又称为实验遗传学、化学遗传学、特异性遗传学、后遗传学、表遗传学和基因外调节系统,它是生命科学中一个普遍而又十分重要的新的研究领域。它不仅对基因表达、调控、遗传有重要作用,而且在肿瘤、免疫等许多疾病的发生和防治中亦具有十分重要的意义。近年来,它在生命科学领域中取得了突破进展,具有十分广泛的研究和应用前景 ] 。 1. 数据收集 Epigenetics OR Epigenetic OR epigenetios OR Epigenesis Genetic OR Genetic Epigenesis OR Epigenetic ProcessesOR Processes, Epigenetic OR Epigenetics Processes OR Epigenetic Process 等作为主题检索词,检索 Web of Science 中的 SCIE 数据库收录的 1974 年至今的表观遗传学文献,共检索到 Article 和 Review 型文献 17112 篇,检索时间是 2010-11-26 ,选取 2005-2010 年的 12538 篇 文献进行分析。 2. 分析方法及工具 采用基于数量统计的文献计量学分析方法、共词分析、聚类分析和可视化分析方法,利用 Thomson Data Analyzer(TDA) 、 Ucinet 和 CiteSpace 分析工具,对国际研究表观遗传学文献的时间、国别、机构、期刊、学科、关键词进行分析并进行可视化展示。 3. 结果及分析 3.1 时间分布 图 1 表观遗传学研究文献时间分布 ( 19742010 年) 对国际表观遗传学研究发表文献的时间进行分析显示 ( 图 1 ) , 19751989 年间,国 际表观遗传 学研究文献较少,每年文献量不足 30 篇;从 1990 年开始,文献量逐年增多。 1999 年在欧洲成立了《人类表观基因组协会》该协会于 2003 年 10 月正式启动人类表观基因组计划 ( HumanEpigenome Proiect ,HEP) 。成功绘制出不同组织类型和疾病状态下的人类基因组甲基化可变位点 (methylation variable position ,MVP) 图谱。 MVP 也就是指在不同组织类型或疾病状态下,基因组序列中甲基化胞嘧啶 (cytosine methylation) 的分布和发生概率。这项计划可以进一步加深研究者对于人类 基因组 的认识 , 为探寻与人类发育和疾病相关的表观遗传变异提供蓝图。自此掀起了国际表观遗传学研究热潮,近年来表观遗传学的研究在国际上受到广泛关注 。 3 . 2 国家分布 对 20052010 年发表的 12538 篇文献进行国家分析: (1) 国家合作网络分析:采用国家 - 国家共现分析方法,利用 UCINET 软件对 15 个国家进行分析,生成国际表观遗传学研究国家合作网络可视化图谱(图 2 ),图 2 显示,美国是表观遗传学研究的核心主体,与多个国家开展科研合作研究 , 如英国、德国、意大利、中国等国家都有广泛的合作;此外,与其他国家开展合作较多的国家还有德国、法国、加拿大、中国和日本;中国也与美国、英国、日本等国家开展了相关合作研究。 (2) 文献数量分析:发表关于表观遗传学文献前 10 的国家分析显示,排名前 10 的国家主要为发达国家如美国、英国、日本、德国等,其中美国在表观遗传学领域占有绝对优势,占该领域文献总量 44.85 %,其次是英国为 9.04 %;中国排名第 5 ,发表文献 884 篇,占 7.05 %,虽然与美国、英国、日本还有一定差距,我国表观遗传学研究发文量比较靠前,领先于许多发达国家。 表 1 国际表观遗传学文献排名前 10 的国家 排名 国家 文献数(篇) 所占比例( % ) 1 USA 5623 44 . 85 2 UK 1134 9 . 04 3 Japan 1118 8 . 92 4 Germany 1116 8 . 90 5 China 884 7 . 05 6 France 771 6 . 15 7 Canada 619 4 . 94 8 Italy 595 4 . 75 9 Spain 474 3 . 78 10 Australia 381 3 .0 4 图 2 国际表观遗传学研究国家合作网络可视化图谱 3 . 3 期刊分布   对 2005-2010 年发表的 12538 篇文献进行期刊分析显示 ( 表 2) , 12538 篇文献共分布在 1885 种期刊上。其中载文量最多的刊物为《美国国家科学院院刊》,刊载了 278 篇,占总文献量 2.22% 。刊载文献最多的 10 种期刊的主要类型是基因学、分子细胞生物学、生物化学及肿瘤学,其中基础研究型期刊 4 种,肿瘤学期刊 3 种。 表 2 国际表观遗传学文献排名前 10 的期刊 排名 期刊名称 影响因子 文献数(篇) 所占比例( % ) 1 PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 9.38 278 2.22% 2 CANCER RESEARCH 7.514 265 2.11% 3 PLOS ONE 207 1.65% 4 ONCOGENE 7.216 203 1.62% 5 EPIGENETICS 4.584 180 1.44% 6 INTERNATIONAL JOURNAL OF CANCER 4.734 163 1.30% 7 JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY 5.520 143 1.14% 8 CLINICAL CANCER RESEARCH 6.488 136 1.08% 9 BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS 2.648 126 1.00% 10 MOLECULAR AND CELLULAR BIOLOGY 5.942 123 0.98% 注:影响因子来源:《 2008 年 ISI 期刊引证报告》 - 该刊当年尚未被 ISI 《期刊引证报告》收录,无影响因子 3 . 4 学科分布 对 2005-2010 年发表的 12538 篇文献在 SCIE 中的学科 分析显示 ( 表 3) ,发表文献最多是生物化学与分子生物学, 2765 篇,占总文献量 22% 。其他学科依次是肿瘤学、细胞生物学、遗传学等。从学科来看国际表观遗传学研究领域不仅局限于基础研究,已经开始向临床应用及药物研发转变。目前,我国在表观遗传学的研究至少涵盖了 DNA 的甲基化修饰与功能、组蛋白的表观修饰与功能、癌症和神经疾病表观遗传调控、染色质重塑、结构与功能等重要领域。未来,相信会有更多从事人类重大疾病研究、干细胞研究、体细胞重编程研究、衰老研究和神经科学研究等的科学家都将加入到这个领域 。 表 3 国际表观遗传学排名前 10 学科 排名 学科 文献数(篇) 所占比例( % ) 1 BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY 2765 22.00% 2 ONCOLOGY 2541 20.22% 3 CELL BIOLOGY 2088 16.61% 4 GENETICS HEREDITY 1884 14.99% 5 MULTIDISCIPLINARY SCIENCES 667 5.31% 6 BIOTECHNOLOGY APPLIED MICROBIOLOGY 598 4.76% 7 DEVELOPMENTAL BIOLOGY 520 4.14% 8 NEUROSCIENCES 487 3.87% 9 BIOLOGY 484 3.85% 10 MEDICINE, RESEARCH EXPERIMENTAL 476 3.79% 3 . 5 机构分布 对 2005-2010 年发表的 12538 篇文献作者所在机构进行分析显示 ( 表 4) ,表观遗传学文献产出前 10 位的机构均分布在发达国家且以大学为主,如美国、英国、日本,其中美国的大学数量最多。我国表观遗传学的文献量位居世界第 5 ,但尚未有研究的机构进入世界 10 强。在过去的几年中,我国的部分研究小组在表观遗传学领域取得了令人鼓舞的进展。多项研究成果在《 Cell 》、《 Nature 》等国际权威学术刊物上发表。其中有代表性的工作包括:中国科学院院士、上海生命科学院裴钢研究组开展的肾上腺激素受体 GPCR 与表观遗传调控的研究 ] :清华大学医学院表观遗传学与癌症研究所教授孙方霖领导的研究组发现了不同性别个体中表观遗传调控的差异 ] 。从总体上来讲,我国在表观遗传学领域已形成一定的研究规模.并显示出参与国际前沿学科竞争的能力。 表 4 国际表观遗传学文献排名前 10 的机构 排名 机构名称 文献数(篇 ) 所占比例( % ) 1 Harvard Univ 393 3.13% 2 Univ Texas 348 2.78% 3 Johns Hopkins Univ 312 2.49% 4 NCI 224 1.79% 5 Ohio State Univ 165 1.32% 6 Natl Canc Ctr 163 1.30% 7 Univ Cambridge 156 1.24% 8 Univ Calif San Francisco 151 1.20% 9 Univ Penn 144 1.15% 10 Univ Tokyo 139 1.11% 3 . 6 文献关键词分析 对 2005-2010 年发表的 12538 篇文献关键词进行分析:对国际表观遗传学文献的 题名、摘要、叙词和标识符中的关键词 作共词分析,在 CiteSpace 中将将 2005-2010 年这 6 年跨度分为 5 个时区(每 2 年一个区),阈值分别设置为( 2 , 2 , 20 ),( 4 , 3 , 20 )和( 3 , 3 , 20 )。选取每个时区中的 top50 关键词,生成国际表观遗传学共词网络图 (3) ,如图 3 显示,其中深色标签中显示文献中作者标出关键词,浅色标签中显示文献题名、摘要、叙词和标识符中的关键词。标签中的连线距离表示关键词之间的相关程度,在一个中心结点的关键词即为一个研究热点 ] 。 临床疾病研究热点:, 如图 3 显示 (1) 急性髓系白血病,与其相连的关键词有组蛋白修饰 (histone modification) 、组蛋白乙酰化抑制剂 (histone deacetylase inhibitors) 、低甲基化 (hypomethylation) 。以往针对急性白血病诊断和治疗的研究主要集中在染色体异常和相关融合基因 / 蛋白以及白血病细胞的生物学特征上 。 人类基因组测序完成后 , 人们开始认识到 DNA 非编码区域和表观修饰的重要性 , 并开始尝试从非编码区域和表观遗传修饰的角度入手来探讨基因选择性表达的分子机制和相关疾病的治疗方法。研究表明,表观遗传修饰,如 DNA 甲基化、组蛋白乙酰化和甲基化等能够影响细胞生长调节、分化、凋亡、转化以及肿瘤发展相关基因的转录等。白血病的发生发展与表观遗传修饰异常密切相关。对白血病细胞表观遗传学异常的研究将为白血病的治疗提供新的策略 ] 。 (2) 肿瘤疾病,如 大肠癌 、乳腺癌。如图 3 显示,与这类疾病联系紧密的关键词有细胞凋亡 (apoptosis) 、启动子高甲基化 (promoter hypermethylation) 、甲基化 (methylation) 、启动子甲基化失常 (aberration promoter methylation) 、岛甲基表型 (island methylat or phenotype) 、组蛋白脱乙酰酶 (histone deacetylase) 、 CpG 岛 ( cgp island ) 、 beta-catenin 负调控等。肿瘤疾病的发生、发展不仅取决于遗传因素,同时也受到表观遗传修饰的影响。表观遗传通过 DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑以及非编码 RNA 等 4 种调控方式来实现对基因表达的控制,也就意味着异常的表观遗传修饰会导致肿瘤发生 ] 。然而和 DNA 的改变所不同的是,许多表观遗传的改变是可逆的,这就为肿瘤疾病的治疗提供了乐观的前景 ] 。 基础研究热点: 如图 3 显示, (1 ) 染色体结构 (chromation-structure ) 主要研究组蛋白修饰,组蛋白 h3(histone h3) 、组蛋白乙酰化 ( histone acetylation ) , DNA 甲基化 (DNA methylation) 、甲基转移酶( methyltransferase )等; (2) DNA 甲基化 ( dna methylation ) 主要研究 CpG 岛 ( cgp island ) 、胞嘧啶的甲基化 (cytosine methylation) 、 微小 RNA(microrna) DNA 等。甲基化包括启动子区 CpG 岛 的超甲基化和基因组低甲基化。局部特异性的 DNA 超甲基化能导肿瘤抑制基因的转录沉默。整体低甲基化随年龄而增长,可导致基因组的不稳定和致癌基因的表达激增。人类肿瘤中一些已确认的超甲基化基因都是经典的肿瘤抑制基因。乳腺肿瘤中,确认的超甲基化基因功能包括细胞周期调节 (p16INK4a 、 p14ARF 和 14-3-3 等 ) ,细胞凋亡 (APC 、 DAPKl 和 HICI) , DNA 修复,激素调节 (ER 、 PR) ,细胞黏附和侵袭、血管生成等。除此之外,具有肿瘤抑制功能的 miRNA 在肿瘤细胞中也通过超甲基化失活 ] 。 其他基础研究热点还包括遗传学( Inheritance )、基因组( genome )和胚胎干细胞( embryonic stem-cells )。表观遗传学补充了中心法则忽略的 2 个问题: ① 哪些因素决定了基因的正常转录和翻译; ② 核酸并不是存储遗传信息的唯一载体。表观遗传信息可通过控制基因表达时间、空间位置和表达方式调控发育过程及各种生理反应。所以.许多用 DNA 序列不能解释的现象,通过表观遗传学的研究找到了答案 ] 。 图 3 国际表观遗传学共词网络图 4. 讨论与结论 采用信息可视化方法、工具和传统的文献计量学方法对国际表观遗传学研究文献进行外部特征和内部特征分析,并将结果做可视化展示,初步揭示了国际表观遗传学的领先国家、期刊分布、研究领域、研究热点。 通过对表观遗传学文献计量学分析,发现表观遗传学的发文量正在快增长中。表观遗传学作为后基因组时代一个重要的新前沿,已成为全球研究热点。从国家分布和机构分布分析显示,现阶段表观遗传学研究前沿集中在以美国、英国、德国为代表的欧美发达国家。我国表观遗传学领域发展较为迅速,我国科技部于 2005 年开始启动表观遗传学方面的研究工作。启动了一个研究肿瘤和神经系统疾病的表观遗传机制的 973 项目。重点在于探讨肿瘤和神经系统疾病发病过程中的表观遗传学机制,但项目支持面相对狭窄、支持力度也比较小,许多表观遗传学重大问题的研究并未包含在内 ] 。 今后我国应继续加大在表观遗传学研究领域的投入,拓宽表观遗传学研究领域,开展种影响表观遗传修饰的药物研发,加强与其他机构和国家的合作,促进我国的表观遗传学研究早日进入世界前列。 不足与展望:本研究在检索策略上存在不足,检索词仅选取表观遗传学 ( Epigenetics) 相关核心词作主题检索,表观遗传学研究还包括 : 染色质位置效应 (Chromosomal Position Effects) 、 剂量补偿作用 (Dosage Compensation, Genetic) X 染色体失活 (Chromosome Inactivation X) 、基因沉默 (Gene Silencing) 、 RNA 干扰 (RNA Interference ) 、基因组印记 (Genomic Imprinting ) 等方面。因此分析结果可能不能反映国际表观遗传学研究的全部情况,在今后的工作研究中将进一步完善。 参考文献 ] 于红 . 表观遗传学:生物细胞非编码 RNA 调控的研究进展 . 遗传 : 2009 (11) : 1077-1086 ] 董玉玮 . 表观遗传学的 相关概念和研究进展 . 生物学杂志 . 2005(1) : 1-3 ] Kang J . A nuclear function of beta-arrestin 1 in GPCR signaling : regulation of histone acetylation and gene transcription .Cell.2005. (5): 833-847 Liu LP . Sex-specific role of Drosophila melanogaster HP1 in regulating chromatin structure and gene transcription .Nat Genet.2005,37(12): 1361-1366 ] Liu LP . Sex-specific role of Drosophila melanogaster HP1 in regulating chromatin structure and gene transcription .Nat Genet.2005,37(12): 1361-1366 ]Chaomei Chen.The thematic and citation landscape of Data and Knowledge Engineering .Data Knowledge Engineering 2008 ,(67):234-259 ] 陈燕 . 表观遗传修饰与白血病 . 中国实验血液学杂志 .2006,(4) :635-638 ] 孙树汉 . 肿瘤的表观遗传学研究 . 中国肿瘤生物治疗杂志 .2008,(1):8-13 ] Matias K P .Study of epigenetic changes leads to treatment advances in adult leukemias Oncolog 2003,(48):1-4 ] 石琴芳 . 表观遗传学与乳腺癌 . 国际外科学杂志 2010,(37):272-273 ] 余丽 . 表观遗传学的研究和发展安徽农业科学, 2010. ( 2 ): 581-591 ] 李成涛 . 表观遗传学及其在同卵双生子研究中的新进展 . 法医学杂志 .2009,(25) : 213-216
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大家都要懂点表观遗传学
热度 1 qpzeng 2010-11-3 09:40
据科学网报道,Science最新一期专刊详细介绍了表观遗传学研究进展。这虽然是一个非常前沿的专业领域,但我还是强调社会科学工作者、非专业人士都要了解一点表观遗传学,这是因为我们日常生活中的许多事情都与表观遗传学有关! 我先列举生活中常见的几种现象来帮助大家了解表观遗传学的概念: 双胞胎有着共同的遗传基础,同卵双生子的基因几乎完全相同,异卵双生子的基因的相似度也极高。但是,随着年龄的增长,在同一种环境下生活的双胞胎中一个正常,另一个却患上基因异常引起的老年痴呆症。 一般人都喜欢吃家乡菜,而且最喜欢小时候的口味。父母的口味往往跟子女很相近。这是为什么?现在有句话这么说:老奶奶的口味可以传给小孙子! 以上两种现象都无法用经典遗传学理论来解释,因为按遗传学观点双胞胎的基因相同,要得病也是都得病,要正常应该都正常!同样,口味只是一种环境因素,它对基因表达也许有影响但不会遗传给后代!但是, 这些现象却可以用表观遗传学理论来解释。 该理论认为,各种非遗传因素(如药物、化学试剂、病原体感染等)常常可以使基因发生甲基化或脱甲基化,从而影响基因功能。某些活化的基因被甲基化后可能失活,而某些沉默的基因脱甲基化后可能被激活。一个最典型的例子是,某些癌病毒(如EB病毒)侵染人体后,可以激活原本沉默的癌基因,同时使原本活化的抑癌基因钝化。 有趣的是, 大部分甲基化烙印都会在胚胎发育时归零(抹去),但某 些基因的甲基化或脱甲基化状态却能稳定地遗传下去,因而被形象地称为烙印或遗传印记!这个现象就是以基因状态为基础的表观遗传,以区别于以基因序列为基础的遗传!无论采用当初人类基因组计划的基因组测序还是采用千人基因组计划的基因组变异测序,都无法区分甲基化及非甲基化基因及其碱基序列,所以必须启动新的表观遗传学测序项目。 DNA的甲基化和脱甲基化就是表观遗传学的研究范畴之一,当然还有染色质蛋白修饰及小分子RNA调控等。双胞胎中的一个出现基因异常可能是因为他体内抑制老年痴呆症的基因被甲基化而失活,研究确实发现双胞胎随年龄增长其DNA甲基化差异越来越大。同样,老奶奶控制口味的基因也许被打上甲基化印记后传给了孙子,使他也和老奶奶的口味相同或相近! 虽然目前还不能确认那些化学试剂会导致DNA甲基化,但大家食用蔬菜前应多洗几次,尽量去掉农药残留;加强儿童免疫接种,防止病毒、细菌感染;成人最好少吃药或不吃药,避免影响自己的表观遗传基因!
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表观遗传学研究的历史、现状与未来 1964 - 2010年
xupeiyang 2010-11-2 14:08
《科学》推出表观遗传学专题 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2010/11/239626.shtm 表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。表观遗传的现象很多,已知的有DNA甲基化(DNA methylation),基因组印记(genomic impriting),母体效应(maternal effects),基因沉默(gene silencing),核仁显性,休眠转座子激活和RNA编辑(RNA editing)等。   表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化,如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等;而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如DNA甲基化和染色质构象变化等;表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。 表观遗传学:研究生物体或细胞表观遗传变异的遗传学分支学科。 别名:实验胚胎学、拟遗传学、表遗传学、外遗传学、后遗传学 http://www.gopubmed.org/web/gopubmed/1?WEB01ieum45h4m8t7I7I1I00h001000j100500001001000000011100040111dbgTest=true 39,324 documents semantically analyzed 1 2 Top Years Publications 2009 5,917 2008 5,516 2007 4,833 2010 4,441 2006 4,369 2005 3,600 2004 2,884 2003 1,851 2002 1,276 2001 1,047 2000 866 1999 461 1998 383 1997 335 1996 332 1995 252 1994 186 1993 120 1992 107 1991 78 1 2 1 2 3 4 5 Top Countries Publications USA 14,872 Japan 3,265 United Kingdom 2,781 China 2,539 Germany 2,427 France 1,569 Canada 1,271 Italy 979 Spain 756 South Korea 693 Netherlands 688 Australia 674 Switzerland 589 Sweden 375 Israel 328 Taiwan 299 Belgium 279 India 276 Austria 235 Denmark 203 1 2 3 4 5 1 2 3 ... 65 Top Cities Publications Boston 958 New York City 805 Tokyo 709 London 642 Baltimore 628 Los Angeles 575 Philadelphia 533 Cambridge 523 Bethesda 507 Paris 483 Beijing, China 480 Houston 475 Shanghai, China 419 Cambridge, USA 392 Seoul, South Korea 349 Heidelberg 339 San Francisco 323 Seattle 315 Madrid 307 Montreal 282 1 2 3 ... 65 1 2 3 ... 128 Top Journals Publications J Biol Chem 1,485 Cancer Res 797 Mol Cell Biol 719 P Natl Acad Sci Usa 614 Nucleic Acids Res 567 Science 561 Oncogene 532 Nature 522 Proc Natl Acad Sci U S A 401 Genetics 383 Plos One 379 Cell 374 Hum Mol Genet 367 Curr Biol 345 Biochem Bioph Res Co 341 Nat Genet 336 Epigenetics 335 Methods Mol Biol 326 Embo J 325 Mol Biol Cell 325 1 2 3 ... 128 1 2 3 ... 2152 Top Terms Publications Genes 24,041 Humans 23,773 Animals 20,811 RNA Interference 16,912 Proteins 16,335 Gene Silencing 13,254 RNA 13,080 Mice 9,434 DNA 9,363 RNA interference 9,052 RNA, Small Interfering 8,490 gene expression 8,432 Cell Line 8,192 Gene Expression 7,895 RNA, Messenger 7,136 regulation of gene expression 7,047 Methylation 6,966 Neoplasms 6,765 Mutation 6,752 methylation 6,695 1 2 3 ... 2152
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回应曾庆平的质疑
热度 1 fs007 2010-11-2 08:06
寻正 我嘲笑《三联生活周刊》科学记者袁越博士(网名土摩托)乱写科普,袁博士继续闷声大发财,却有科学网博主曾庆平老师打抱不平,反而给我扣了一个什么都不懂的帽子。我原本打算偷懒,点到即止,现在看来是不行的,伪科普之所以受欢迎,甚至能选进语文教材,当作科学写作的范本,读者乃至于有科学根基的读者分不清科学的真伪,是根本原因。 袁越力挺转基因,他的《漫长的残留》一文论点是农药会有漫长的残留,作用及第四代,因此,减少农药的技术转基因,当然就更安全。农药的70%是除草剂,而转基因的一个技术是抗除草剂,农作物本身抗除草剂,当然农民就会大量使用除草剂,以节约其它方式除草的成本。他的立论当然是错的,因为转基因并不就一定减少农药的使用。 曾庆平老师的理解很可笑,他说土摩托引用的例子是抗真菌剂与杀虫剂,因此,其作用不包括除草剂。呵呵,Skinner的研究,稍有专业知识,都会进行一般化的理解Generalization,这是业界给予他的研究很高评价的原因,如果其研究就只能局限于那两个化学物质,我就不理解《科学》杂志为什么要发表那样的文章了。好吧,我们退一万步,假如Skinner的结果不能一般化(generalize),那么土摩托是否就对了呢?当然也不对,因为他将Skinner的结果一般化到农药上了,Skinner可没有研究Bt毒蛋白所要取代的所有农药! 袁越博士对Skinner的研究进行的一般化理解不超出科学允许范围外,而曾庆平老师的理解实在是幼稚得可笑,还不如袁越呢。 曾庆平老师对我指出Skinner研究是延续至F4(子四代)不能理解,说什么是寻正强加的,我没见过这么可笑的说法。我的依据是Skinner的原文与研究,同时那也是土摩托的写作立论依据,我有那本事强加给人?土摩托声称作用到第四代,按他的理解,是F3代。土摩托之所以犯这种低级错误,是因为他是一个外行,如同曾一样,搞不懂文献中的F4指的是子四代,随便按一个第四代就完了。我按专业文献一般说法阐述,曾跑来跟我说我是纠结于子代的划分,No,我在指出一个你们不懂的科学常识。(F1-F4中的F指Filial,子女的意思) 表观遗传学由于已经约定俗成,所以我没有给出一个自己的译法。我之所以提及译法不妥,无非是提示其译法从字面上理解不易,因此在科普作品中要进行更多的解释。我解释Epi词根,事实上就给出了正确的译法。我说Epigenetics本意指基因修饰,那是基于历史而言的,我根本就无意阐述什么是表观遗传学,曾老师倒是火眼睛睛,看到我不懂表观遗传学。 曾老师无视我提出表观遗传学在90年代就站稳脚跟的说法,因为我没有讲明白,表观遗传学研究的性状会遗传是早在60-70年代就发现的事情了,而到了90年代,关于表观性状遗传的研究已经很多了。我的说法估计内行一读就明白,但曾老师就不可避免地误解了。我必须承认,原文没讲清楚,责任在我,我应当说清楚是表观性状的遗传早就不是新东西了,所以土摩托的一大堆煸情与把Skinner的研究拔高就很可笑,所以我嘲笑他无知者无畏。 在毒理学的研究中,致基因突变能力是一项标准的检测,曾老师倒是博学,教训我说我猜测的Ames试验未必就是土摩托文中提及的检测,呵呵,我不是无所不知的科普大牛,有所不知很正常,但曾老师请教我,如果不是Ames试验,那是什么? Ames试验或者类似检测鉴定化学药品的致突变能力只是致癌性检测中的初步手段,这并不需要Skinner的研究才能理解,基因突变能致癌,还有不少因素不引起基因突变也会致癌,大多数的致癌物质原理并不清楚,这是学界基本常识,因此,致癌性鉴别从来都要求动物实验。基本常识都没搞懂,跑来扯什么表观遗传学,好象没有Skinner的研究,科学家就会傻到认为通过了Ames试验,化学药品就没有致癌性一样,难道这不是极度无知?一个作者对自己所谈的话题极度无知,却津津乐道,难道不是伪劣科普现世的根本原因?我批判有什么错了? 曾庆平老师比袁越更扯,我都指出Ames试验就是袁越博士或者知道或者不知道的所谓标准致突变能力检测项目,他跑来教训我把几十年前的陈旧实验结果搬出来否定最新研究发现!我用Ames试验否定最新研究?我否定Skinner的研究了?也太过于缺乏逻辑能力了。 最后重复一次,我强调的是袁(或者曾?)缺乏对表观遗传学的基本了解,把非基因表观性状的遗传归于Skinner的发现,而事实上,早就是相关研究人员的常识了。我反复肯定过Skinner研究的意义,可没兴趣否定他的最新研究,即使要否定,怎么会傻到用Ames实验? 这么不靠谱的点评,最好少发点,影响形象。
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转基因的农药——土摩托的科唬大作(6)
fs007 2010-11-1 04:41
漫游火星——土摩托的科唬大作(5) Cocaine Science——土摩托的科唬大作(4) 甲烷——土摩托的科唬大作(3) 甲基安非他明——土摩托的科唬大作(2) 男人为什么长乳头?——土摩托的科唬大作(1) 寻正 我连续不断地指出《三联生活周刊》科学记者袁越存在学位造假,学历造假,及科普不靠谱这样的问题,《三联生活周刊》从无回应,袁越“博士”也无只言片语解释,倒是不时有其朋友为其打抱不平,认为我应该做“更有意义的事”。对于这些不辨是非,满眼友情的人来说,“有意义的事”不外乎不找土摩托的麻烦,即使是看电视,访友,玩游戏,也大概有享受生活的意义,唯有揭露造假与伪劣科普的活儿没有意义。 在我的检验下,《三联生活周刊》的一个科学栏目中连续不断地毫无例外地以错误成堆的作品误导读者,由此我看到《三联生周刊》编辑与作者的浅薄与无知,当然以为这样的杂志是烂杂志。却有人兴冲冲地跑来告诉我《三联生活周刊》不烂,可惜没有能力提供该杂志不烂的证据。 我续接此前对土摩托的科唬作品的揭露,这里讨论其第六文。 本人精力有限,不能也没有必要再象以前的揭露那样,把他所有的错误一一例举,我在此只举出逻辑上的硬伤与知识上的巨大缺陷,这样的错误,一条足以是科普的致命伤。 一、卖矛者卖盾乎? 中国有些人,把转基因当作洪水猛兽,另外则有一些人,鼓吹转基因简直就差四肢着地俯伏敬拜了,转了基因,这个世界就变天堂了。这两拔人见面就吵,闹得乌烟障气。土摩托大概就是一个转基因的祭司,鼓吹转基因到了不顾及基本逻辑的程度。 在《漫长的残留》一文中,土摩托宣扬了一个论点,农药是可怕的,可以累及三四代,于是乎转基因就很安全了——不转基因就会更不安全(不管文字游戏如何做,意思是一样的)。姑且承认袁“博士”在科学上的知识丰富,农药残留是漫长可怕的,但转基因就一定导致减少农药的使用? 在讨论转基因问题上,有两大基因几乎是人所周知,一是Bt基因,抗虫害,农作物自己生产Bt毒蛋白了,当然减少了农药的用量,但另一基因是什么?Ht基因,抗除草剂的。农药的70%是除草剂,对高产量的作物来说,虫害固然麻烦,杂草更能威胁到产量,能抗除草剂了,当然会增加除草剂的用量。Oops,转基因就一定减少农药残留? 在卖矛的时候,奋力鼓吹时,一定不要忘了自己还在卖盾。 二、读不懂科学论文的科普作者 我此前嘲笑过号称“生物学博士”的袁越连生物的基本分类都没搞懂,这里嘲笑他读不懂基本的科学论文。说来说去,回到了袁“博士”大敲其鼓的Skinner发表在《科学》杂志上的论文。长话短说,在该论文中,Skinner等人展示了从F1到F4各代受到Vinclozolin的影响,Skinner的最初研究是F1代的效应,也就是注射该药进入母体后产生的第一代小鼠身上的作用。 Skinner的学生不小心让F1代小鼠交配了,意外地让他们在F2代上发现该效应的持续,后续研究证明延续到了F4代。回到袁“博士”的科普中,F1变成了第二代,当然,面对普通读者,你把注药的母鼠当作第一代也无不可,因此,第二代就是F1(子一代)。那么,作用持续要到第五代,也就是F4(子四代)上才算结束。然而,袁“博士”却宣称只到了第四代就没有了! 三、Skinner与Epigenetics Epigenetics本意是指基因修饰,Epi为外,超,续的意思,就是指针对DNA分子的进一步的化学修饰,译为表观遗传学实在是误译,不过,这不是袁“博士”的创造,就不深纠了。 按照袁“博士”的写法,似乎Skinner的发现催生了Epigenetics一样,事实如何呢?诚然,Skinner的发现对毒理学研究有重要影响,但对于Epigenetics来说,却不是那么重要,许多描写Epigenetics的历史的论文,没有提Skinner的工作。Epigenetics早在1942年就提出来了,在1960-70年代就相继观察到许许多多的相关现象,到了1990年代,Epigenetics已经在学术界站稳了脚跟了。按袁“博士”的写法,Skinner等人倒显得很无知一般,事实上完全不是那么回事。 据Skinner介绍,他们不马上发表结果,是因为要找到该效应最终延续到哪一代,把老鼠繁殖多代是比较费时间的事情,其次,他们要研究Epigenetics的机理,这方面的东西他们不熟,要把这样的技术在他们实验室发展出来,需要时间,这是为什么迟至2005年才发表结果的原因。 Skinner等人的研究对于Epigenetics只算是一个重要佐证,算不上开创性的发现,但在毒理学领域,如果其观察成立,则具有开创性价值。 四、无知者无畏 Skinner等人在发表相关研究结果之后,就不断地强调其实验的局限性,一而再,再而三地说他使用的农药剂量远远超出日常生活中农药的暴露剂量,因此,基结果重在于发现机理,而不一定具有现实意义。很显然,Skinner试图避免的解读仍然成为了无知者无畏的过度诠释: “"表观遗传学"改变了这一规则。按照这一新规则,很多目前常用的农药很可能都是有害的,因为农药残留会通过改变DNA修饰的方式导致癌症和其他疾病,并会把这种影响遗传给后代。” 袁“博士”对毒理学研究一无所知,所以才会闹这样的笑话: “从前人们判断一种农药是否有毒的主要证据之一就是它是否能够改变DNA顺序,因为基因突变被公认为是导致癌症的主要原因。科学家为此设计了一系列标准化实验,一种农药如果能够通过这些实验,就会被视为"不致癌"。” 袁“生物学博士”知道自己在谈什么吗?大概他这里指的是加州大学伯克利分校Bruce Ames教授在1970年代发展出来的化学物质潜在致基因变异能力测试吧,该测试以Ames教授名字命名,用沙门氏苗来测化学物质引起基因突变的能力,如果引起突变的能力强,则考虑有致癌性,是化学物质初筛的一个基本毒理学指标,是基因毒理学的一个重要测试,但显然,能通过这个实验,离确定是否致癌差得不是一般地远。 从技术上说,如果通过Ames实验,发现基因毒性强,则很有可能致癌,但阴性结果,并不能保证不致癌。人,可不是细菌。没有Epigenetics,Ames也不会笨到以为他那个实验确定了致癌性。有了Epigenetics,也不见得规则就改变了,起码5年过去,规则仍然未变。 曲解自己不懂的东西,再来夸张另一个自己不懂的东西,大概是《三联生活周刊》这种不靠谱的杂志的科学记者的科唬常规。 漫游火星——土摩托的科唬大作(5) Cocaine Science——土摩托的科唬大作(4) 甲烷——土摩托的科唬大作(3) 甲基安非他明——土摩托的科唬大作(2) 男人为什么长乳头?——土摩托的科唬大作(1) 附:袁越“博士”《生命八卦》第六文 漫长的残留 姑且不谈转基因是否安全,让我们换一个角度,看看不转基因是否会更安全。 不久前,绿色和平组织指控亨氏米粉含有转基因成分,虽然农业部的检测结果还没有出来,但不少城市的消费者已经闻风而动,亨氏产品遭到了顾客的变相封杀。与此同时,又一轮关于转基因食品是否安全的大讨论正在民间热火朝天地展开。 转基因作物有很多不同的类型。如果只是单一地提高产量或者提高某类营养成分的含量,争议还不是很大,毕竟增加的是原来就有的成分。目前对转基因产品的争议主要集中在抗病虫害领域,因为这种转基因作物将会生产出新的蛋白质,这次亨氏米粉就是因为被怀疑带有转BT基因抗虫水稻成分而受到了质疑。 但是,虫害总是存在的。在没有找到更好的方法之前,不转基因就只有洒农药。和转基因不同的是,大多数农药都是人工合成的化学物质,其在食品中的残留物对人体是有毒的。有一类很常见的农药会干扰人体内分泌系统,近来受到很多科学家的关注。下面要讲的这个故事就发生在一个研究这类农药的实验室里。 美国华盛顿州立大学有一个"生殖生物学研究中心",主任麦克·斯金纳(Michael Skinner)带领一批研究人员试图找出农药对哺乳动物生殖系统的影响究竟有多大。他们试验了两种常见农药,一种名叫"免克宁"(Vinclozolin),是葡萄园里常用的一种抗真菌农药。另一种是"甲氧滴滴涕"(Methoxychlor),一种用来代替滴滴涕(DDT)的杀虫剂。他们把大剂量的农药注入怀孕的雌鼠体内,然后观察第二代雄性老鼠的精子质量。结果发现,第二代雄鼠的精子数量下降,游动速度也明显降低了。 2001年的某一天,斯金纳手下的一个女博士后敲门进来,不好意思地向老板报告说,她不小心让一对第二代小鼠交配了。斯金纳本来没计划这样做,因为科学界公认这类农药不会改变小鼠的DNA顺序,因此也就不具有遗传性。但是出于好奇,斯金纳没有指责她,而是让她继续观察。结果令他们大吃一惊,第三代雄鼠的精子质量仍然受到了影响。要知道,它们的父母(第二代小鼠)从来没有接触过农药,也就是说农药的效果有了遗传性。这个发现违背了当时已知的所有生物学定律,因此斯金纳没敢贸然发表结果,而是继续做重复实验。结果更加令人惊讶,农药的效果竟然一直延续到了第四代小鼠身上。 按照经典遗传学的说法,后天获得的性状是不会遗传给下一代的,除非父母的生殖细胞的DNA顺序发生了改变。进一步分析表明,这两种农药确实没有改变雌鼠的DNA顺序。那么,农药究竟改变了什么呢?经过4年的研究,斯金纳终于发现了其中的秘密。原来,农药改变了母老鼠DNA的修饰方式,或者准确地说,农药改变了DNA的甲基化。2005年,斯金纳在国际知名杂志《科学》上发表了研究成果,在生物学界引起了很大的轰动。 其实,DNA甲基化并不是什么新东西。科学家早已知道,DNA分子上的某些部位可以被安装上一个甲基,这些小装饰会改变基因的活性,比如原本一直在活跃地生产蛋白质的某个基因会因为甲基化而被关闭。科学家还知道,甲基化,以及其他一些DNA修饰方式是生物体调节基因功能的常用手段之一。越来越多的证据表明,一些常见的由环境引起的癌症和免疫疾病都与DNA修饰有关。 但是,以前科学家并不相信DNA修饰能够遗传给后代,斯金纳的发现改变了人们的看法。如果翻译成通俗的语言的话,这项实验等于是说:假如你祖母接触了某种农药,那么你就有可能患上癌症。或者,假如你接触了某种有害的化学物质,那么你的重孙子也会得病。而所有这一切都与DNA顺序的改变无关。遗传学家发明了一个新名词用来描述这一新兴学科:"表观遗传学"(Epigenetics)。很显然,这一新领域对遗传学、生理学和生物进化的研究都将产生重大的影响。 再回到农药的话题。从前人们判断一种农药是否有毒的主要证据之一就是它是否能够改变DNA顺序,因为基因突变被公认为是导致癌症的主要原因。科学家为此设计了一系列标准化实验,一种农药如果能够通过这些实验,就会被视为"不致癌"。"表观遗传学"改变了这一规则。按照这一新规则,很多目前常用的农药很可能都是有害的,因为农药残留会通过改变DNA修饰的方式导致癌症和其他疾病,并会把这种影响遗传给后代。 没人敢说转基因100%无害,但是不用转基因而导致的农药滥用肯定是有害的,而且其危害还在进一步扩大。
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后天教育与表观遗传
hanchang 2010-9-15 09:42
中国自古就有云 龙生龙,凤生凤 ,也有云 近朱者赤,近墨者黑 ,也有 孟母三迁 的感人故事。 今天的生物科学与技术的发展也在解释或验证着这些说法。父母播下的是 霸王级 龙种 还是 跳蚤级龙种 ,我们选择 不了,但成年后会不会成为 跳蚤 这可能与后天的抚养和教育相关,因为 龙种 与 跳蚤 高墙之间的开关可能就在与你自身某些基因的甲基化相关,这有点像中国武侠小说里说的通向高超武艺的经脉之门。众多的经脉之门或许就是生物个体多样性的基础。 Nature News ( 2010 年 9 月 14 )介绍了 Lizzie Buchen 有关表观遗传学与后天培养的问题讨论。 Neuroscience: In their nurture Can epigenetics underlie the enduring effects of a mother's love? Lizzie Buchen investigates the criticisms of a landmark study and the controversial field to which it gave birth. http://www.nature.com/news/2010/100908/full/467146a.html rats raised by attentive mothers were, as adults, able to deal with stress better than rats raised by more negligent mothers.
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干细胞的“往日情怀” iPS still sings “ the way we were”
热度 1 GumpForrest 2010-9-10 23:34
干细胞的往日情怀 iPS still sings the way we were 细胞有记忆吗? 作为一个完整的生物个体,记忆是其应对周围环境、维持生存的所必要的基本功能。对高等生物而言,记忆学习的基础。那么作为生物体基本构成单元的细胞是否也有记忆呢?答案是肯定的,但是,此记忆非彼记忆也。对于复杂的多细胞生物或高等生物而言,记忆常由特化的专门组织或器官来完成,如神经系统,其过程极其复杂,不是这里要讨论的。细胞的记忆则是由自己独立完成,它主要通过给基因挂上各种形式的记忆标签来实现的,这些标签又被称为表观遗传学信息。 我们知道,对于有性生殖的多细胞生物,机体的每一个不同的细胞都是来源于一个共同的祖先 - 受精卵,受精卵经过分裂和分化,形成各种组织细胞,最终组合成一个完整的个体。受精后 3-5 天形成的胚胎(又称囊胚)囊内的每一个细胞都可以单独发育成一个完整的个体,这就叫发育的全能型,或分化的全能型。能分化形成新的组织细胞类型的细胞,就是干细胞。当然,能够自我更新也是称之为干细胞一个必要的条件。干细胞是生命的原始种子细胞,在体内可以形成为各种组织细胞甚至器官和完整的生命体,因此具有潜在巨大的生物医学价值。 经过漫长和复杂分化历程形成的各种组织细胞的命运最终被定格:或是肌肉细胞、或是皮肤细胞等,细胞牢牢地记住了自己的分化经历,并终生严格维持自己最后的身份,而这些记忆是以表观遗传学信息形式储存。命运似乎不能任意改变的,这就是人们一直认为的分化过程是不可逆(而在植物,分化过程是可逆的,因此可以将植物任何部位的组织切下一块形成完整的植株)。这一观念直到 1997 年克隆羊多莉诞生才被彻底扭转。克隆多莉羊的技术被称为核移植技术,就是从供体羊(多莉的父亲或母亲)的身体取出单个体细胞,将细胞核吸出,移植到去除细胞核的卵子,让体细胞的细胞核载在卵子的细胞浆中逐渐忘掉分化过程所形成的成长记忆,将记忆回零以便重新开始,又叫重新编程。鉴于细胞核移植还涉及卵子的来源和使用,也一定程度存在伦理因素的制约。 于此同时,科学家们开始尝试用分子生物学方法直接对体细胞进行重新编程,使其回归到胚胎干细胞的状态。这在一开始被看做是不可能实现的任务( impossible mission ),日本的山中伸弥实验室是最早啃这块硬骨头的人。 2007年,日本的山中伸弥实验室和随后美国 Thomson 实验室分别宣布通过组合特定四种控制细胞增殖和分化的基因人为表达实现将体细胞 ( 普通皮肤细胞 ) 成功地转化为干细胞的方法,被称为诱导多功能干细胞,又名 iPS (Induced pluripotent stem cell) 细胞。 iPS 技术绕开了胚胎干细胞研究一直面临的伦理和法律等诸多障碍,因此在医疗领域的应用前景非常广阔,于是 iPS 研究一时风起云涌,成为生物医学研究的最前沿热点,诱导技术在不断发展和成熟,先有基因转染,到后来的蛋白因子鸡尾酒,再后来又有华裔科学家丁盛的化学小分子组合技术等等。 仅管各个实验都声称有通过各种方法诱导获得的干细胞和胚胎干细胞完全一样,但是人们仍然会心存疑虑:体细胞的原有记忆是否真正被完全抹去,可以完全重新开始?因为残存的记忆会引导或干扰干细胞的分化行为,恰如一个有着长久偷窃行为记忆的人可能不自觉地会对别人的口袋感兴趣;而一个有着毒品成瘾记忆的人可能在绝望或沮丧时可能更容易想到毒品。在 7 月 19 日 Nature 和其姊妹期刊 Nature Biochenology 分别发表了来自美国多个不同实验室的研究结果,证实了这个担忧并非杞人忧天。 首先,由哈佛的学和约翰霍普金斯大学的两个著名实验室合作,比较了早期 iPS 和体细胞核移植获得的干细胞在表观遗传标记上的变化,如 DNA 上的甲基化,结果发现,早期的 iPS 细胞仍然残存一定数量的甲基化,说明 iPS 憨部分保留着原有的记忆,而这些表观遗传学记忆必定影响细胞的分化过程中的行为。 另外发表在 Nature Biochenology 的是由多大六个实验室的合作研究的结果。该研究比较了不同组织来源的体细胞在经过标准的诱导方法获得 iPS 后在分子水平和分化行为上的差异。细胞的特征和功能取决于其多种基因的表达状态(表达或不表达,或表达水平),而这些基因的表达状态就是细胞的基因表达谱,相当于细胞的脸谱,基因芯片技术是描述细胞脸谱的一个主要技术。该研究发现:不同来源的细胞制成的 iPS 基因表达谱差异很大,说明这些细胞还都保存着过去的记忆。将这些不同细胞来源的 iPS 在培养瓶内进行诱导分化实验,结果发现, iPS 倾向于分化成它们原有的、或谱系接近的细胞类型,例如,从造血细胞来源的细胞诱导形成的 iPS 在培养瓶内很容易就可以诱导分化成造血来源的细胞,但很难形成神经系统的细胞。也就是说这些残存的记忆更容易引导这些细胞想到或回到过去的往日情怀( The Way We Were )。 iPS 的往日情怀是阻碍其多向分化的障碍,这两篇报道着也实让我们虚惊了一场。所幸的是,这种记忆也并非多么顽固。时间可以淡化或抹去记忆:如果把 iPS 在培养瓶中再继续培养几星期,或者几个月,那么他们原来的记忆印迹就将逐渐消失,恰如芭芭拉 . 史翠珊所唱歌词中期望的:让时间重写记忆,让一切重新开始。 iPS 的前景依然是光明的,虽然还有很长路要走,而干细胞向实际应用可能还有更长的路要走。期待着这么一天,成熟的干细胞技术的能帮助那些饱受病痛折磨的人们驱走梦魇,重新开始。 文章链接 http://www.nature.com/nature/journal/vnfv/ncurrent/full/nature09342.html ( http://www.nature.com/nbt/journal/vaop/ncurrent/abs/nbt.1667.html ) The Way we were memories light the corners of my mind misty water color memories of the way we were scattered pictures of the smiles we left behind smiles we gave to one another fore the way we were can't it be that it was all so simple then or has time rewritten every line and if we had the chance to do it all again tell me would we, could we memories maybe beautiful and yet what's too painful to remember we simply choose to forget so it's the laughter, we will remember whenever we remember the way we were
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表观遗传学研究的历史与现状 1964 - 2010年
xupeiyang 2010-9-6 16:32
http://baike.baidu.com/view/222577.htm?fr=ala0_1_1 表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。表观遗传的现象很多,已知的有DNA甲基化(DNA methylation),基因组印记(genomic impriting),母体效应(maternal effects),基因沉默(gene silencing),核仁显性,休眠转座子激活和RNA编辑(RNA editing)等。 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2010/9/237142.shtm 世界最大表观遗传学研究项目正式启动 用5000对双胞胎作样本,解开人类遗传学之谜 http://www.gopubmed.org/web/gopubmed/1?WEB1mOWEB10O00d000j10020001000h00100090000 38,260 documents semantically analyzed 1 2 Top Years Publications 2009 5,886 2008 5,508 2007 4,829 2006 4,367 2005 3,600 2010 3,452 2004 2,884 2003 1,851 2002 1,276 2001 1,047 2000 866 1999 461 1998 383 1997 335 1996 332 1995 252 1994 186 1993 120 1992 107 1991 78 1 2 1 2 3 4 5 Top Countries Publications USA 14,511 Japan 3,198 United Kingdom 2,727 China 2,415 Germany 2,355 France 1,527 Canada 1,236 Italy 952 Spain 735 Netherlands 674 South Korea 669 Australia 654 Switzerland 571 Sweden 367 Israel 316 Taiwan 282 Belgium 268 India 264 Austria 226 Denmark 193 1 2 3 4 5 1 2 3 ... 65 Top Cities Publications Boston 937 New York City 781 Tokyo 695 London 622 Baltimore 617 Los Angeles 561 Philadelphia 525 Cambridge 522 Bethesda 499 Paris 470 Houston 469 Beijing, China 453 Shanghai, China 403 Cambridge, USA 383 Seoul, South Korea 338 Heidelberg 326 San Francisco 316 Seattle 310 Madrid 303 Montreal 272 1 2 3 ... 65 1 2 3 ... 116 Top Journals Publications J Biol Chem 1,457 Proc Natl Acad Sci U S A 989 Cancer Res 792 Mol Cell Biol 716 Science 554 Nucleic Acids Res 548 Biochem Biophys Res Commun 528 Oncogene 522 Nature 508 Genetics 382 Cell 373 Hum Mol Genet 360 Genes Dev 354 Curr Biol 341 Nat Genet 335 Methods Mol Biol 324 Embo J 320 Plos One 316 Mol Biol Cell 314 Epigenetics 304 1 2 3 ... 116 1 2 3 ... 2152 Top Terms Publications Genes 23,458 Humans 23,229 Animals 20,363 RNA Interference 16,450 Proteins 15,883 Gene Silencing 13,004 RNA 12,789 Mice 9,211 DNA 9,097 RNA interference 8,835 RNA, Small Interfering 8,267 gene expression 8,195 Cell Line 7,964 Gene Expression 7,671 RNA, Messenger 6,978 regulation of gene expression 6,822 Methylation 6,769 Mutation 6,612 Neoplasms 6,598 methylation 6,504 1 2 3 ... 2152
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Epigenetic1.1 入门
anny424 2010-7-4 21:46
表观遗传学已成为后基因组时代的一个重要研究方向。 表观遗传学研究包括染色质重塑、DNA甲基化、X染色体失活,非编码RNA调控4个方面,任何一方面的异常都将影响染色质结构和基因表达,导致复杂综合征、多因素疾病以及癌症。和DNA的改变所不同的是,许多表观遗传的改变是可逆的,这就为疾病的治疗提供了乐观的前景。 表观遗传学研究的热点: 1 DNA methylation, histon modification (甲基化、乙酰化等)、核小体定位、小RNA之间的相互关系,也包括这些因素与染色质的高级结构之间的关系。谁是谁因,谁是谁的果?一般讲DNA methylation与compact chromatin struture 有关,组蛋白乙酰化与疏松的染色质相关。最近的研究表明DNA甲基化更易发生在核小体DNA上(nature 2010)。种种现象,到底这些因素的关系如何。 2 染色质结构与基因表达之间的关系究竟如何,有报道用组蛋白修饰的水平预测基因表达(好像也是在nature),那么调节染色质结构的基因的转录如何被染色质结构调节?什么是第一个信号等等。 3 染色质结构的动态改变规律是什么?细胞如何实现细胞特异的核小体定位?Cell的报道说,拟南芥包含H2AZ的启动子区核小体会感知温度的变化而启动特殊基因,那么在动物动物中核小体的基因调节作用会如何? 4 染色质的高级结构是什么? --by lhdld 组蛋白修饰怎样遗传 都知道甲基化怎样遗传和去除,而组蛋白修饰是怎样遗传的?它是怎样随环境变化的?在个体发育中是否出现像甲基化这种擦除再修饰? -- by qizhi502 组蛋白修饰的遗传依 赖于复制后新旧组蛋白如何分布,有全保留和半保留的模型.如果是全保留,新的组蛋白核小体应该以邻近的旧组蛋白为模板.半保留中,新旧组蛋白在同一核小体 中.但是,所有这些都是推测,已有的证据多支持全保留模型. 组蛋白修饰有一些是很稳定的如H3K9ME3,H4K20ME3,这些维持异染色质的 修饰不容易变化.而调节基因表达的如H3K4, H3K36容易变化.激素应该算一种外界刺激吧,一些激素受体会与组蛋白甲基化酶相互作用,从而使修饰发生变化.至于其它环境因素,研究可能还不多.神经 生物学家认为记忆也和表观修饰有关,但研究还不够深入. 对于组蛋白八聚体如 何复制的研究可以回溯到30几年前。 DNA复制时,组蛋白八聚体也会随之加倍。人们非常关注两个问题:1,旧的组蛋白怎样分布在两条复制 的DNA上?2,旧的组蛋白复合体在复制过后还会保持完整吗? 如果旧的还是完整的在一起,就遵从我和th-chen战友在上面提到全保留模型 1,Weintraub, H. Cell. 1976 Nov;9(3):419-22. Seale, R. L. Cell. 1976 Nov;9(3):423-9 这两个工作用cycloheximide抑制组蛋白合成,micrococcal消化复制后的 chromatin(同位素标记),发现消化过的产物中只有整个的核小体,而没有半个的核小体。说明旧的组蛋白可能是不分开的。他们的缺点就是体系中没有 新的组蛋白合成 2, Seale, R. L. (1978) Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 75, 27172721 Cusick, M. F., DePamphilis, M. L., and Wassarman, P. M. (1984) J. Mol. Biol. 178, 249271 Krude, T., and Knippers, R. (1991) Mol. Cell. Biol. 11, 62576267 Randall, S. K., and Kelly, T. J. (1992) J. Biol. Chem. 267, 1425914265 这几个工作利用的是 体外复制系统。得到的结果与上述体内结果一致。他们的问题同样是体系内没有新的组蛋白可供复制后的组装。 3, Crmisi, C., Chestier, A., and Yaniv, M. (1978) Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 42, 409416 Sogo, J. M., Stahl, H., Koller, T., and Knippers, R. (1986) J. Mol. Biol. 189, 189204 Crmisi, C以polyoma virus minichromosome 为研究对象。polyoma virus minichromosome 成环状,有约21个核小体。puromycin处理抑制蛋白合成,但DNA复制还可以完成。他们发现复制过的polyoma virus minichromosome 只有约11个核小体,而且没有发现半个的核小体。Sogo, J. M用SV40 minichromosome也得到相似的结论。 以上三方面的研究均支持全保留模型,只是还都有各自的漏洞 还有一些 研究通过研究组蛋白H3/H4 tetramer(四聚体)的稳定性从侧面验证全保留模型 4,H3/H4 tetramer在体外条件下非常稳定 Baxevanis, A. D., Godfrey, J. E., and Moudrianakis, E. N. (1991) Biochemistry 30, 88178823 Karantza, V., Freire, E., and Moudrianakis, E. N. (1996) Biochemistry 35, 20372046 Banks, D. D., and Gloss, L. M. (2003) Biochemistry 42, 68276839 Baxevanis, A. D发现,在各种pH及离子强度下H3/H4 tetramer均比 dimer稳定。另外,在近似体内的pH和离子强度条件下,dimer和 tetramer的平衡趋向于tetramer,即tetramer占主要部分。 当然,tetramer在一定条件下也会分成两个dimer。 Karantza, V和Banks, D. D.的研究中,温度升高及盐酸胍等变性剂可以把tetramer分开。 5,更重要的是 H3/H4 tetramer体内也是稳定的 Prior, C. P., Cantor, C. R., Johnson, E. M., and Allfrey, V. G. (1980) Cell 20, 597608 Jackson, V. (1990) Biochemistry 29, 719731 Jackson, V. (1999) Methods 17, 125139 Yamasu, K., and Senshu, T. (1990) J. Biochem. (Tokyo) 107, 1520 Prior 利用Physarum这种生物,它可以吸收接触其表面的外源蛋白,并用于自身细胞结构的构建。他们用蓝色荧光染料pyrene标记H3的cystein 110.当两分子的pyrene靠近时发绿光。即H3/H4 tetramer发绿光。当标记好的H3被吸收入细胞内时,最初观察到的是蓝光在细胞质中,随后入核。大部分的蓝光在核内同时变为绿光,而且,复制5次后 仍然可见绿光,蓝光不再出现。这说明几轮复制之后旧的组蛋白H3,H4复合物是在一起的。 Jackson, V和Yamasu, K利用重同位素标记加密度梯度离心的方法验证上述结论,这个实验也是在教科书中见到过的。 目前,还没有强力的证据支持H3/H4 dimer 存在并同 DNA结合的证据。但有文章表明在组装到chromatin之前,H3/H4 dimer 与asf1形成三聚体。 Tagami, H., Ray-Gallet, D., Almouzni, G., and Nakatani, Y. (2004) Cell 116, 5161 组蛋白八聚体会解离 成一分子H3/H4 tetramer,与两分子H2A/H2B dimer。 DNA复制时,H3/H4 tetramer 可能不与DNA分开,而H2A/H2B dimer失去了DNA的保护,会很容易从chromatin上掉下来。新的H2A/H2B dimer装入也是随机的。这样看来组蛋白八聚体肯定不是全保留了。但这一事实也可以理解。因为已知大部分的组蛋白修饰都在H3 和H4上,这样也可以保证需要被继承的修饰有模板可循。 -- by maoshan 全保留只涉及 H3/H4 tetramer,据我了解,核小体复制过程中,单个组蛋白八聚体会解离成一分子H3/H4 tetramer,与两分子H2A/H2B dimer,而新旧H2A/H2B dimer的组装是随机的。也就是说新形成的组蛋白八聚体并不一定全保留,因为新的H2A/H2B dimer可能与旧的H3/H4 tetramer组装,旧的H2A/H2B dimer也可能与新的H3/H4 tetramer组装。 --by th_chen 做ChIP(Chromatin Immunoprecipitation)几个月,时间不长,但深刻体会细节决定成败,把自己认为值得注意的细节总结如下: 1、cell counting:尽量做到准确,会影响input结果。 2、cross link:甲醛的终浓度是1%,这个基本所有的protocol上都会强调。 3、resuspend cells with SDS:一定要选用小的tip头,在液面下吹打,否则很容易产生气泡,后面的sonication就麻烦了。 4、sonication:ChIP 中最重要的一部分,合适的条件要自己摸索,可以一次尝试不同次数的sonication,然后建议采用EZ-ChIP上推荐的方法看看 sonication的效果如何。 5、加入salmon sperm DNA/Protein A or G之前要先混匀,因为salmon sperm DNA是很粘稠的物质,若不混匀,后面你会发现beads的量不一样,自然也会影响实验的结果。 6、wash 的时候前面几个步骤可以不用洗的太干净,但最后一个要尽量吸干净,必要时可用gel loading tips吸。 7、含beads的 samples离心时,有的protocol上推荐是1000rpm,45秒,但可以根据情况调整,但要注意转速不能太快防止beads破碎。(当然如果 采用的是magnetic的beads就不存在这个问题) 8、reverse crosslink可以是654个小时,也可以overnight。 9、reverse crosslink后的在进行下面步骤之前建议先离心,把蒸发到离心管盖子上的部分离下来。 10、每次行real time PCR之前都要把sample离心保证取样的准确。 11、1~10ul的枪取3ul以上才比较准确,所以考虑好自己PCR反应体系的配置。 另外补充: 1、一个ChIP一般需要3~4天的时间,其中有几个步骤是可以停下来的: (1)细 胞收集:用含蛋白酶抑制剂的PBS洗涤离心,去上清的细胞收集液可置-80冻存; (2)用SDS重悬细胞后可置-80冻存; (3)sonication 结束,离心后的上清置新的离心管后可-80冻存; (4)reverse cross-link后的标本可-80冻存。 2、 agarose beads 的wash过程中以及后面的DNA提取过程中乙醇的wash,可以用细胞室的那种吸引器,接上200ul的tip头吸,这样会节省很多时间(每个实验室情 况可能不一样)。 3、DNA提取后建议用水溶解DNA,因为TE buffer里的EDTA可能会影响PCR反应体系中的Mg2+。 4、 溶解DNA的水量可以根据PCR反应体系的要求适当调整。 --by salina 参考资料:(来自丁香园,需注册登录才能查看) 强烈建议版主单开一个 表观遗传学 版块 (表观)遗传学/转化医学 表观组学(epigenomics)的实验技术交流 表观遗传学问题二组蛋白修饰怎样遗传? 2009 年亚洲生物高峰论坛表观遗传学与干细胞研究的科学前沿 ChIP实验中的细节
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关于表观遗传学的小型研讨会
liangqunlu 2010-5-23 22:43
5.23, 关于表观遗传学的小型研讨会召开。 早上提前15分钟到场,结果是人爆满。剩下最后一排的座位。 靠着过道边的位置。坐下来。看到了很多老师也来听。看来今天的这场报告真的会不错。 Jiankang Zhu 做了开场白,副校长也致欢迎词。现在想来,不知道到底说了啥。 接下来正式开始,No.1 ,一个白人,No.2.一个白人,都在讲表观遗传学的什么东西。有点困,也有点不懂。现在还能想起来的是,借着gene从promoter区,有TF,TAF等的一大堆东西,起到作用。还有增强子折过来考蛋白互作起作用。基于这个理论的,研究深入都不记得。但是,后一个人讲在胚胎干细胞的表观遗传学,觉得很有意思。可惜现在想不起来了。 coffee break,听院长说,本校的不管饭,于是,很没有出息的去食堂买了午饭,回了宿舍。干嘛干嘛的~ 下午睡觉起来,去的时候,赶上nature的senior editor的演讲。以为很漂亮的lady。之后是science的senior editor 。两人讲的方式很不同,但是传达的内容有相同的部分。我想应该是很重的部分吧。说到了what help,what do not help 。审稿的程序。70%直接K掉,评论都没有。20~30% 可能是有评论的拒掉。之后7~8%,最后被接受。文章是要有内容新颖,解释了热门的问题,或是有着什么启迪,这些条件的。这些平时耳濡目染的听到过,不足为奇。只是,说到没有帮助的部分,伤心难过之后,更需要客观的看待自己与别人,至少没有什么不公平。可以在一定的时间内,去argue。哈,最后看到yi zhang 还有很多的boss,讲到rejection。真觉得这是大人们关心的问题,姐算是pass-byer。 之后就结束了。 是有很多不懂,任性的,现在也不想知道那么多了。啥时候,受到刺激,再躺着想想~
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[转载]表观遗传学的又一部分谜底被揭开
helmholtz 2009-10-17 13:50
亥姆霍兹联合会慕尼黑中心2009年6月科技新闻 亥姆霍兹慕尼黑研究中心科研人员破解 RNA合成中的精细调节机制。 2009 年 6 月 16 日 Neuherberg 消息。亥姆霍兹慕尼黑中心 Dirk Eick 教授与同事共同确认在 RNA 聚合酶 II 的核酶的表观调控中 TFIIH 激酶起着十分重要的作用。新近发表在著名《分子细胞学杂志》上的这项结果为更好地理癌症以及其他疾病的形成机制奠定了新的基础。 多年来人们已经认识到,生物体的多种生物学功能绝非仅仅由 DNA 排序所决定,还存在共同决定基因命运的一些顶层调节机制,甚至于在某种程度上能遗传给后代,尽管后者并不体现在遗传基因中间。这种被统称为表观遗传学的机制 - 人们通近些年的深入研究才知道 - 是非常多样和复杂的。 Dirk Eick 教授以及他在亥姆霍兹慕尼黑中心临床分子生物学和肿瘤遗传学所的同事与美国威斯康星 Madison 大学的同行共同在表观遗传调节的机制方面又有了进一步新发现:他们证明, TFIIH 激酶参与了表观遗传调控。 科学家们感兴趣的是细胞核酶 RNA 聚合酶 II 的精细调控作用。它将遗传物质 DNA 上的基因信息转录给 RNA 信使、或所谓的 mRNA ,后者又反过来构成蛋白质合成的基础。同时 RNA 聚合酶 II 还负责其他类型的 RNA 分子、即所谓 snRNA 的生成,它们有其他作用但不在蛋白质中表达。 Eick 和他的同事们在早先的工作中观察到, RNA 聚合酶 II 上的某个特定区域 - 所谓的 carboxyterminale 区间 - 是联合起作用的。在人体中该区域包括了 7 个氨基酸序列的 52 次重复。对于 RNA 合成而言,非常重要的问题是:是否存在可以通过生物化学过程修饰这个区间的氨基酸,如果有,它们又是如何发挥作用的。合成 snRNA 时至关重要的是,在第 7 个重复序列位上的氨基酸丝氨酸需要增添一个额外的磷酸基团。否则尽管可以合成 mRNA ,但却不能合成 snRNA 。其原因可能是这个磷酸化过程强化了与某个蛋白复合物的交互作用,即所谓集成复合。该作用对 snRNA 的合成必不可缺。换句话说,核酶 RNA 聚合酶 II 在某些区位所受到的修饰作用,决定了这些酶最后能否合成某些特定的 RNA 分子。 在最新的工作中, Dirk Eick 与身边的 科学家们共同证明, TFIIH 激酶决定了 RNA 聚合酶 II 的选择性磷酸化。“我们由此做出新的发现,知道 RNA 聚合酶 II 在表观调节中起到了核心作用。” Eick 教授说道。“这个结果意义重大,因为充分了解表现遗传学的机制对于更好地了解癌症和其他疾病的形成并进行针对性的治疗至关重要。” 原始文献: Md. Sohail Akhtar, Martin Heidemann, Joshua R. Tietjen, David W. Zhang, Rob D. Chapman, Dirk Eick, Aseem Z. Ansari (2009): TFIIH Kinase Places Bivalent Marks on the Carboxy-Terminal Domain of RNA Polymerase II. Molecular Cell 34, 387–393 (Online-Publikation:I DOI 10.1016/j.molcel.2009.04.016) 亥姆霍兹慕尼黑中心临床分子生物学与肿瘤和遗传学研究所 致力于研究与癌变的产生以及肿瘤细胞形成有因果关系的细胞内的遗传变化。核心目标是透过基础研究的进展改善治疗恶性疾病的方法,开发基因治疗手段。 亥姆霍兹慕尼黑中心是德国环境与健康研究中心。作为定位于在环境健康领域从事科研工作的一流研究中心,它把着重研究由于环境因素与个人遗传缺陷相互作用而导致的慢性病和综合性疾病。亥姆霍兹慕尼黑中心拥有员工约 1680 名。中心的主体位于慕尼黑北部的 Neuherberg ,占地 50 英亩 。亥姆霍兹慕尼黑中心是德国最大科学机构、亥姆霍兹联合会的成员单位之一,后者包括从事自然科学、工程技术和医学生物研究中心 16 家,员工人数达到 28000 人。
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基因“帽子”可能使病毒致癌
nwsuafliu 2009-2-28 09:02
( 原文 by: Bob Holmes ) 宿主细胞恶化时,致癌病毒发生了基因改变。这一发现,可能让医生预测病毒感染者何时将发作癌症,并据此开发新的治疗药物。 众所周知,发生癌变时,宿主细胞会在关键的肿瘤抑制基因上积累化学帽子,即甲基基团。这些帽子导致肿瘤抑制基因沉默,从而加速癌症发生。 西班牙Bellvitge生物医学研究所的 Manel Esteller 试 图通过表观遗传学,来揭示病毒致癌的秘密。他怀疑在宿主细胞癌变时,病毒基因也发生了类似的甲基化。 Esteller和同事们研究了不同种类癌症病毒在整个基因组中的甲基化水平,其中包括HPV(人类乳头状瘤病毒,可致宫颈癌)株系16和18、 HBV(乙肝病毒)和EBV。对每个病毒,该小组获得三套样品:无症状的携带者、早期癌变者和晚期癌症患者。 在所有四个病毒中,甲基化程度和癌症进程相关。例如,人乳头状瘤病毒-16的一个基因,在10名无症状携带者中均没有甲基化;在60名早期癌变者中有21人发现甲基化;17名宫颈癌患者中,有16人发现甲基化。(Genome Research, DOI: 10.1101/gr.083550.108 )。病毒基因开始甲基化,癌症开始发作;癌症症状越严重,病毒的甲基化程度越深。 Esteller 建议医生监测病毒的甲基化状态,以预测感染何时迈向癌症。但加州大学的癌症生物学家 Siavash Kurdistani 指出,这并未揭示病毒基因的甲基化是否引发癌症或者仅仅是已癌化细胞的甲基化之副产品。如果甲基化起致病作用, 去甲基化药物则可用来对付病毒性诱导肿瘤。 (小刘老师 编译)
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