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想做神探子？學(xué)會(huì)表觀遺傳很重要

小知識(shí)預(yù)測科普變化細(xì)胞遺傳樣本基因定律研究犯罪嫌疑人


想做神探子？學(xué)會(huì)表觀遺傳很重要



“凡兩個(gè)物體接觸 ， 必會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)移現(xiàn)象”--羅卡交換定律 。
這個(gè)定律是說 ， 只要是犯罪現(xiàn)場 ， 犯罪嫌疑人和受害者必定會(huì)留下一些物證 ， 而這些細(xì)微的物證往往會(huì)成為決定性的證據(jù) 。
在犯罪現(xiàn)場 ， DNA是最有信服力的物證之一 。 從現(xiàn)場殘留的微量的生物組織樣本（血液、毛發(fā)、皮屑、精液等等）中提取DNA ， 與犯罪嫌疑人的進(jìn)行比對(duì) ， 如果一致 ， 那么很大概率此嫌犯就是真兇 。
圖片來源：www.sciencemag.org/news
那如果還沒有鎖定嫌犯 ， 無法進(jìn)行比對(duì)的時(shí)候 ， DNA還有用武之地嗎？答案是“有的” 。 從DNA ， 嚴(yán)格來說是DNA上面的修飾 ， 我們還可以知道一個(gè)人的“年齡” 。 知道了年齡 ， 目標(biāo)人群就會(huì)進(jìn)一步鎖定 ， 從而幫助警方更迅速地找到嫌犯或者受害者 。
那么 ， 我們是如何通過DNA推測年齡的？這還要從“表觀遺傳”說起 。
什么是表觀遺傳？
我們知道DNA負(fù)責(zé)儲(chǔ)存遺傳信息 ， 影響著人類的性狀表達(dá) 。 除了一些特殊情況的變異 ， 人的DNA在一生中都不會(huì)發(fā)生改變 。
但為什么DNA不變 ， 人卻會(huì)有變化？環(huán)境的刺激為何會(huì)造成不同的表觀形態(tài)？同一個(gè)體中的不同器官明明共享同一套DNA ， 又為何各有不同？
對(duì)于上述問題的解答可以簡單歸納為一句：雖然DNA不變 ， 但其表達(dá)程度是可以在不同地點(diǎn)、不同時(shí)間被調(diào)控的 。 研究這種調(diào)控的分子機(jī)制的科學(xué)就是 “表觀遺傳學(xué)（epigenetics）” 。
自1942年Conrad Waddington創(chuàng)造了“表觀遺傳學(xué)”一詞以來 ， 這個(gè)學(xué)科經(jīng)歷了近80年的發(fā)展 ， 發(fā)現(xiàn)了DNA甲基化、非編碼RNA、異染色質(zhì)等調(diào)控表觀遺傳的機(jī)制 。 關(guān)于生物發(fā)育階段的變化、基因與環(huán)境的相互作用開始有所解釋 。
有越來越多的研究發(fā)現(xiàn) ， 一些遺傳領(lǐng)域的DNA甲基化的程度與年齡增長相關(guān) ， 也就意味著通過檢測DNA甲基化的程度就可以得知年齡 。
什么是DNA甲基化？
DNA甲基化（DNA methylation）是一種DNA的化學(xué)修飾 。 通過對(duì)DNA的修飾可以達(dá)到調(diào)控基因表達(dá)的效果 。 以哺乳動(dòng)物為例（下圖） ， DNA甲基化常出現(xiàn)在CG位點(diǎn)上（堿基胞嘧啶（C）和鳥嘌呤（G）以組合的方式出現(xiàn)的地方） ， CG位點(diǎn)又頻繁分布在基因的表達(dá)程度調(diào)節(jié)的領(lǐng)域上 。
DNA甲基化對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控
圖片來源：作者提供
【想做神探子？學(xué)會(huì)表觀遺傳很重要】如果基因的表達(dá)程度調(diào)節(jié)的領(lǐng)域的CG位點(diǎn)被甲基化 ， 從DNA轉(zhuǎn)錄到RNA必須的一些物質(zhì)（RNA聚合酶等）就無法與之結(jié)合 ， DNA就無法被轉(zhuǎn)錄到RNA ， 也就無法從RNA合成蛋白質(zhì) ， 從而最終影響到表觀形態(tài)的變化 。
這其實(shí)也是衰老機(jī)制的一種：伴隨年齡增加 ， 一些遺傳領(lǐng)域的DNA甲基化程度升高或降低 ， 導(dǎo)致必要的基因表達(dá)不足或不必要的表達(dá)無法被遏制 ， 最終導(dǎo)致衰老帶來的健康問題 。
如何用DNA甲基化來預(yù)測年齡？
近二十年來 ， DNA甲基化年齡預(yù)測的研究逐漸發(fā)展起來 。 其中最重要的研究之一就是Horvath 2013年發(fā)表的“DNA methylation age of human tissues and cell types（不同人類生物組織和細(xì)胞類型的DNA甲基化年齡預(yù)測）” 。
通過分析先前研究積攢的海量數(shù)據(jù)（8000個(gè)健康的細(xì)胞組織和6000個(gè)癌癥組織的數(shù)據(jù)） ， Horvath成功建立了DNA甲基化年齡預(yù)測模型（353個(gè)CG位點(diǎn)使用） 。 預(yù)測年齡與實(shí)際年齡的差僅為3.6歲 。 除此之外 ， 他也觀測到癌癥人群往往有較高的預(yù)測年齡 ， 也就是說因?yàn)榘┌Y ， 生理衰老會(huì)被加速 。

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