表觀遺傳的魔力

　　自從DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被解析以及中心法則的提出，人們已經(jīng)認識到DNA作為遺傳物質(zhì)的重要性。以人類為例，DNA序列決定了蛋白質(zhì)的氨基酸序列，并最終導致不同生命個體之間的差異。那么問題來了， DNA序列完全一致的細胞是否就完全相同呢?

　　答案自然是否定的。

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

　　我們每個人都是從受精卵發(fā)育而來，理論上身體的每一部分都共享著相同的DNA序列，但我們體內(nèi)的細胞類型、組織和器官卻大相徑庭，而決定這種差異的最主要原因就在于它們擁有完全不同的“表觀遺傳”信息。

　　DNA上存在的不同的化學修飾就是一種主要的“表觀遺傳”信息，這些DNA修飾就像流水線上的機械手，在特定時間指導細胞讓不同的基因“打開”或“關(guān)閉”，并影響哺乳動物的胚胎發(fā)育、疾病的發(fā)生發(fā)展等進程。

　　DNA修飾的種類雖少，但作用可不小

　　既然DNA修飾如此神奇，那細胞內(nèi)到底有多少種DNA修飾?與種類繁多的RNA修飾相比，在真核細胞內(nèi)，DNA上的修飾種類屈指可數(shù)。

　　隨著近年來對表觀遺傳學的深入理解，科學家已經(jīng)在真核生物中鑒定到了7種DNA修飾堿基。除了上個世紀就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的5mC，5hmU以及base J以外，近十年來又發(fā)現(xiàn)哺乳動物中的TET雙加氧酶可以將5mC逐步氧化產(chǎn)生5hmC，5fC以及5caC，同時還在高等生物中鑒定到了6mA的廣泛分布。

真核生物中的DNA修飾

　　雖然DNA修飾的種類不多，但功能可真不容小覷。由不同原因引起的5mC的氧化修飾失調(diào)會造成小鼠早期胚胎發(fā)育異常，例如智力低下、白血病等癌癥發(fā)病率升高等不良后果。6mA也被發(fā)現(xiàn)在實體腫瘤中高度富集。

　　因此，進一步研究DNA修飾的功能，探索是否還存在其它DNA修飾形式，也是科學界的研究熱點之一。

　　維生素C的功能，你可能不夠了解

　　近日，中科院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心/生化與細胞所徐國良院士聯(lián)合復旦大學唐惠儒教授和中科院水生所黃開耀研究員等多個課題組在國際學術(shù)期刊Nature上發(fā)表最新研究成果，首次報道了一種由維生素C產(chǎn)生的DNA修飾，并闡釋了其在調(diào)節(jié)萊茵衣藻光合作用中的功能。

　　在這項工作中，研究人員在萊茵衣藻中發(fā)現(xiàn)一個獨特的生物酶CMD1，它可以催化產(chǎn)生兩種新的DNA修飾，它們互為立體異構(gòu)體，并被統(tǒng)一命名為5gmC。更令人詫異的是，維生素C直接參與了這種修飾，并將其結(jié)構(gòu)上的甘油基部分轉(zhuǎn)移到DNA上。

CMD1催化維生素C參與DNA修飾

　　為了研究CMD1蛋白及其產(chǎn)生的5gmC修飾的功能，科學家通過基因敲除技術(shù)獲得CMD1基因突變藻株，發(fā)現(xiàn)這種突變藻株對強光的適應(yīng)能力明顯減弱。其主要原因在于，衣藻內(nèi)的DNA修飾發(fā)生改變后，包括光合作用相關(guān)基因在內(nèi)的許多基因的表達譜受到影響，衣藻光合作用的調(diào)控過程變得紊亂，細胞過度吸收的光能無法被有效釋放，導致有害電子堆積，對細胞造成巨大損傷。

CMD1以及5gmC參與萊茵衣藻光合作用的反饋調(diào)節(jié)

　　這是科學家在真核生物中鑒定到的第8種DNA修飾，同時解析了其參與的生理調(diào)控，為表觀遺傳學的研究打開了一扇新的大門。而日常被認為是抗氧化劑的維生素C在其中的意外“登場”,也讓大家認識到它或許還有更多的隱藏“技能”。維生素C與基因的“結(jié)合”過程作為一類新的化學反應(yīng)，也可能為生化大分子的合成提供新的研究思路