表观遗传学如何起作用

你玩过飞行模拟视频游戏吗?游戏可能提供了各种现实主义设置，允许玩家选择他们的游戏体验有多“真实”。通常情况下，你可以打开或关闭空中碰撞，或者决定你是否会耗尽弹药或气体．默认设置可能介于纯粹的模拟游戏和街机射击游戏之间，但游戏有可能变得更真实，这取决于你是否切换到适当的选项。

事实证明，我们的基因以非常相似的方式工作。如果我们积累的遗传物质(或基因组)作为我们的程序，我们的游戏体验就是我们的表型即生物体的可观察特征。一系列的因素，反过来，导致了表观遗传过程，使不同的基因打开和关闭。

科学家们在20世纪40年代首次创造了“表观遗传”(字面意思是“基因组之上”)这个术语，作为对基因组和表现型之间发生的变化进行分类的一种方式。例如，为什么只有一个同卵双胞胎得癌症，而不是两个都得癌症?为了了解发生了什么，科学家们更仔细地研究了它们之间的关系DNA还有细胞发育。

DNA存在于细胞核内细胞每一分钟的中心都是一个伟大的程序，它造就了我们自己。酶附着碳和氢束(CH_3.)称为甲基连接到DNA上，通常位于基因的开头附近，也就是蛋白质附着激活基因的地方。如果蛋白质由于甲基的阻碍而不能附着，那么基因通常会保持关闭状态。科学家称这种特殊的表观遗传过程甲基化．这些束的排列可能在一生中发生巨大变化，但也可能在胚胎发育过程中永久固定。这完全取决于影响甲基分布的各种因素。

虽然表观遗传科学家将大部分研究都投入到甲基化上，但他们已经确定了许多不同类型的表观遗传过程。染色质修饰在这些过程中很重要。在细胞核内，DNA缠绕在成捆的组蛋白形成的蛋白质染色质，进而形成染色体。改变染色质的结构就改变了基因的表达。各种化学基团通过附着在组蛋白上达到这一目的。

这一切是如何影响先天与后天之争的呢?请看下一页。

先天对后天的季后赛已经过半了。让我们计算一下比分。我们在很大程度上是基于从父母那里继承的基因，这当然是自然的一个观点，但我们的日常生活可以影响表观遗传的变化，这当然是后天培养的一个观点。有趣的是，下一个小事实并没有打破平局——它为双方都得一分。根据我们现在所知道的，似乎至少有一些表观遗传变化是遗传的。

让我们回到电子游戏的类比中。你的父母不仅会把中央程序传给你，还会把他们使用过的一些实际游戏设置传给你。一些染色质修饰转移到新合成的染色质上DNA和蛋白质。正如你所想象的，遗传表观遗传变化的前景对我们理解进化．科学家们甚至重新评估了他们之前质疑的理论，比如18世纪科学家让-巴蒂斯特·拉马克的理论。虽然最近的发现并不完全支持拉马克的理论，即长颈鹿的脖子在几代人的抓取过程中变长了食物在美国，有些证据无疑是拉马克式的。

以水蚤为例。在捕食者密集的环境中，这种生物会发育出巨大的防御性刺——即使在没有捕食者的环境中长大，它们的后代也会发育出这种特征。这个过程叫做跨代表观遗传．人类可能不必因为父亲感到受到威胁而不得不应对不断增长的防御刺，但研究表明，各种行为和健康状况都是由遗传的表观遗传变化造成的。

表观遗传变化也允许干细胞发展成为专业的细胞，比如在大脑中发现的那些。虽然生物体依赖于这一重要过程，但表观遗传变化也会导致疾病。在某些情况下，被打开的基因或基因与使人衰弱的疾病有关，如如Angelman综合征．在其他情况下，表观遗传变化关闭了一个非常重要的基因。再次以电子游戏为例，对于有机体来说，有一定范围的设置是有效的，但打开太少或太多的选项会导致非常不令人满意的游戏体验。科学家甚至认为两者都在减少和增加甲基化(酶附着在DNA上的化学束)可能会导致癌症，因为它打开了过多的促进生长的基因或关闭了抑制肿瘤的基因。

什么样的因素会触发这些表观遗传开关?请看下一页。

你对表观遗传学研究得越多，就越会觉得我们的生命不过是一张可以打开或关闭各种基因的清单。不想老得那么快?请点击这里。想要有点肥胖?用2号铅笔标记“是”或“不是”。当然，关键是我们仍在试图弄清楚哪些因素导致了基因答题卡上定义我们生活的哪些答案。

表观遗传变化，就像我们的许多生命过程一样，落在我们的身体上处理。回想一下你上次烧晚餐或者穿错袜子去上班的情景。你真的想直接控制你的心跳或者你的基因表达方式吗?不，所以你的身体会对环境做出反应，并为你照顾这一切。与此同时,你的大脑(也就是说，你)开始关心自己解决问题的基本任务，比如集合食物繁殖，记得关熨斗。然而，在我们的空闲时间里，我们花了大量的精力来弄清楚我们的身体是如何做到这些的。因此，我们已经弄清楚了一些因素是如何引起表观遗传变化的。

营养俗话说，吃什么像什么。研究表明，一个人在童年时期缺乏或过多的食物会导致表观遗传变化，从而导致糖尿病、肥胖和青春期提前。在饥荒时期有意义的适应能力可以转移到生活在丰裕时期的子孙后代身上。基因在表观遗传学上被设定为应对不利条件，然后传递给可能享受更舒适条件的后代。实验还显示了食物如何在子宫中引起表观遗传变化。科学家们通过给母鼠喂食富含大豆的食物来改变甲基化，从而影响了小鼠的皮毛颜色，并阻止了其肥胖。雷]。

教育:表观遗传学领域继续阐明父母照顾对心理健康的重要性。实验发现，不经常梳理和喂养幼鼠的母鼠会生出焦虑的幼鼠。这种糟糕的育儿方式实际上改变了控制压力荷尔蒙产生的基因。这是自然的方式，让年轻人为潜在的危险环境做好准备。在人类中，科学家已经观察到自杀受害者大脑中的甲基化变化。各地区海马体大脑中影响情绪的部分，含有被关闭的基因。据估计，每五个自杀受害者中就有一个遭受过儿童虐待，这使得专家们开始考虑压力养育和表观遗传变化之间的可能关联[来源:经济学家]。

研究继续揭示表观遗传变化与我们的环境和饮食中的各种因素之间的联系。我们如何从这些知识中获益?请看下一页。

随着表观基因组知识的增长，我们继续了解我们所消耗的物质和我们所处的社会环境如何影响我们基因的表达方式。科学家们已经在重新思考生物进化的方式，以及性状是如何从父母传给后代的。但是这些知识到什么时候才会开始改变我们的生活方式呢?在什么情况下，我们能够通过服用一颗药丸来阻断或解除基因的正确组合，从而提高我们的生活质量?

虽然阻止衰老和微调人类基因组是非常令人敬畏的可能性，但表观遗传学家更感兴趣的是发现治疗表观遗传疾病的方法。由于一些癌症的发生是由于肿瘤抑制基因的失活，研究人员一直在努力开发能重新激活它们的药物。例如，药物azacitidine就是用这种方式治疗白血病的。然而，找到要治疗的表观基因组的正确部分就像大海捞针一样困难。而且，一旦研究人员找到了他们想要影响的区域，表观遗传药物就不那么专一了。他们可能会成功地阻断或解除他们想要治疗的基因，但也会影响其他基因，导致潜在的危险的副作用。

在人类基因组计划完成之后人类表观基因组计划目前正在努力绘制基因组和表现型之间可能发生的变化的范围。然而，一旦完成，表观基因组图谱也可能有助于确定哪些人有患某些疾病的风险，并鼓励改变生活方式，以防止错误的基因开启或关闭。

然而，事关重大的不仅仅是未来的药物。表观遗传学的发现也迫使医生重新检查现有的药物。即使是阿扎胞苷，第一个fda批准的表观基因组药物，以前也被用于治疗骨髓干细胞疾病。在发现了它的表观遗传效应之后，医生们才开始探索它在其他领域的用途。

干细胞也是表观遗传学家的兴趣所在。通过研究表观遗传变化来决定细胞发展，最终可能会决定干细胞将发展成什么组织类型。要了解更多关于这一影响的信息，请阅读干细胞是如何工作的．

与此同时，我们对表观遗传变化了解得越多，我们就越能意识到我们的行为不仅与我们自己的生活，而且与我们孩子的生活之间的关联。当我们剥开另一层基因来了解我们是谁时，还有什么谜团在等着我们呢?

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