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科學(xué)家激辯表觀遺傳及其在細(xì)胞命運(yùn)決定中的作用

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科學(xué)家激辯表觀遺傳及其在細(xì)胞命運(yùn)決定中的作用

摘要: 　　　　去年11 月30 日，一場(chǎng)題為“表觀遺傳及其在細(xì)胞命運(yùn)決定中的作用”的學(xué)術(shù)辯論在北京大學(xué)上演。而引發(fā)這場(chǎng)辯論的是發(fā)表在紐約客上的一篇關(guān)于表觀遺傳學(xué)的報(bào)道文章。文章發(fā)表后，一些科學(xué)家指出其過(guò)度強(qiáng)調(diào)“組 ...

　　
　　去年11 月30 日，一場(chǎng)題為“表觀遺傳及其在細(xì)胞命運(yùn)決定中的作用”的學(xué)術(shù)辯論在北京大學(xué)上演。而引發(fā)這場(chǎng)辯論的是發(fā)表在紐約客上的一篇關(guān)于表觀遺傳學(xué)的報(bào)道文章。文章發(fā)表后，一些科學(xué)家指出其過(guò)度強(qiáng)調(diào)“組蛋白修飾和DNA甲基化的表觀調(diào)控”，而忽視了更為主要的調(diào)控因素“轉(zhuǎn)錄因子”。表觀因子相對(duì)于轉(zhuǎn)錄因子究竟有多重要，科學(xué)家論劍爭(zhēng)鋒，相持不下。
　　饒毅、朱冰公開(kāi)辯論表觀因子和轉(zhuǎn)錄因子是否同樣重要
　　2016年11月30日下午1：00，北京大學(xué)的一間教室熱鬧非凡。北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授饒毅和中國(guó)科學(xué)院生物物理學(xué)習(xí)所學(xué)習(xí)員朱冰就表觀遺傳在細(xì)胞命運(yùn)決定中的重要性展開(kāi)公開(kāi)辯論。饒毅認(rèn)為，細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控中，轉(zhuǎn)錄因子比表觀修飾重要。朱冰則不認(rèn)同，他表示，對(duì)細(xì)胞命運(yùn)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)錄因子雖然重要，但是表觀修飾是不可缺少的幫手，因此二者同樣重要。饒毅還提及，表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典教材表觀遺傳學(xué)（Epi⁃genetics）本身具有很大的問(wèn)題，這可能是很多表觀遺傳學(xué)家認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的“一個(gè)根源”。據(jù)悉，該書的作者之一，Danny Reinberg即為朱冰的博士后導(dǎo)師。
　　饒毅進(jìn)一步指出，轉(zhuǎn)錄因子對(duì)于細(xì)胞命運(yùn)起著必要、充分和特異作用，例如MyoD 可以使很多細(xì)胞變成肌肉細(xì)胞，Achete-Scute 可以使非神經(jīng)細(xì)胞變成神經(jīng)細(xì)胞，而表觀遺傳因子可能是非常重要的助手或者打工仔。他說(shuō)，“表觀遺傳在細(xì)胞命運(yùn)里面，雖然是有作用，有些時(shí)候可能還有重要作用，常常其實(shí)作用不是那么大，是被學(xué)習(xí)表觀遺傳學(xué)的一些人高估了�！�
　　而朱冰則認(rèn)為，轉(zhuǎn)錄因子在任何一個(gè)條件下，都不是充分必要條件，而只是必要條件。他將表觀因子稱為“轉(zhuǎn)錄通行證的頒發(fā)者”，進(jìn)一步舉例說(shuō)明：如果用染色質(zhì)做模板，有轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合的地方，并不能做任何事情，因?yàn)槿旧|(zhì)天然是轉(zhuǎn)錄的阻礙者。同時(shí)，“轉(zhuǎn)錄的激活需要大量的轉(zhuǎn)錄共激活因子，沒(méi)有它們，靶向轉(zhuǎn)錄不能發(fā)生�！币蚨毂鶊�(jiān)持認(rèn)為，“轉(zhuǎn)錄因子永遠(yuǎn)都是重要的，它和表觀因子一樣重要，不要小看它，但如果走到另一個(gè)極端，小看了表觀因子也是錯(cuò)的。”
　　針對(duì)辯論中提到的觀點(diǎn)，中國(guó)臺(tái)灣“中央學(xué)習(xí)院”分子生物學(xué)習(xí)所助理學(xué)習(xí)員陳俊安評(píng)論說(shuō)，朱冰沒(méi)有很好地回答成百上千的表觀遺傳調(diào)控因子如何識(shí)別整個(gè)基因組，以及�？吭谔囟ǖ谋碛^遺傳標(biāo)志上。但毫無(wú)疑問(wèn)的是，此時(shí)，這依然是個(gè)謎。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授李海濤認(rèn)為，饒毅討論很深入，觀點(diǎn)也很經(jīng)典。“但是對(duì)于轉(zhuǎn)錄因子的識(shí)別過(guò)于簡(jiǎn)化了，現(xiàn)在對(duì)于表觀遺傳修飾、表觀遺傳學(xué)調(diào)控有一些新的分子機(jī)制正在被學(xué)習(xí)出來(lái)。在細(xì)胞命運(yùn)決定這個(gè)過(guò)程中表觀遺傳調(diào)控特異性的角色和作用還有很多學(xué)習(xí)的空間，到那個(gè)時(shí)候我們會(huì)有更多證據(jù)證明表觀遺傳調(diào)控是如何參與基因的轉(zhuǎn)錄以及細(xì)胞命運(yùn)決定的。”
　　在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授石雨江看來(lái)，重要的不是辯論的輸贏。表觀遺傳學(xué)將解釋很多經(jīng)典遺傳學(xué)及發(fā)育生物學(xué)所不能解釋的遺傳發(fā)育現(xiàn)象及機(jī)理�！爱�(dāng)今的表觀遺傳學(xué)說(shuō)是學(xué)習(xí)現(xiàn)代生物進(jìn)化論急待發(fā)展所需的一個(gè)重要工具，必然亮點(diǎn)和應(yīng)時(shí)而生的新事物。5～10年后，隨著表觀遺傳學(xué)說(shuō)的不斷發(fā)展完善，它的重要性毫無(wú)疑問(wèn)將顯現(xiàn)�！�
　　中國(guó)科學(xué)院生物物理學(xué)習(xí)所學(xué)習(xí)員李國(guó)紅在談到2種因子的重要性時(shí)指出，“其實(shí)轉(zhuǎn)錄因子和表觀因子沒(méi)有誰(shuí)比誰(shuí)更重要這一點(diǎn)，細(xì)胞轉(zhuǎn)分化也好，細(xì)胞重編程也好，都是在特定的環(huán)境和條件下才能實(shí)現(xiàn)，目前有200多種細(xì)胞，但只有少數(shù)幾種能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)分化，是否是因?yàn)樵谝欢ǖ谋碛^的環(huán)境下才能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子對(duì)細(xì)胞命運(yùn)的轉(zhuǎn)變呢？”
　　表觀遺傳修飾與基因調(diào)控的機(jī)理有待學(xué)習(xí)
　　引發(fā)上述辯論的“導(dǎo)火索”正是哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授Siddhartha Mukherjee 的一篇題為Same but different——Howepigenetics can blur the linebetween nature and nurture的文章。文章中闡述了染色質(zhì)和DNA上的修飾如何在不改變基因序列的前提下改變基因活性。
　　此文發(fā)表后，引發(fā)多位科學(xué)家的質(zhì)疑，他們中的大多數(shù)認(rèn)為Mukherjee忽視了調(diào)控過(guò)程中序列特性的調(diào)控原件。福瑞德·哈金森腫瘤學(xué)習(xí)中心教授Steve Henikoff 提到，轉(zhuǎn)錄因子在表觀遺傳領(lǐng)域應(yīng)該處于首要位置，組蛋白修飾在整個(gè)過(guò)程中最多充當(dāng)了齒輪。也有局部人擔(dān)心這篇發(fā)表在通俗雜志上的文章，有可能會(huì)誤導(dǎo)沒(méi)有專業(yè)背景知識(shí)的人。Steve He⁃nikoff認(rèn)為文章中科學(xué)性的錯(cuò)誤有可能會(huì)讓大眾對(duì)這個(gè)很有前景的領(lǐng)域產(chǎn)生誤解。隨后，盡管Mukherjee對(duì)質(zhì)疑進(jìn)行了回應(yīng)，但是應(yīng)該如何界定轉(zhuǎn)錄因子和表觀因子在細(xì)胞命運(yùn)決定中的作用，科學(xué)界仍在熱議。
　　表觀遺傳源于科學(xué)界對(duì)于生物個(gè)體發(fā)生和形態(tài)建成基本原理的思考。1942年，英國(guó)生物學(xué)家Conrad Hal Waddington首次提出了表觀遺傳的概念，用來(lái)描述基因型向表型轉(zhuǎn)化過(guò)程中的影響因素。饒毅認(rèn)為表觀遺傳可以定義為：在生物體中不是因?yàn)镈NA序列的改變，而造成的可以遺傳的變化。得益于基因編輯技術(shù)的發(fā)展，半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，表觀遺傳學(xué)學(xué)習(xí)取得了突破性的進(jìn)步。根據(jù)發(fā)表在Nature的一篇綜述：學(xué)習(xí)人員“發(fā)現(xiàn)揭示了染色質(zhì)，這一組蛋白-DNARNA復(fù)合物，在基因表達(dá)調(diào)控中的重要作用。染色質(zhì)修飾在不同發(fā)育階段、不同組織類型以及不同疾病的細(xì)胞中具有區(qū)別顯著的特征，而通過(guò)對(duì)表觀遺傳譜進(jìn)行分析，我們不斷發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)特征與基因功能乃至細(xì)胞狀態(tài)、發(fā)育、衰老、疾病等存在重要的關(guān)聯(lián)。”但是，從表觀遺傳學(xué)修飾到基因調(diào)控和其他生物學(xué)過(guò)程，這一過(guò)程的具體機(jī)制仍然沒(méi)有得到完整的揭示。
　　辯論或許并不能夠解決疑惑，但是一定可以引發(fā)思考。或許正如德國(guó)癌癥學(xué)習(xí)中心終身學(xué)習(xí)員劉海坤所說(shuō)，此次的辯論不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì)表觀遺傳學(xué)重要性的疑慮或否定，而是對(duì)重要生物學(xué)問(wèn)題來(lái)龍去脈的梳理和思辯。
科學(xué)家激辯表觀遺傳及其在細(xì)胞命運(yùn)決定中的作用  |  責(zé)任編輯：蟲(chóng)子
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