研究人員描述了我們的細胞如何以及在何種程度上受到父母的基因拷貝的遺傳。在一個基礎層面上,這有助於解釋「為什麼同卵雙胞胎也有所不同,即便是他們有著相同的遺傳組成」。
人類有兩份常染色體基因,一份遺傳自母親,一份遺傳自父親,這兩套基因拷貝往往並不是完全相同的,因為它們的DNA序列存在小的差異。因此,對細胞中的兩套基因拷貝的利用如果發生變化,就會產生功能性的後果,但是它們的基因拷貝利用的本質和模式,在很大程度上仍然是未知的。現在,研究人員在分子遺傳學水平上為這個長期存在的問題提供了答案。他們使用等位基因敏感性的基因表達分析,所謂的「單細胞RNA測序」,來研究新分裂的細胞,以顯著的細節描述了小鼠和人類細胞中的基因拷貝表達動力學。
這項研究發表在《Nature Genetics》雜誌,這篇論文的第一作者、細胞和分子生物學系的Björn Reinius指出:「我們的實驗,可讓我們能夠確定哪些基因只表達一個基因拷貝,隨著時間的推移哪些基因在兩個基因拷貝之間動態地切換。」
在遺傳學中,這兩個基因拷貝被稱為每個基因的「等位基因」。事實上,母親和父親的基因組中的DNA差異,解釋了為什麼兄弟姐妹會在生理上有所不同,因為兄弟姐妹遺傳了不同的等位基因,從而有著不相同的遺傳組成。然而,即使在所謂的同卵雙胞胎中——攜帶相同的等位基因,一些遺傳性狀在表現上也有差異。例如,有時兩個雙胞胎中只有一個受到遺傳性疾病的影響,即使這兩個雙胞胎攜帶相同的等位基因。
從歷史上看,這主要是通過外部環境和生活史的變化來解釋的。然而,在過去的幾十年裡,我們知道,發生在細胞內的純粹隨機的分子事件,實際上會影響等位基因如何以及何時表達。母親某個基因的等位基因可能在某些個體的細胞中表達,而父親的等位基因可能在同一個體的其他細胞中表達。表達的等位基因的這種「選擇」,是通過細胞分裂,還是一次又一次地隨著時間推移獨立發生在每個細胞中,仍然是未知的。
這些相互矛盾的情況會導致非常不同的生理結果;首先導致體內的一部分細胞表達相同的等位基因,而其他情況則導致父親和母親基因拷貝之間的等位基因表達模式是飛快閃變的。本研究的結果表明,大多數常染色體基因的兩個等位基因的表達是動態波動的,而只有少到0.5%至1%的基因固定只表達一個。
該項目負責人、卡羅林斯卡學院和路德維希癌症中心細胞和分子生物學系的Rickard Sandberg 表示:「我們從『對於基因轉錄的這一詳細研究』中所得到的知識,將幫助研究人員和醫生更好地理解和模擬遺傳疾病預後結果變化的根本機制。」