表观遗传学

2013 年是人类基因组计划（Human Genome Project）完成 10 周年。通过这一国际合作项目，科学家们旨在了解四种核苷酸——腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤（ATGC）的组合。这一生物学字母帮助研究人员确定了人类基因组中大约 2.5 万个编码基因，然而随着时间的推移，他们开始提出一些关于这些基因调控机制的问题。
    现在，来自哈佛大学干细胞研究所的 Alexander Meissner 报告了另一项里程碑成果，这将推动美国国立卫生研究院（NIH）资助的人类表观基因组学线路图计划（human Roadmap Epigenomics Project）。
    人类表观遗传学（Epigenetics）是针对具有相同基因的 200 多种人类细胞类型（例如肌细胞、神经细胞、肝细胞等）的基因表达各异机制进行研究。其部分答案在于 DNA 的包装方式，在紧密的 DNA 区域基因被沉默，而在开放的区域基因则被翻译为蛋白质。干细胞就是通过在细胞分裂后标记特定的基因，使得它们被开启或关闭，从而分化为各种细胞类型的。
    在这项刊登在《自然》（Nature）上的最新研究中， Meissner 领导的研究小组描述了广泛人类细胞类型的 DNA 甲基化动态。甲基化就是指通过化学方式，将一个甲基添加到 DNA 序列中紧邻鸟嘌呤（G）的胞嘧啶（C）核苷酸上的过程。
    Meissner 研究小组确定了人类 DNA 30 亿核苷酸中几乎所有的 2800 万个 C-G 碱基对的定位，随后他们了解了这 2800 万个 C-G 碱基对，哪些在所有细胞类型中处于动态或静态。
    Meissner 表示：“当我们提出问题：有多少 C-G 碱基对正在发生改变时，得到的答案是非常小的一部分。” 研究人员发现 2800 万个 C-G 碱基对中80%未发生改变，有可能不参与调控细胞类型，而动态的 C-G 碱基对则定位在与基因表达相关的位点——尤其是诸如增强子等远端调控位点。“重要的是，这使得我们能够改进当前绘制这一重要标记的方法，通过更具针对性的策略，捕获大部分的这一动态。   
    Meissner 实验室生成的甲基化图谱是NIH一个大型协作项目的一部分，后者是针对大量人类细胞和组织类型中的不同表观遗传修饰展开研究。在 2013 年早些时候， Meissner 实验室记录了在早期干细胞分化过程中发生的基因表达和多层次表观遗传动态。
    除任职于哈佛大学， Meissner 还受聘于 Broad 研究所和纽约干细胞基金会。在 2007 年他还是一名研究生之时，他就很快确定了自己要成为表观遗传学领域的领头人。“只是碰巧我们处在了合适的时机，合适的地方。哪怕是 5 年前，我们有相同的问题，我们也没有相同的工具开解答这一问题，” Meissner 说。