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神奇!Science重要發現:母愛竟會改變孩子DNA

神奇!Science重要發現:母愛竟會改變孩子DNA

圖片來源:Science(DOI: 10.1126/science.aah3378)

在這篇題為「Early life experience drives structural variation of neural genomes in mice」的論文中,來自Salk研究所的科學家們證實,雌性小鼠的育兒方式真的能改變後代的DNA。這項成果支持了先前關於「兒童環境如何影響人類大腦發育」的相關研究。

論文的共同通訊作者Rusty Gage教授說:「我們一直被灌輸了一種觀念,即,我們的DNA是穩定的、不變的,但事實上,它們比我們認為的更有活力。」

跳躍基因L1

先前,科學家們已經知道,哺乳動物大腦中的大多數細胞都經歷了DNA改變。這帶來的影響包括使每個神經元與它的「鄰居」略有不同。有研究已經證實,其中一些DNA改變是由「跳躍基因」(「jumping」 genes,也被稱為LINEs)引起的。這類基因能夠從基因組中的一個位點移動到另一個位點。

2005年,Gage教授的實驗室發現,一個名為L1的跳躍基因能夠「跳」到發育的神經元腦細胞中。研究小組推測,這種變化可能會在大腦細胞中產生多種潛在的有益影響,但也可能會導致神經精神疾病。

論文的第一作者兼共同通訊作者Tracy Bedrosian說:「雖然我們知道細胞能夠改變它們的DNA已經有一段時間了,但我們推測,這可能不是一個隨機過程。也許在大腦或者環境中,有一些因素會影響DNA改變發生的頻繁程度。」

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圖片來源:16sucai

母親的關懷影響DNA

為了找到這一問題的答案,Gage、Bedrosian及他們的同事開始觀察鼠媽媽照顧其後代的天然差異,然後,分析後代海馬體(與情感、記憶有關的大腦區域)中的DNA。

結果顯示,母親的關懷(maternal care)與L1拷貝數量之間存在相關性:擁有細心母親的小鼠攜帶的L1拷貝數較少,而擁有疏忽大意母親的小鼠擁有更多的L1拷貝。

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Pictured are cells in the mouse hippocampus (whose nuclei are stained blue) that underwent mobilization of the L1 gene (green). Credit: Salk Institute

為了確保,這種差異並不是一種巧合。研究小組進行了一系列的對照實驗,包括檢查小鼠父母的DNA,以確保後代並不是從父母那裡繼承了他們的L1數量;同時,也驗證了這些額外的DNA確實是基因組DNA,而不是來自細胞核外的遺傳物質。最後,科學家們還進行了交叉培養(cross-fostered)研究,即,由疏忽大意的母親生出的後代讓細心的母親來撫養,反之亦然。結果顯示,「生母疏忽大意但養母細心的小鼠」比「生母細心但養母疏忽大意的小鼠」擁有更少的L1拷貝。

研究人員推測,擁有疏忽大意母親的後代會更有壓力,這可能會以某種方式導致基因複製和移動地更頻繁。值得一提的是,母親的關懷與其他已知跳躍基因的數量之間沒有相似的相關性,這表明,這種因素對L1有獨特的作用。

背後機制與甲基化有關

研究中,科學家們還調查了甲基化——DNA上的一種化學標記模式,能夠被環境因素所影響。結果發現,其他已知跳躍基因的甲基化在所有後代中都是一致的,但L1的情況就不同了。具體來說,「擁有疏忽大意母親的小鼠」比「擁有細心母親的小鼠」擁有顯著更少的甲基化L1基因,這表明,甲基化是負責L1基因流動性的機制。

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圖片來源:Salk研究所

Gage教授說:「我們的這一發現與兒童忽視相關的研究一致。這些研究展示了其他基因DNA甲基化模式的改變。這是一件充滿希望的事情,因為一旦你了解了一種機制,就能開始制定干預策略了。」

研究人員強調,目前還不清楚是否L1的增加會有功能上的影響。接下來,他們將調查「小鼠在認知測試中的表現」是否與L1基因的數量有關。

參考資料:

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