表觀遺傳學(xué)研究推動(dòng)生命科學(xué)進(jìn)步

日前，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)召開(kāi)了以表觀遺傳學(xué)為主題的“雙清論壇”，組織我國(guó)表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域有代表性的專(zhuān)家進(jìn)行研討，為自然科學(xué)基金委員會(huì)在表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的重大項(xiàng)目投入進(jìn)行前期準(zhǔn)備。參加此次論壇的專(zhuān)家之一，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院表觀遺傳學(xué)與癌癥研究所、教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授孫方霖會(huì)后介紹了表觀遺傳學(xué)研究在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀和該學(xué)科令人激動(dòng)的無(wú)限前景。

重點(diǎn)研究表觀遺傳密碼

孫方霖教授介紹，“表觀遺傳學(xué)”是與“遺傳學(xué)”相對(duì)應(yīng)的概念，是在研究與經(jīng)典孟德?tīng)栠z傳法則不相符的許多生命現(xiàn)象過(guò)程中逐步發(fā)展起來(lái)的。長(zhǎng)期以來(lái)，一直有一種困惑困擾著研究遺傳與進(jìn)化的學(xué)者們，他們發(fā)現(xiàn)除了基因序列外，似乎有另外一些因素影響著基因的表達(dá)。而這些因素所起的作用，又往往因環(huán)境、個(gè)體的差異而各不相同。這些因素究竟是什么？在什么樣的情況下起作用？所起的作用有多大？這些就是表觀遺傳學(xué)所要研究的內(nèi)容。

表觀遺傳學(xué)被定義為“在基因組序列不變的情況下，可以決定基因表達(dá)與否并可穩(wěn)定遺傳下去的調(diào)控密碼”。這些密碼包括DNA的“后天性”修飾（如甲基化修飾）、組蛋白的各種修飾等。與經(jīng)典遺傳學(xué)以研究基因序列決定生物學(xué)功能為核心相比，表觀遺傳學(xué)主要研究這些“表觀遺傳密碼”的建立和維持的機(jī)制，及其如何決定細(xì)胞的表型和個(gè)體的發(fā)育。因此，表觀遺傳密碼構(gòu)成了基因（DNA序列）和表型（由基因表達(dá)譜式和環(huán)境因素所決定）間的關(guān)鍵信息界面，它使經(jīng)典的遺傳密碼中所隱藏的信息產(chǎn)生了意義非凡的擴(kuò)展。

表觀遺傳學(xué)的研究將有助于我們回答這樣一些問(wèn)題：什么機(jī)制導(dǎo)致同一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的等位基因（DNA序列完成相同）發(fā)生了功能上的差異？這種差異機(jī)制是如何建立又是如何在連續(xù)的細(xì)胞傳代中維持下去的？從一個(gè)單個(gè)受精卵發(fā)展成人體中兩百多種不同類(lèi)型細(xì)胞的過(guò)程中DNA的序列也是不變的，這一過(guò)程被認(rèn)為主要受“表觀遺傳密碼”的調(diào)控，這一密碼是什么？從根本上說(shuō)，這些問(wèn)題的解答將推動(dòng)人類(lèi)對(duì)生命進(jìn)化理論認(rèn)識(shí)的深化和革新。

國(guó)外研究蓬勃開(kāi)展

表觀遺傳學(xué)是上世紀(jì)80年代后期逐漸興起的一門(mén)新學(xué)科。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展也將表觀遺傳學(xué)的研究推向一個(gè)前所未有的高潮。

孫方霖教授談到，盡管表觀遺傳學(xué)研究已有一段時(shí)間，但其真正受到廣泛重視并取得進(jìn)展還是近10年的事，特別是在2000年以后，表觀遺傳學(xué)研究已成為當(dāng)今生命科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)。正如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的解碼者、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Watson所說(shuō)的：“你可以繼承DNA序列之外的一些東西。這正是現(xiàn)在遺傳學(xué)中讓我們激動(dòng)的地方?！?/p>

歐盟早在1998年就啟動(dòng)了解析人類(lèi)DNA甲基化譜式的研究計(jì)劃——“表觀基因組學(xué)計(jì)劃”，以及旨在闡明基因的表觀遺傳譜式建立和維持機(jī)制的“基因組的表觀遺傳可塑性研究計(jì)劃”。目前，美國(guó)癌癥研究聯(lián)合會(huì)和世界衛(wèi)生組織里昂抗癌中心正在籌備兩個(gè)與疾病相關(guān)的“表觀遺傳組學(xué)研究計(jì)劃”。不久前，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院利用由“路標(biāo)計(jì)劃”管理的新基金，啟動(dòng)了“表觀基因組學(xué)研究計(jì)劃”，一批表觀遺傳學(xué)項(xiàng)目和研究人員將獲得數(shù)百萬(wàn)到上千萬(wàn)美元的經(jīng)費(fèi)支持。

此外，自2001年以來(lái)，世界多家知名跨國(guó)制藥公司陸續(xù)開(kāi)始設(shè)立表觀遺傳學(xué)研究中心。

國(guó)內(nèi)進(jìn)展令人鼓舞

我國(guó)科技部于2005年開(kāi)始啟動(dòng)在表觀遺傳學(xué)方面的研究工作，啟動(dòng)了“腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的表觀遺傳機(jī)制”的“973”計(jì)劃研究項(xiàng)目，重點(diǎn)在于探討腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病過(guò)程中的表觀遺傳學(xué)機(jī)制。

目前，我國(guó)在表觀遺傳學(xué)的研究至少涵蓋了DNA的甲基化修飾與功能、組蛋白的表觀修飾與功能、癌癥和神經(jīng)疾病的表觀遺傳調(diào)控、染色質(zhì)重塑、結(jié)構(gòu)與功能等重要領(lǐng)域，部分研究小組在表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域取得了可喜的進(jìn)展，多項(xiàng)研究成果在包括《細(xì)胞》、《自然》等在內(nèi)的國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表。其中，有代表性的工作包括：中國(guó)科學(xué)院院士、上海生命科學(xué)研究院裴鋼率領(lǐng)的研究組開(kāi)展了腎上腺激素受體GPCR與表觀遺傳調(diào)控的研究；孫方霖教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組發(fā)現(xiàn)了不中表觀遺傳調(diào)控的差異，并研究了組蛋白和表觀遺傳蛋白對(duì)染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的調(diào)控等。

同時(shí)，國(guó)內(nèi)從事表觀遺傳學(xué)研究的隊(duì)伍也在壯大。隨著研究的不斷深入，相信一些從事人類(lèi)重大疾病研究、干細(xì)胞研究、體細(xì)胞重編程研究、衰老研究、神經(jīng)科學(xué)研究等的科學(xué)家都將加入到這個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)檫@些科學(xué)問(wèn)題的分子機(jī)制都離不開(kāi)表觀遺傳調(diào)控。

孫方霖教授欣喜地說(shuō)，從總體上來(lái)講，我國(guó)在表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域已形成一定的研究規(guī)模，并顯示出參與國(guó)際前沿學(xué)科競(jìng)爭(zhēng)的能力。

關(guān)鍵問(wèn)題期待突破

“目前表觀遺傳學(xué)雖然已取得一些重要進(jìn)展，但許多重大的關(guān)鍵問(wèn)題仍然有待突破?！睂O方霖教授如是說(shuō)。

在未來(lái)的5~10年中，表觀遺傳學(xué)的研究將主要圍繞這樣一些主題展開(kāi)：在表觀遺傳的機(jī)制與功能方面，表觀遺傳信息的建立和維持、表觀遺傳修飾、與表觀遺傳調(diào)控相關(guān)的非編碼RNA的研究仍將持續(xù)相當(dāng)一段時(shí)間；如何將細(xì)胞信號(hào)網(wǎng)絡(luò)與表觀遺傳修飾、染色質(zhì)重塑乃至基因表達(dá)等不同層面調(diào)控網(wǎng)絡(luò)整合，深入認(rèn)識(shí)從信號(hào)到表觀遺傳調(diào)控乃至個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育和對(duì)環(huán)境適應(yīng)的分子機(jī)理，都是需要解決的重要問(wèn)題。

表觀遺傳學(xué)在重大醫(yī)學(xué)問(wèn)題的研究上，將著力弄清表觀遺傳在干細(xì)胞分化與組織再生過(guò)程中的作用機(jī)制；表觀遺傳如何調(diào)控學(xué)習(xí)和記憶能力；表觀遺傳密碼與壽命的關(guān)系；表觀遺傳在重大疾病發(fā)生發(fā)展中的作用；表觀遺傳機(jī)制在DNA損傷與修復(fù)過(guò)程中的功能；表觀遺傳在不同性別中的作用差異等等。

孫方霖教授認(rèn)為，表觀遺傳學(xué)是一個(gè)令人激動(dòng)并有望推動(dòng)生命科學(xué)一系列重大突破的新前沿學(xué)科，如何抓住這難得的歷史機(jī)遇，從一些關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題入手，最終促成我國(guó)生物醫(yī)學(xué)的飛躍發(fā)展，并最終領(lǐng)先于世界，是值得我們深思的問(wèn)題。