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研究人员发现人类最早的基因突变

发表于 2017-09-15

这项研究发表于《自然》,表明人類胚胎在两个细胞的时期,其中一个细胞变得更强大,并形成了更大部分成年人体机体。

对研究人员而言一个长期存在的问题就是胚胎发育最早期发生了什么,因为科学家几乎不可能直接研究这个过程。现在研究人员分析了来自 279 名乳腺癌患者的血液样品中的全基因组测序结果,发现了 163 个发生在这些人胚胎发育早期的基因突变。

鉴定出这些基因突变之后,研究人员使用第一代、二代和三代胚胎细胞的基因突变去计算胚胎的两个细胞形成了机体的哪些部分,结果发现最初的两个细胞对机体的贡献不同:一个细胞组成了机体的 70%,另一个细胞的贡献只有 30%。这种对机体组成贡献上的差异在第二、三代细胞中也存在。

研究人员随后在(治疗期间)经手术摘除的患者肿瘤组织样本中寻找了这些最初在癌症患者正常血细胞发现的突变,与由多个体细胞克隆组成的正常组织不同,癌细胞是由一个突变的细胞发育而来,因此一个胚胎时期的突变要么在肿瘤组织中存在,要么不存在。事实上确实如此,研究人员通过这些癌症样本能够证明突变源自胚胎早期。

论文第一作者 Young Seok Ju 来自维尔康姆基金会桑格研究所和韩国科学技术院 (KAIST),他说:“这是研究人员首次能够确定基因突变来自早期胚胎的位置。这就如同大海捞针一样。和数百万遗传基因突变相比,这些基因突变仅占其中很少一部分,因此我们可以通过寻找它们以追踪胚胎发育过程中发生的事件。”

来自桑格研究所的 Inigo Martincorena 博士说,“如果找到这些基因突变,我们就能够通过统计分析更好地理解胚胎发育期间的细胞动力学。我们确定了第一代胚胎细胞对成年血细胞池的相对贡献,发现一个主导细胞和一个贡献较小的细胞。前者组成了血细胞的 70%。我们还对正常淋巴和乳腺细胞进行了测序,结果表明该主导细胞对其它组织的贡献水平也相似。该发现是我们认知人类发育早期的全新窗口。”

在这项研究中,研究人员首次能够检测早期胚胎发育过程中前 3 代细胞分裂中的基因突变速度。此前研究人员估计每次细胞分裂会产生一个突变,但是该研究发现每次细胞分裂会在每个子细胞中产生 3 个基因突变。

胚胎发育过程中发生基因突变有两种方式:也就是所谓的突变信号 1 和 5。这些突变随机分布在基因组中,其中的大部分不会影响胚胎发育。但是重要基因上发生的突变会导致发育紊乱等疾病。

论文第一作者兼桑格研究所主任 Sir Mike Stratton 教授说道:“这是利用基因组测序和突变拓宽我们对生物学了解的很重要的一步。事实上这些基因突变是留在我们成年组织中的考古学信息,如果我们能够找到并理解这些信息,我们就能够更好地了解人类胚胎学。当然这仅仅是我们对人类发育的早期认识,我们有希望未来能够了解更多。”

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