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想做神探子？學會表觀遺傳很重要

小知識預測科普變化細胞遺傳樣本基因定律研究犯罪嫌疑人


想做神探子？學會表觀遺傳很重要



“凡兩個物體接觸 ， 必會產生轉移現象”--羅卡交換定律 。
這個定律是說 ， 只要是犯罪現場 ， 犯罪嫌疑人和受害者必定會留下一些物證 ， 而這些細微的物證往往會成為決定性的證據 。
在犯罪現場 ， DNA是最有信服力的物證之一 。 從現場殘留的微量的生物組織樣本（血液、毛發、皮屑、精液等等）中提取DNA ， 與犯罪嫌疑人的進行比對 ， 如果一致 ， 那么很大概率此嫌犯就是真兇 。
圖片來源：www.sciencemag.org/news
那如果還沒有鎖定嫌犯 ， 無法進行比對的時候 ， DNA還有用武之地嗎？答案是“有的” 。 從DNA ， 嚴格來說是DNA上面的修飾 ， 我們還可以知道一個人的“年齡” 。 知道了年齡 ， 目標人群就會進一步鎖定 ， 從而幫助警方更迅速地找到嫌犯或者受害者 。
那么 ， 我們是如何通過DNA推測年齡的？這還要從“表觀遺傳”說起 。
什么是表觀遺傳？
我們知道DNA負責儲存遺傳信息 ， 影響著人類的性狀表達 。 除了一些特殊情況的變異 ， 人的DNA在一生中都不會發生改變 。
但為什么DNA不變 ， 人卻會有變化？環境的刺激為何會造成不同的表觀形態？同一個體中的不同器官明明共享同一套DNA ， 又為何各有不同？
對于上述問題的解答可以簡單歸納為一句：雖然DNA不變 ， 但其表達程度是可以在不同地點、不同時間被調控的 。 研究這種調控的分子機制的科學就是 “表觀遺傳學（epigenetics）” 。
自1942年Conrad Waddington創造了“表觀遺傳學”一詞以來 ， 這個學科經歷了近80年的發展 ， 發現了DNA甲基化、非編碼RNA、異染色質等調控表觀遺傳的機制 。 關于生物發育階段的變化、基因與環境的相互作用開始有所解釋 。
有越來越多的研究發現 ， 一些遺傳領域的DNA甲基化的程度與年齡增長相關 ， 也就意味著通過檢測DNA甲基化的程度就可以得知年齡 。
什么是DNA甲基化？
DNA甲基化（DNA methylation）是一種DNA的化學修飾 。 通過對DNA的修飾可以達到調控基因表達的效果 。 以哺乳動物為例（下圖） ， DNA甲基化常出現在CG位點上（堿基胞嘧啶（C）和鳥嘌呤（G）以組合的方式出現的地方） ， CG位點又頻繁分布在基因的表達程度調節的領域上 。
DNA甲基化對基因表達的調控
圖片來源：作者提供
【想做神探子？學會表觀遺傳很重要】如果基因的表達程度調節的領域的CG位點被甲基化 ， 從DNA轉錄到RNA必須的一些物質（RNA聚合酶等）就無法與之結合 ， DNA就無法被轉錄到RNA ， 也就無法從RNA合成蛋白質 ， 從而最終影響到表觀形態的變化 。
這其實也是衰老機制的一種：伴隨年齡增加 ， 一些遺傳領域的DNA甲基化程度升高或降低 ， 導致必要的基因表達不足或不必要的表達無法被遏制 ， 最終導致衰老帶來的健康問題 。
如何用DNA甲基化來預測年齡？
近二十年來 ， DNA甲基化年齡預測的研究逐漸發展起來 。 其中最重要的研究之一就是Horvath 2013年發表的“DNA methylation age of human tissues and cell types（不同人類生物組織和細胞類型的DNA甲基化年齡預測）” 。
通過分析先前研究積攢的海量數據（8000個健康的細胞組織和6000個癌癥組織的數據） ， Horvath成功建立了DNA甲基化年齡預測模型（353個CG位點使用） 。 預測年齡與實際年齡的差僅為3.6歲 。 除此之外 ， 他也觀測到癌癥人群往往有較高的預測年齡 ， 也就是說因為癌癥 ， 生理衰老會被加速 。

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