人体几乎每个细胞都装着同一套DNA,为什么神经元和皮肤细胞长得如此不同、干的活也完全两样?一个重要的答案是:细胞们读的是同一本书,做的批注却各不相同。
这套“批注系统”叫表观遗传:不改变DNA序列本身、却影响基因开关状态的化学标记。最常见的一种是DNA甲基化——在DNA的胞嘧啶(碱基字母C)的第五个碳原子上挂一个甲基基团,相当于在字旁做个记号。细胞里有专门“写批注”的酶(DNA甲基转移酶),有负责“擦批注”的酶(TET家族),还有一类专门“读批注”的蛋白,根据记号决定附近的基因是沉默还是活跃。除了甲基化,表观遗传还包括组蛋白修饰、染色质重塑等好几套并行的标记系统。
MeCP2正是最著名的“读批注蛋白”之一。它极其灵敏,结合一对甲基化的CpG位点就能开始工作,据此抑制或激活基因、整理染色质(DNA与蛋白质缠绕成的结构)。它在脑中含量很高,神经元和多种胶质细胞里都有;在人类胎脑中,孕10周左右就能在脑干和大脑皮层检测到它的表达,随后陆续出现在丘脑、中脑和基底节——那正是大脑打地基的时期。
这套系统一旦出问题,后果说明了批注的分量。Rett综合征是一种主要影响女孩的神经发育障碍,大约每一万名活产女婴中出现一例;综述指出,超过95%的患者携带MECP2基因的新发变异——也就是父母本身并不携带、在生殖细胞中新出现的变异。此时DNA“正文”里绝大多数字并没有错,只是读批注的蛋白失灵了,神经元的成熟和突触的功能便随之受到影响。这也是谱系研究关注MECP2的原因之一:它把甲基化标记与大脑发育直接连在了一起。
表观遗传最耐人寻味的地方在于:批注不是一次写定的。不同发育阶段、不同细胞类型,标记的分布都在调整。因此研究者把它看作基因与环境在大脑中真实交汇的分子界面——基因提供文本,发育过程参与批注,神经元按批注后的版本去工作。读懂这套批注系统在脑发育期如何运转,是理解谱系等神经发育差异从何而来的一条重要线索。
