环境控制基因表达:性别决定和遗传病的发病

在这个时代,似乎基因“一切”时确定的特征生物。然而,的重要性环境在生物学中是不可否认的。例如,几乎每个人都知道一个旱季会破坏农作物产量。然而,挖一点就会发现更有趣的例子的环境对生物的影响。例如,研究表明,性一些物种爬行动物是受温度影响的爬行动物的卵中孵化发展。这种观察提供了一个明显的悖论,因为性通常被看作是genetically-not环境决定。

因此,似乎有某些情况下的环境不仅影响有机体的生长和健康,而且使用或部署的生物体的基因。这是否意味着基因不是,事实上,一切吗?观察基因相同的生物体往往差异很大表型清楚地表明,基因-环境相互作用表型变异的确实是一个重要的监管机构,包括变异与许多疾病有关。事实上,环境因素对疾病病因的影响(或因果关系)近年来已获得更清晰的认识。这导致的结论是,这两个基因和环境会影响病不是分开,但彼此通过直接交互。这种相对较新的态度带来了相当大的挑战,以及令人惊讶的好处,为人类疾病的研究。

科学家们一直感激,环境因素在其中扮演的角色在动物的生产特征。环境因素如饮食、温度、氧含量、湿度、光周期和诱变剂的存在可以影响动物的基因表达,最终影响到动物的表型。出于这个原因,科学家们研究的基因模型生物通常寻求减少环境影响通过维持恒定的环境条件下生物的研究。然而,即使基因相同的生物体暴露控制实验条件可以有不同的表型指着微妙的环境差异的力量基因表达式。

当然,大多数生物体暴露在不断变化的环境,并在这些情况下,往往很难想象生物体的基因变化环境中的“意义”。考虑的情况下鳄鱼。科学家们知道,一条鳄鱼的温度蛋鳄鱼孵化影响导致婴儿的性别,但如何DNA在蛋中“学习”温度变化呢?此外,在感觉到这种变化,鸡蛋“知道”如何改变基因的表达改变发展中鳄鱼的性别吗?

研究表明,有一个特定点在某些生物的发展,被称为热敏的时期(TSP),在此期间性腺的组织响应的温度。当暴露于一个范围的温度,这个组织发展为卵巢;当暴露于不同的范围,它发展成睾丸。乌龟的情况就是这样艾米obicularis:在孵化温度25°C,所有这些海龟出生的男性,但在温度30°C,都是天生的女性(图1)。在TSP之前,所有胚胎性腺出现相同的;然而,TSP期间,发生的事要告诉组织成为卵巢或睾丸。“东西”是一个变化基因表达结果在分化组织的新身份。特别是,表达的Sox9基因可以改变反应温度、高表达水平在较低温度和压抑的水平更高的温度。因为转录因子所产生的Sox9影响基因起着重要的作用性别决定,这种基因的表达变化时的温度(因此Sox9表达式)的变化,从而导致特定表型的男性或女性特征。

在某些情况下,有机体的基因型可以改变的细胞环境。把差的例子酶活动。科学家们发现在许多酶多态性在人类中,包括那些改变个体对不同的化学物质的反应。最早的研究联系起来酶活动不同的表型是由低et al。(1979)。这项研究主要集中在酶的活性N-acetyltransferase。这里,研究人员指出,某些较低的个体N-acetyltransferase活动(称为slow-acetylator表型)也有膀胱的发生率更高癌症。但这两种结果之间的联系是什么?原来N-acetyltransferase活动往往是高在肝脏器官,起着重要的作用分解潜在的有毒化学物质。这些化学品包括acrylamine、一个已知的致癌物质吸烟者和某些工厂工人增加了风险。N-acetyltransferase参与acrylamine解毒;因此,这些人在研究那些解毒(即慢。,慢乙酰化器)暴露于致癌物的时间更长,可能比个人更高浓度fast-acetylator表型。因此,慢乙酰化作用导致环境的改变(acrylamine暴露增加)导致发病率增加疾病表型(膀胱癌)。

最近,科学家们检查不同的多态性在人类可能如何影响化学预防的有效性,或使用药物预防癌症。例如,数据显示,每日低剂量的阿司匹林,长期被认为是重要的心脏健康,也可能影响结直肠癌风险在一些病人。特别是,两项研究连接使用阿司匹林预防癌症,但只有一个子集的用户——那些与特定的等位基因一个基因的UGT1A6参与阿司匹林新陈代谢。防止癌症组患者中发现的只是缓慢的阿司匹林的代谢(图2)。阿司匹林的实际机制介导这种保护作用仍然是未知的。

组合不同的基因型变异的数量,环境条件,以及可能的表型不是研究人员可以预测。然而,多个基因位点之间复杂的相互作用,各种环境信号表明,科学家们必须继续开发新方法研究这些情况下,如通过同时检测成千上万的使用基因技术微阵列技术在不同的环境条件。虽然我们可能永远无法预测准确的表型,很明显,当试图理解生物学和人类疾病,我们必须考虑基因和环境的相互作用分析。