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近日，發(fā)表在《Nature Communications》上的一項研究顯示，小鼠選擇參與多少體育活動的差異受到早期發(fā)育中表觀遺傳變化的影響。
該研究由美國貝勒醫(yī)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)。
未參與這項研究的耶魯大學(xué)表觀遺傳學(xué)研究員Bluma Lesch說：
“這項研究清楚地表明，自愿運動行為對表觀遺傳的影響很敏感，這一點非常重要，因為正如作者所指出的。
這意味著童年中存在一個可以決定運動行為的關(guān)鍵‘設(shè)定’時期。
這項研究提出了一個關(guān)鍵問題，在生命后期改變表觀遺傳標(biāo)記是否會改變行為表型？”
在這項研究的前期工作中，貝勒醫(yī)學(xué)院表觀遺傳學(xué)研究員Robert Waterland及其團隊一直在研究動物在早期發(fā)育過程中的能量平衡，即動物通常攝入的熱量與燃燒的熱量的比率。
為了測試表觀遺傳學(xué)如何影響這種平衡，研究團隊專注于下丘腦中一種特殊的神經(jīng)元亞型，即AgRP神經(jīng)元。
長期以該神經(jīng)元一直被認為可以調(diào)節(jié)動物攝入的食物量，從而控制其能量平衡，并且隨著時間推移它可能會導(dǎo)致動物肥胖。
圖片來源：Nature Communications
為了測試AgRP神經(jīng)元中DNA甲基化的影響，研究人員敲除了Dnmt3a基因的表達，Dnmt3a控制著乳鼠AgRP神經(jīng)元中的DNA甲基化。
研究人員預(yù)計，與野生型小鼠相比，破壞這些神經(jīng)元上的DNA甲基化會導(dǎo)致基因敲除小鼠比野生型小鼠吃得更多并且積累更多脂肪。
但是事實并非如此，Dnmt3a基因敲除小鼠只比野生型小鼠略重。
圖片來源：Nature Communications
Waterland說：“如果你查閱有關(guān)能量平衡調(diào)節(jié)的教科書，你會發(fā)現(xiàn)它們會講到AgRP神經(jīng)元及其在調(diào)節(jié)食物攝入方面的經(jīng)典作用。然而我們并沒有發(fā)現(xiàn)這種作用，完全沒有?！?
因此，他們再次嘗試。
這次，他們在相同的發(fā)育時間點以相同的方式敲除了相同的基因，并以相同的飲食喂養(yǎng)小鼠。
但這次，他們讓小鼠可以在八周內(nèi)使用跑步機。
Waterland說：“這是我們觀察到***深刻的區(qū)別。與每晚跑大約六公里的野生型小鼠相比，這些基因敲除小鼠跑的距離只有一半。”
雖然所有的小鼠在可以接觸到跑步機后都減掉了一些脂肪，但跑得多的小鼠比運動量小的減掉的脂肪更多。
研究團隊還觀察到一些分子變化，例如基因敲除小鼠體內(nèi)另一個名為Bmp7基因的表達增加，該基因與脂肪組織的形成有關(guān)。
Lesch說：“正如在活體表觀遺傳學(xué)研究中常見的那樣，觀察到的表觀遺傳學(xué)變化與行為表型之間的確切聯(lián)系有些模煳。
研究表明，存在廣泛的表觀遺傳變化、廣泛的基因表達變化，以及對行為的明顯影響，但尚不清楚這三種影響在分子水平上究竟是如何相關(guān)的?！?
Waterland認為，除了闡明活動水平差異背后的機制外，顯而易見的下一步任務(wù)是確定這些研究結(jié)果對人類意味著什么。
小鼠下丘腦中發(fā)生的大部分表觀遺傳調(diào)節(jié)是在所謂的哺乳期，即出生后的前21天建立起來的。
他說：“我們干預(yù)的就是這個時期，但對于人類來說，干預(yù)時機可能會有所不同?！?
未參與這項研究的麻省大學(xué)神經(jīng)表觀遺傳學(xué)研究員Richard Hunter說：“這項研究的整體論述過程很令人信服，并且提出了很多有趣的問題。值得注意的是，科學(xué)家們關(guān)注的發(fā)育時間正好與影響動機的下丘腦神經(jīng)元連接的發(fā)育時間重疊，這表明有必要探索動機與運動之間可能存在的發(fā)育聯(lián)系。”
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