眾所周知，人體中的每個細胞都有兩套基因組，一套來自母親，一套來自父親。然而，研究人員目前仍不清楚每套基因組的具體表達情況。為此，美國賓夕法尼亞大學的研究人員開發(fā)出一種新技術，并用它來研究罕見病。這項成果于近日發(fā)表在《Genes & Development》上。

對于大多數(shù)基因，人們都遺傳了兩個拷貝，分別來自父親和母親。不過，在基因組印記發(fā)生時，后代只遺傳了一個有用的拷貝。卵子或精子形成過程中添加的甲基控制了基因的表達，使得DNA不轉錄成RNA，進而翻譯成蛋白質。

少數(shù)基因受到印記的影響，但卻對正常發(fā)育很關鍵。在正常情況下，只有母本或父本的染色體上的印記基因打開，但不會同時打開。若兩條染色體上的基因都打開或都關閉，則意味著疾病發(fā)生。異常表達可能與基因突變有關，也可能是甲基化發(fā)生了錯誤。

基因組印記引起的疾病是十分罕見的。研究人員此次研究了兩種：Russell-Silver綜合征和Beckwith-Wiedemann綜合征。Russell-Silver綜合征的癥狀為身材矮小，肢體或面部不對稱。這種疾病與H19和IGF2兩個基因的甲基化不足有關。Beckwith-Wiedemann綜合征則是一種先天過度生長的疾病，其特征為兒童期癌癥風險增加，以及出生體重超標等。

研究小組以小鼠為模型，比較了正常小鼠和Russell-Silver綜合征小鼠的基因組。在細胞群體水平，Russell-Silver小鼠表達母本和父本的H19。之后，他們利用一種分子探針來檢測母本和父本之間RNA的單核苷酸變化。這種方法測定了單細胞中特異的變異表達。他們發(fā)現(xiàn)，對于Russell-Silver綜合征小鼠，一些細胞有著母本和父本的RNA（異常），而另一些細胞只有母本RNA（正常）。

在Russell-Silver小鼠中，所有細胞都有著相同的遺傳變化，但并非所有細胞都有著相同的DNA甲基化模式，這解釋了基因表達的鑲嵌結構。兩個突變細胞亞群在各自基因組的印記控制區(qū)域表現(xiàn)出不同的甲基化模式。只表達母本H19的細胞有著正確的DNA甲基化模式，而表達母本和父本H19的細胞表現(xiàn)出H19 DNA甲基化的損失。重要的是，他們在小鼠心臟組織中也觀察到這兩個亞群，表明整個小鼠都存在同樣的缺陷。

研究人員表示，這是第一次在單細胞水平證明了表觀遺傳嵌合體的存在。研究結果表明，印記疾病可能表現(xiàn)出驚人的單細胞異質性，而這種異質性可能解釋了表觀遺傳嵌合體的存在。