隨著炎炎夏日的到來，本月的表觀遺傳學專題也即將進入尾聲。回顧表觀遺傳學發展的歷史，雖然表觀遺傳學（epigenetics）的概念早在 1942 年即由發育生物學家 Conrad Hal Waddington 所提出，目的是希望解釋多細胞生物體如何從單一受精卵分化成不同型態的細胞。在二十世紀中葉，隨著 DNA 結構的解答，許多生物學家將研究重點放在解答基因序列和生物體性狀間的關係。然而，與 DNA 同樣位於染色體上的蛋白質的角色一樣令人好奇。早在 1950 年 Edgar Stedman 與 Ellen Stedman 在即在《Nature》上指出組蛋白（histone）在抑制基因表現的角色，這個觀察雖然從今天的角度看起來相當粗糙，但就當時的研究工具與背景知識來說已可說是相當精準。一直到 1964 年 V. G. Allfrey 等人才發現組蛋白上的乙醯化（acetylation）可能與基因的活化有關，其他轉譯後修飾包含甲基化與磷酸化等也陸續被發現。然而直到 1974 年 Roger D. Kornberg 和 Jean O. Thomas 以 X-ray 繞射發現 DNA 與組蛋白所形成之染色體基本結構：核小體（nucleosome），組蛋白對於基因表達的調控方式才總算有了最基本的圖像。
如今人類已然完成了 Human Genome Project（HGP），儘管有許多基因的功能仍未被完全瞭解，但在定序過程中科學家也逐漸發現單由基因無法完全解釋人類複雜的性狀和疾病的發生。於是遂有了 Encyclopedia of DNA Elements（ENCODE）、Human Epigenome Project（HEP）、Roadmap Epigenomics Project（REP）等計畫，希望藉由描繪整個人類基因體中各個重要的功能片段以及表觀遺傳體的情形促進我們對人類生長和疾病的瞭解。今年發表在 《Nature》上 REP 的一系列最新研究成果，包含了：人體各組織中表觀遺傳體的差異、胚胎幹細胞發育和神經細胞分化過程中表觀遺傳體的變化、以及阿茲海默症、癌症與自體免疫疾病中表觀遺傳體的特徵。我們竟能躬逢其盛為大家做報導，可說是何其幸運！
事實上，目前許多疾病都被認為可用表觀遺傳學的方式加以介入，像是本月所報導的嗎啡成癮、腦瘤治療、乳癌轉移等等在未來也許都能以表觀遺傳學方式加以治療，更別提研究多時的 histone deacetylase（HDAC）的抑制劑早已就投入多發性骨髓瘤（multiple myeloma）等疾病的現行臨床治療中。未來表觀遺傳學治療在神經疾病和心血管等慢性疾病中的角色將是癌症治療以外值得觀察的重點。
本月還針對近來很熱門也充滿爭議的研究主題：表觀遺傳繼承（epigenetic inheritance）為大家做了系列報導，從分子的角度出發，我們報導了 H3K27 與 H3K9 的甲基化和 DNA 甲基化在該機制中的重要性，我們也報導了其其在生物體肥胖性狀之繼承中的角色。過去生物學家們普遍認為 DNA 才是性狀遺傳的關鍵角色，不過隨著科學證據的累積，未來表觀遺傳繼承的理論是否能被科學界接受、其在演化理論上將產生怎樣地動山搖的影響都將非常值得觀察。
隨著研究工具的進步，表觀遺傳學所涉及的領域可說是越來越多樣化。本月為大家報導了研究表觀遺傳學工具的最新進展，包括 Hi-C 技術的提升和核內單分子影像的觀察。Hi-C 技術的進步讓我們對染色質結構分析的解析度由 1Mb 提升到 1kb，透過解析度的提升將大大提升我們對於許多基因調控方式的瞭解。單分子影像的觀察則大大幫助了我們對於許多表觀遺傳分子與 DNA 交互作用的動力學分析。
表觀遺傳學研究的另一項重要利器即生物資訊學。下個月 Investigator 社團將為大家帶來生物資訊學過去一年來精采的研究，敬請期待並請大家多多指教！
圖說：表觀遺傳學領域 圖片來源：https://tinyurl.com/kee7wp2
