基因與基因體學 科學報導 表觀遺傳學

親愛的,我們去南極生出瘦子寶寶吧

隨著文明的發展與進步,營養過剩與資源充足,肥胖人口逐年增加 [1],但有趣的是,我們常常可以聽到有的人喊著:「呼吸就會胖」;有的人卻怎麼吃也吃不胖。會造成如此的差異,科學家一直想了解到底是先天基因組成造成的差異或是環境刺激的影響後天的改變?抑或是環境刺激影響到先天基因的改變,如此的影響甚至可以延續到後代?

說到肥胖,大家都知道造成的原因不外乎體脂肪過高,其實脂肪細胞分成兩種,一是會工作產能的棕色脂肪 (brown adipose tissue, BAT),在天氣寒冷的時候,棕色脂肪細胞活化產生能量,來維持體溫;另一個白色脂肪 (white adipose tissue, WAT) 即是造成肥胖的體脂肪,主要扮演儲存的功能。因此當棕色脂肪細胞活化能力強,代表不易囤積體脂肪,研究也發現棕色脂肪活化程度與 body mass index (BMI) 有正相關。但外在環境的 (像是氣溫) 對基因調控的影響是什麼仍所知甚少。

來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院 Christian Wolfrum 團隊發現,氣溫的影響不只是活化棕色體脂肪,如此的改變還可以透過精子遺傳至後代,在寒冷的環境下受精的後代,其棕色脂肪細胞的代謝能力比在溫暖環境中受精的後代強。並且,只有公鼠暴露在寒冷的環境下有此顯著差異。研究人員將母鼠暴露在寒冷環境,發現所生出的後代則沒有明顯差異。並進一步分析暴露在寒冷環境中公鼠的精子發現,細胞中調控 BAT 形成的相關基因群中的 differentially methylated regions (DMRs) 與 differentially expressed genes (DEGs) 高度相關,說明了高度活化的 BAT 可能來自於低溫刺激基因甲基化的調控。除了實驗老鼠的研究,研究團隊也收集八千多個人的 BMI 資料與出生月份做分類,同樣的現象除了實驗室哺乳類老鼠外,也可以在人類身上觀察的到。

如此的發現驗證了細胞自主化 (cell-autonomous) 的理論,也就是細胞會藉由自己內部基因的調控去應對外在環境的改變 ,例如在營養過剩或是低溫的環境下,增加後代 BAT 的活化。

 

圖片說明: 寒冷的環境下可改變基因上表觀遺傳學修飾,產生具有較高代謝率的後代。 圖片來源: old leads to slimmer offspring. (n.d.). Retrieved from https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2018/07/environmental-impact-passed-on-to-offspring.html

參考文獻:

[1] Obesity and overweight. (2018, February 16). Retrieved from http://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/obesity-and-overweight
[2] Sun, W., Dong, H., Becker, A. S., Dapito, D. H., Modica, S., Grandl, G., … Wolfrum, C. (2018). Cold-induced epigenetic programming of the sperm enhances brown adipose tissue activity in the offspring. Nature Medicine, 24(9), 1372-1383. doi:10.1038/s41591-018-0102-y

 

撰文│吳畇芸

審稿│高唯真、藍冠鈞

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吳畇芸

吳畇芸

陽明大學 生化所 碩士
TIGP 分子醫學學成 博士候選人
SonjaWu 插畫家

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