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揭示表观基因组

新科学家

日期: 2017年5月5日
来源:
2017-2018年新科学家

当科学家们努力研究细胞和生物如何精确形成的新理论时,Yonatan Stelzer博士热衷于研究环境因素如何影响基因组的内部运作——为进化和遗传提供新的轨迹。

为了探索这些因素的影响,Stelzer博士意识到他需要克服各种各样的技术障碍。他发现,最大的问题是表观遗传学的动态和难以捉摸的本质——研究基因活动中潜在的遗传修饰,而不改变个人的DNA序列。虽然表观遗传变化在早期细胞命运的决定和早期发育中特别活跃,但在某些疾病如癌症的情况下也经常发生。

据施特尔策博士说,尽管这一现象产生了重大影响,但迄今为止,科学家们在表观遗传变化建模方面仍在苦苦挣扎,只能在给定状态下拍摄相关细胞的静态快照。然而,由于表观遗传变化的动态性质和细胞间的变异性,这样的快照并不能呈现出最佳的图像,他说。为了帮助克服这些挑战,Stelzer博士在麻省理工学院怀特黑德研究所(MIT’s Whitehead Institute)的博士后研究期间开发了一种创新的、针对特定地区的报告系统。

他的报告系统,在细胞在2015年,使研究人员能够阐明特定基因组区域的DNA修饰状态。他专注于一种特殊类型的表观遗传机制,称为DNA甲基化和去甲基化,在这种机制中,甲基被添加到DNA分子中或从DNA分子中减去,沉默和唤醒基因表达。DNA甲基化对哺乳动物的发育至关重要,其功能包括维持雌性不活跃的X染色体,调节亲代印迹,以及基因组中可移动元素的沉默。然而,在癌症和其他疾病的发展过程中,这个过程可能会出错。

为了实现他的报告系统,Stelzer博士首先确定了一个基因“启动子”——开始转录基因及其rna的单位——它对DNA甲基化过程特别敏感。利用这个工具,施特尔策博士能够反映启动子内的甲基化过程,并将其与荧光标记相关联。绿光表明甲基化被去除,而黑暗表明甲基化被添加。

“从本质上讲,我将表观遗传事件转化为可见的读数,”他说。“它就像一个开关,这样我们就能以单格分辨率看到我们感兴趣的地区的事件。我们现在可以看到种群多样性,并监测动态。”

在广泛的潜在应用中,可能是检测癌症的表观遗传变化。例如,如果早期发生了有问题的去甲基化事件,记者可以暴露正在经历表观遗传事件的细胞,使研究人员能够筛选可以恢复这一过程的治疗方法。

施特尔策博士最感兴趣的仍然是与细胞命运和发育的表观遗传调控相关的基本过程:这些环境如何影响某些性状,如何抑制其他性状,如何控制基因组中的某些可移动元素,以及如何调节亲代印记。他想知道饥荒、饮食、衰老和其他压力因素等环境影响是如何潜在地影响人类基因组的。

Yonatan Stelzer博士出生于以色列北部的一个moshav,在不到七年的时间里获得了学士学位,硕士学位和博士学位,在本科学位结束时发表了三篇第一作者期刊文章。Stelzer博士于2011年在耶路撒冷的希伯来大学(Hebrew University)完成了生命科学和化学学士学位,在Givat Ram校区的第二个学期,他开始在Nissim Benvenisty教授的监督下进行研究。研究生期间,他继续在同一实验室工作,并于2012年和2014年分别获得了遗传学系的硕士和博士学位。Stelzer博士随后成为麻省理工学院怀特黑德研究所的博士后。

在研究生学习期间,Stelzer博士获得了为优秀博士生提供的Clore基金会奖学金,并被希伯来大学授予多项杰出教师奖。亚博英雄联盟他的博士论文还获得了汉斯·维纳奖,该论文专注于人类多能干细胞的亲代印迹。在不关注遗传学和表观遗传学的时候,施特尔策博士长期活跃在当地社区,为高风险的以色列青年和病重的巴勒斯坦儿童提供志愿服务。

Stelzer博士得到了Benoziyo科学促进基金、Helen和Martin Kimmel干细胞研究所以及Jean-Jacques Brunschwig癌症分子遗传学基金的支持。