近日，一項刊登在Nature雜誌上的研究中，來自耶魯大學的科學家發表了一項突破性的研究成果，他們發現人類及其他哺乳動物的性別早在150萬年前就由“嵌入”哺乳動物基因組中的關鍵病毒的一種簡單修飾所確定了。研究者Andrew Xiao指出，從根本上來說，這些病毒可以促使哺乳動物的基因組不斷進化，但同時其卻帶來了一定的不確定性，除了胚胎之外，科學家們發現這些病毒活躍的場所就是人類機體的腫瘤和神經元了。
文章中，研究者揭示了早期胚胎在X染色體上關閉病毒活性的新型機製，而這最終將可以幫助確定有機體的性別，如果分子標誌物的水平處於正常情況，X染色體就會持續保持活性，而雄性和雌性也將以等比率來出生，而如果分子標誌物過度激活的話，那麼X染色體將會沉默，最終引發雄性的出生比率是雌性的2倍。
Xiao說道，為何哺乳動物的性別比率可以被一種古老病毒的殘留物所決定呢？這個問題讓我們非常著迷；數千萬年前，病毒開始入侵基因組並且在宿主的DNA中進行複製，研究者推測有超過40%的人類基因組是由古老病毒複製的殘留物所組成的，很多情況下這些病毒殘留物處於失活狀態，但近來科學家們發現有時候這些病毒殘留物在胚胎發育過程中扮演著重要角色，甚至可以推動哺乳動物的進化，研究者指出，小鼠基因組中處於活性狀態的病毒影響性別比率隻是相對近期的事件而已，而從進化學角度而言，這些活性的病毒實際上在X染色體中比較豐富。
同時研究者還闡明了如何促進這些病毒失活，他們在哺乳動物中發現的修飾作用僅僅是表觀遺傳學工具箱的一種“擴張”而已，在機體發育期間表觀遺傳修飾可以調節基因表達，但其實際上並不會改變基因的序列；比如說將一個甲基基團添加到腺嘌呤上後就可以沉默基因的表達，數十年來，很多科學家們都推測核苷酸胞嘧啶的修飾是哺乳動物中基因沉默的唯一形式。
研究人員或可利用本文的研究成果來幫助開發抑製癌症發生的新型策略，因為癌細胞也非常清楚如何攔截相同的病毒來進行擴散，在其它有機體中，比如線蟲和果蠅中，這種機製完全起到了相反的作用，其不會抑製基因的表達，反倒會增強基因的表達；最後研究者Xiao說道，進化往往會利用相同的片段，但對於不同的目的而言，其或許就是這種情況。
doi:10.1038/nature17640
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DNA methylation on N6-adenine in mammalian embryonic stem cells
Tao P. Wu Tao Wang Matthew G. Seetin Yongquan Lai Shijia Zhu Kaixuan Lin Yifei Liu Stephanie D. Byrum Samuel G. Mackintosh Mei Zhong Alan Tackett Guilin Wang Lawrence S. Hon Gang Fang James A. Swenberg Andrew Z. Xiao
It has been widely accepted that 5-methylcytosine is the only form of DNA methylation in mammalian genomes. Here we identify N6-methyladenine as another form of DNA modification in mouse embryonic stem cells. Alkbh1 encodes a demethylase for N6-methyladenine. An increase of N6-methyladenine levels in Alkbh1-deficient cells leads to transcriptional silencing. N6-methyladenine deposition is inversely correlated with the evolutionary age of LINE-1 transposons; its deposition is strongly enriched at young (<1.5 million years old) but not old (>6 million years old) L1 elements. The deposition of N6-methyladenine correlates with epigenetic silencing of such LINE-1 transposons, together with their neighbouring enhancers and genes, thereby resisting the gene activation signals during embryonic stem cell differentiation. As young full-length LINE-1 transposons are strongly enriched on the X chromosome, genes located on the X chromosome are also silenced. Thus, N6-methyladenine developed a new role in epigenetic silencing in mammalian evolution distinct from its role in gene activation in other organisms. Our results demonstrate that N6-methyladenine constitutes a crucial component of the epigenetic regulation repertoire in mammalian genomes.
