还有“永生”的DNA链？（4）

作者：朱钦士

来源：生物学通报, 2021, 56(07): 14-17.

• 干细胞
• 不对称分裂
• DNA
• 复制
• 永生的DNA链
• 有丝分裂
• 外遗传修饰

DNA序列在一定程度上发生的改变既为生物的演化所必需,又是动物体内癌症发生、影响物种相对稳定存在的主要因素,它们之间必需要有一个平衡。在环境条件相对稳定的情况下,保持DNA序列的稳定对生物的生存更加重要。然而细胞分裂时DNA的复制过程不是100%准确,而是会有一定程度的误差,这是DNA序列发生变化的重要原因。为减少DNA复制过程导致的序列变化,生物采取2种方式。一是减少细胞分裂(也即DNA复制)的次数。多细胞生物利用干细胞补充需要替换的体细胞,而不是完全通过体细胞自己分裂繁殖。干细胞进行不对称分裂,形成1个新的干细胞(复制自己)和1个可进一步繁殖和分化的细胞(用以补充需要替换的体细胞)。将大量的分裂任务交给要进行分化的细胞,就可极大减少干细胞自身的分裂次数。二是干细胞在进行不对称分裂时,选择性地保留更老的DNA链,而将较新的DNA链(即可能带有DNA复制过程造成序列改变的链)交给要进行分化的、使用后要被丢弃的"子"细胞。通过这种方式,干细胞自身的DNA链就不会因为细胞分裂而改变,这些DNA链也就被一直保留在干细胞内,成为"永生"(immortal)的。选择性地保留永生DNA链的现象称为DNA链在子细胞中的非随机分配(asymmetric或non-random DNA strand segregation),在原核生物中的大肠杆菌和真核生物中的真菌、植物和动物中都被发现,说明这是生物界中的一个普遍现象。干细胞保留的,还不仅是DNA链的"原始文件",还包括DNA所携带的表观遗传修饰(epigenetic modifications),达到保持干细胞自身特性的目的;而进入要进行分化的子细胞中的DNA链由于具有新的表观遗传修饰,就可使子细胞分化成为各种体细胞。干细胞是生殖细胞在多细胞生物身体中的延伸,干细胞选择性地保留永生的DNA链及其外遗传修饰的机制,与生殖细胞保留其永生的机制一脉相承。