德国美因茨分子生物学研究所(IMB)的克里斯托弗·尼尔斯教授团队发现，一种被称为5-甲酰基胞嘧啶(5fC)的DNA修饰起着激活表观遗传开关的作用，在早期胚胎发育中启动基因。这一发现首次证明脊椎动物有不止一种类型的表观遗传DNA标记，并为基因在发育的早期阶段是如何被调节提供了新的线索。他们的研究结果发表在《细胞》杂志上。
5fC是0。这是除了甲基胞嘧啶之外第二个被证实的表观遗传DNA修饰
我们的身体是由数以万亿计的细胞组成的，所有的细胞一起工作，形成一个有功能的有机体。然而，我们每个人一开始都只是一个受精卵细胞。要成为一个完整的人，这个单细胞必须迅速繁殖，在正确的地方形成所有正确的器官。这一发育过程取决于成千上万的基因在正确的时间和地点被激活。基因的激活/失活是由所谓的表观遗传修饰控制的，即附着在DNA及其相关蛋白质上的化学基团，它们的作用就像交通信号灯一样，可以开关基因。几十年来，科学家们认为脊椎动物的DNA只有一种表观遗传修饰，称为胞嘧啶甲基化，这与基因沉默有关。十年前，在脊椎动物DNA中又发现了三种化学修饰，但由于它们的数量非常少，科学家们不确定它们是否是功能性表观遗传标记。现在，克里斯托夫·尼尔斯教授和他的团队首次证明了其中一种修饰，5-甲酰基胞嘧啶，参与了早期发育过程中激活基因的过程。这一发现意义重大，因为它证明脊椎动物具有不止一种类型的表观遗传DNA标记，并揭示了一种新的、以前未知的表观遗传基因调控机制。“这些发现是表观遗传学的一个真正突破，因为5fC是除了甲基胞嘧啶之外第二个被证实的表观遗传DNA修饰，”IMB的创始人和科学主任Niehrs说。IMB于2011年在美因茨约翰内斯古腾堡大学(JGU)校园成立。在他们的研究中，科学家们观察了青蛙胚胎中的5fC。利用显微镜和色谱法，他们发现5fC在发育初期的一个关键步骤中急剧增加，这个步骤被称为合子激活，当许多基因被打开时。
为了证明5fC是一种激活的表观遗传标记，科学家们通过基因操纵胚胎中的酶来增加或减少DNA上5fC的数量。增加5fC导致基因表达增加，而减少5fC则导致基因表达减少，这表明DNA上确实存在5fC激活基因。最后，科学家们还观察到了合子基因激活过程中小鼠胚胎中的5fC色中心。这表明5fC可能在哺乳动物和青蛙中都起到激活表观遗传标记的作用。5fC是DNA上的一种激活表观遗传调节剂，这一发现引发了许多问题，如它究竟是如何起作用的，以及它在早期合子基因组激活之外的作用。特别是，癌细胞可以含有大量的5fC。需要对5fC进行更多的研究来回答这些问题，这可能最终帮助我们更好地理解我们是如何发育的，以及基因调控是如何在疾病中被破坏的。
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