《表观遗传学(epigenetics)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表观遗传学(epigenetics)（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1、表观遗传学（epigenetics）表观遗传学是研究不涉及表观遗传学是研究不涉及DNA序列改变的基因表达和调 控的可遗传修饰，即探索从基因演绎为表型的过程和机制的 一门新兴学科。 或： 是针对不涉及到序列改变的基因表达和调 控的可遗传修饰，即探索从基因演绎为表型的过程和机制的 一门新兴学科。 或： 是针对不涉及到DNA序列变化而表现为序列变化而表现为DNA甲基化谱、染色质结构状态和基因表达谱在细胞代间传递的遗传现象的 一门学科。 或： 研究生物体或细胞表观遗传变异的遗传学分支学科。甲基化谱、 染色质结构状态和基因表达谱在细胞代间传递的遗传现象的 一门学科。 或： 研究生物体或细胞表观遗传变
2、异的遗传学分支学科。 Epigenetics is typically defined as the study of heritable changes in gene expression that are not due to changes in DNA sequence. Riggs and colleagues defined epigenetics as “the study of mitotically and/or meiotically heritable changes in gene function that cannot be explained by change
3、s in DNA sequence”表观遗传表观遗传Epigenetic inheritance describesthe ability of different states, which may have differentphenotypic consequences, to be inherited without any change in the sequence of DNA.表观遗传变异表观遗传变异是指在基因的DNA序列不发生改变的情是指在基因的DNA序列不发生改变的情况下，在基因表达时发生的可遗传变化，造成基因产物况下，在基因表达时发生的可遗传变化，造成基因产物的改变，最终
4、导致表型的改变。的改变，最终导致表型的改变。（1）表观遗传变异（epigenetic variation）（2）表观遗传现象/修饰包括：DNA 甲基化 （DNA methylation）包括：DNA 甲基化 （DNA methylation） 组蛋白修饰 （histon modification）组蛋白修饰 （histon modification） 染色质重塑 （chromatin remodeling）染色质重塑 （chromatin remodeling） 基因组印记 （genomic imprinting）基因组印记 （genomic imprinting） x染色体失活（x chro
5、msome inactivation ）x染色体失活（x chromsome inactivation ） RNA相关沉默（RNA interference等）RNA相关沉默（RNA interference等） 副 突 变（paramutation）副 突 变（paramutation） 位置效应斑 （position effect variegation）位置效应斑 （position effect variegation） 组蛋白密码 （ histon code）组蛋白密码 （ histon code） RNA 编辑（RNA editing）编辑（RNA editing） 等 等等 等表
6、观遗传修饰： 研究发现，可以在不影响DNA序列的情况下 改变基因组的修饰，这种改变不仅可以影 响个体的发育，而且还可以遗传下去。因 此，这类变异被称为“表观遗传修饰”， 并被认为是导致遗传物质一致的孪生子出 现个体差异的主要原因。甲基化（methylation)染色质重塑（chromatin remodeling）基因组印记（genomic imprinting）组蛋白修饰（histon modification）与组蛋白密码 （ histon code）RNA编辑（RNA editing）甲基化（methylation)染色质重塑（chromatin remodeling）基因组印记（gen
7、omic imprinting）组蛋白修饰（histon modification）与组蛋白密码 （ histon code）RNA编辑（RNA editing）重点介绍：重点介绍：（1）.（1）.甲基化:甲基化:是指在DNA甲基化转移酶的作用下，将一个甲 基添加在DNA分子的碱基上：C 是指在DNA甲基化转移酶的作用下，将一个甲 基添加在DNA分子的碱基上：C m mC5-甲基胞嘧啶是高诱导基因突变的自发突变位点，可以通过自发脱氨，使CG?TA，结果导致人类DNA的甲基化受体位点的强烈抑制，因而造成基因沉默。人类基因组70的5-甲基胞嘧啶在CpG岛，但由于其发布散在，所以CpG岛呈非甲基化。
8、CpG岛甲基化可直接导致相关基因的表观遗传学沉默。异常CpG重新甲基化，被认为是人类癌症发生早期的一个特征。C5-甲基胞嘧啶是高诱导基因突变的自发突变位点，可以通过自发脱氨，使CG?TA，结果导致人类DNA的甲基化受体位点的强烈抑制，因而造成基因沉默。人类基因组70的5-甲基胞嘧啶在CpG岛，但由于其发布散在，所以CpG岛呈非甲基化。CpG岛甲基化可直接导致相关基因的表观遗传学沉默。异常CpG重新甲基化，被认为是人类癌症发生早期的一个特征。DNA甲基化直接制约基因的活化状态甲基化直接制约基因的活化状态DNA甲基化的生物学意义在于：甲基化的生物学意义在于： 基因表达的时空调控以及保护基因组稳定性
9、。基因表达的时空调控以及保护基因组稳定性。 例如：例如： 有些基因在发育早期甲基化，发育晚期被诱导去甲 有些基因在发育早期甲基化，发育晚期被诱导去甲 基化使基因在不同发育时期特异表达 ；基化使基因在不同发育时期特异表达 ； 高度甲基化的基因处于失活状态高度甲基化的基因处于失活状态：女性两条：女性两条X染色染色 体中的一条体中的一条X染色体上的基因随机失活；染色体上的基因随机失活； 持家基因的低甲基化；印迹基因的高甲基化； 持家基因的低甲基化；印迹基因的高甲基化； 抑癌基因的病理性再甲基化造成基因沉默； 抑癌基因的病理性再甲基化造成基因沉默； 甲基化还可以抵御转座子沉默、病毒入侵； 甲基化还可以
10、抵御转座子沉默、病毒入侵； 使一些基因转录抑制等。使一些基因转录抑制等。（2）染色质重塑染色质重塑（chromatin remodeling） 指染色质位置和结构的变化指染色质位置和结构的变化。主要涉及密集的染色质丝在核小体连接处发生松解造成染色质解压缩，从而暴露基因转录启动子区中的顺式作用元件，为反式作用因子（转录因子）与之结合提供一种可接近状态。主要涉及密集的染色质丝在核小体连接处发生松解造成染色质解压缩，从而暴露基因转录启动子区中的顺式作用元件，为反式作用因子（转录因子）与之结合提供一种可接近状态。染色质结构变化的两种模型1.平衡模型平衡模型（equilibrium model）在该模型
11、中唯一有关的因子是阻遏蛋白(repressor)和活 化物蛋白（activator）的浓度，负责游离型与DNA结合型的 平衡。平衡模型可以解释在细菌细胞中的转录调控在该模型中唯一有关的因子是阻遏蛋白(repressor)和活 化物蛋白（activator）的浓度，负责游离型与DNA结合型的 平衡。平衡模型可以解释在细菌细胞中的转录调控染色质重构模型主要涉及真 核生物基因的转录调控 真核生物的启动子可能出现 两种情况： （染色质重构模型主要涉及真 核生物基因的转录调控 真核生物的启动子可能出现 两种情况： （1）失活状态失活状态 核小体的存在 阻碍基本因子和核小体的存在 阻碍基本因子和RNA聚
12、合酶与启动子结合 （聚 合酶与启动子结合 （2）激活状态激活状态 基本转录装置 占据启动子，组蛋白八聚 体不能与其结合 在以上两种情况中染色体结 构是稳定的。基本转录装置 占据启动子，组蛋白八聚 体不能与其结合 在以上两种情况中染色体结 构是稳定的。2.染色质重构模型染色质重构模型（Chromatin remodeling）诱导染色质结构变化的诱导染色质结构变化的 一般过程称为：一般过程称为： chromatin remodeling.该过程需要能量以破坏该过程需要能量以破坏 蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质 和蛋白质和蛋白质DNA 的连接，使组蛋白从 染色质中释放出来。的连接，使组蛋白从 染色质中释
13、放出来。 染色质重构的变 化包括：染色质重构的变 化包括： 组蛋白在组蛋白在DNA上滑动 ，改变核酸与蛋白质 的关系上滑动 ，改变核酸与蛋白质 的关系 组蛋白间的间隙发生 变化组蛋白间的间隙发生 变化 延伸变化，产生无组 蛋白的延伸变化，产生无组 蛋白的DNA区区组蛋白的修饰控制基因活性。组蛋白的修饰控制基因活性。修饰发生在组蛋白修饰发生在组蛋白N-端末尾，特别是端末尾，特别是H3和和H4。组蛋白。组蛋白N端末尾端末尾20个氨基酸组成，其中有很多修饰位置个氨基酸组成，其中有很多修饰位置3.组蛋白修饰是关键组蛋白修饰是关键甲基化甲基化乙酰化乙酰化磷酸化磷酸化在组蛋白修饰中 一般在组蛋白修饰中 一
14、般乙酰化与活性染色质相联系，乙酰化与活性染色质相联系，甲基化与失活染色质相联系甲基化与失活染色质相联系All the core histones can be acetylated. The major targets for acetylation are lysines in the N-terminal tails of histones H3 and H4. Acetylation occurs in two different circumstances: during DNA replication; and when genes are activated.Chromatin s
15、tates are interconverted by modification summarizes three types of differences that are found between active chromatin and inactive chromatin Active chromatin is acetylated on the tails of histones H3 and H4. Inactive chromatin is methylated on 9Lys of histone H3. Inactive chromatin is methylated on
16、 cytosines of CpG doublets.4.DNA methylation is perpetuated by a maintenance methylaseFrom 2-7% of the cytosines of animal cell DNA are methylated Most of the methyl groups are found in CG “doublets “, the structure 5mCpG 3 3 GpCm5 是指来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递是指来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递 给子代时发生了某种修饰，这种作用使其后代仅表达父源或给子代时发生了某种修饰，这种作用使其后代仅表达父源或 母源等位基因的一种，这种现象被称作母源等位基因的一种，这种现象被称作基因印记基因印记（gene （gene imprinting）或imprinting）或基因组印记基因组印记（ge
