表观遗传与人类疾病

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1、表观遗传与人类疾病辛阳阳201045813610护本2班摘要没有DNA序列变化的基础上，基因表达的可遗传性的改变。关键词表观遗传学　DNA甲基化表观基因异常上个世纪50年代初，Watson和Crick建立了DNA分子结构模型，极大程度地促进了生命科学的发展。自此遗传学便成为现代医学研究领域中一个重要的分支。人类已经认识到基因突变可以导致疾病的发生，如慢性进行性舞蹈病(Huntington's chorea, Hc)和囊性纤维化等。近年来在遗传学中还兴起了一个新的具有深远意义的前沿学科——表观遗传学，主要研究在没有DNA序列变化的基础上，基因表达的可遗传

2、性的改变。这一迅速发展的学科在分子水平揭示了复杂的临床现象，为解开生命奥秘及征服疾病带来希望。　　表观遗传学的基本原理：DNA甲基化和组蛋白的修饰　　人类基因组大约含有23000个功能基因，细胞的生长需要这些功能基因在特定的时间条件下准确表达。真核细胞基因组和组蛋白紧密地包装在一起，形成一个个核小体，核小体是构成染色质的基本单位。基因的表达需要改变染色质的状态：染色质压缩程度高时基因沉默（即无转录活性），染色质压缩程度较低时基因表达（即有转录活性）。染色质这种动态的转换是靠DNA甲基化和组蛋白修饰可逆的调节的。这个表观遗传修饰过程涉到及几个酶，包括：D

3、NA甲基转移酶(DNMTs)、组蛋白去乙酰化酶(HDACs)、组蛋白乙酰化酶、组蛋白甲基转移酶和甲基结构域结合蛋白MECP2。DNA和组蛋白正常表型的改变调节着功能基因的转录，最终导致临床出现相应的表现。　　DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶(DNMTs)的作用下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基供体，将甲基基团转移到胞嘧啶和鸟嘌呤(CpG)二核苷酸的胞嘧啶。CpG相对集中的区域称为CpG岛。CpG岛存在于组织特异基因或者管家基因。生理情况下，CpG 岛是非甲基化的。当CpGs异常甲基化会导致所在基因沉默，阻遏甲基化敏感蛋白与基因的结合，使基因很容易

4、发生变异。组蛋白的修饰主要是乙酰化，组蛋白乙酰化是可逆的动态过程。染色质活性区域均有去甲基化DNA和高水平的乙酰化组蛋白，相反在染色质非活性区域，有甲基化DNA和高水平的去乙酰化组蛋白。因此，作为一个表观的标签，标示出该基因是沉默或表达。这种可逆的修饰使得基因表达可以受激素、饮食以及药物等外界因素的调控。　　饮食、遗传基因多态性和环境中的化学物质的作用，均可导致DNA的甲基化状态改变。饮食中的蛋氨酸和叶酸是DNA甲基化甲基基团的供体。如果饮食中缺乏叶酸，蛋氨酸或硒元素，就会改变基因的甲基化状态，导致神经管畸形、癌症和动脉硬化。职业化学品、化石燃料排放、

5、水污染和吸烟等环境污染，释放出有害物质如砷（砒霜）和多环芳烃（苯并芘）等，均可增加基因不稳定性和改变细胞物质代谢。每个人对环境和饮食因素的敏感性可因先天遗传的不同而不同。因此环境因素和个体遗传特性共同作用，决定了潜在的表观遗传疾病的危险性。　　表观基因异常的临床结局　　授精后，来自父系染色体基因很快发生DNA去甲基化和组蛋白修饰，随后来自母系染色体基因也逐渐去甲基化，最终新形成的胚胎基因甲基化开始，以维持其自身的基因表型。这一过程中的任何差错都会导致先天畸形和儿科多系统病症，或者获得散发性肿瘤和神经退化性疾病的易感性。　　基因组印迹和印迹异常　　基因印

6、迹是指二倍体细胞的一对基因（父本和母本）只有一个可以表达，另一个因甲基化而沉默。基因印迹的异常往往会导致多种遗传性疾病。Prader–Willi，Angelman and Beckwith–Weidemann 综合症都是印迹异常引起的。Prader–Willi and Angelman综合症是15号染色体的表观遗传异常。Beckwith–Wiedemann综合症是11号染色体表观遗传突变导致基因印迹丢失引起的。最近，滋养层细胞的印迹功能被认为是引起子痫前症的原因。　　辅助生殖技术　　辅助生殖技术将会带来更大的遗传性疾病的风险，如宫内生长迟缓，早产，低体

7、重儿，宫内死胎，以及Angelman和Beckwith–Wiedemann 综合症等。这些疾病的发生可能与表观遗传的改变和基因印迹的异常有关。新近研究表明，人胚胎干细胞保留有正常基因印迹，这些干细胞可能有治疗意义。　　癌症与表观遗传治疗　　癌症是一个多步发生的疾病，多个遗传和表观遗传异常的事件积累作用下，将一个正常细胞转化为肿瘤细胞。DNA甲基化状态的改变影响了癌症相关基因的表达。DNA的低甲基化激活了癌基因是染色体失去稳态，　　而DNA的高甲基化使抑癌基因沉默。目前表观遗传的治疗还不是很多，核苷酸类似物氮杂胞苷（azacitidine）可以抑制DNA

8、甲基化和使沉默基因获得转录活性，目前已经通过了I期临床试验，用于治疗高甲基化的骨髓增生异常综合