表观遗传学 课件

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1、2021年7月1日表观遗传学（epigenetics）沈建英2021年7月1日22021年7月1日2发展历史1939年，WaddingtonCH首先在《现代遗传学导论》中提出了epihenetics这一术语。1942年定义为生物学的分支，研究基因与决定表型的基因产物之间的因果关系。1975年，HollidyR对表观遗传学进行了较为准确的描述。1996年JamesGHerman和StephenBBaylin发明MSP技术，并发现肿瘤细胞中抑癌基因启动子区CpG呈高甲基化状态。2021年7月1日3概　述表观遗传学：可遗传的，

2、即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间遗传；可逆性的基因表达调节，也有较少的学者描述为基因活性或功能的改变；没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来解释。2021年7月1日3三个层面调控基因表达：DNA修饰：DNA共价结合一个修饰基团，使具有相同序列的等位基因处于不同的修饰状态。蛋白修饰：通过对特殊蛋白修饰或改变蛋白的构象实现对基因表达的调控。非编码RNA调控：通过某些机制实现对基因转录的调控，如RNA干扰。意义：任何一个层面异常，都将影响染色质结构和基因表达，导致复杂综合征、多因素疾病以及癌症。和D

3、NA序列改变不同的是，许多表观遗传的改变是可逆的，这就为疾病的治疗提供乐观的前景。概　述2021年7月1日5概　述表观遗传学的研究内容：基因转录后的调控基因组中非编码RNA微小RNA（miRNA）反义RNA内含子、核糖开关等基因选择性转录表达的调控DNA甲基化组蛋白共价修饰染色质重塑基因印记X染色体失活2021年7月1日52021年7月1日6概　述2021年7月1日6遗传与表观遗传2021年7月1日7概　述2021年7月1日7基因组与表观基因组经组织归类的信息2021年7月1日82021年7月1日表观遗传学机制DNA甲基

4、化18组蛋白修饰2染色质重塑3RNA调控4DNA甲基化1以基因型为a/a的母鼠及其孕育的基因型为AVY/a的仔鼠作实验对象。孕鼠分为两组，试验组孕鼠除喂以标准饲料外，从受孕前两周起还增加富含甲基的叶酸、乙酰胆碱等补充饲料，而对照组孕鼠只喂饲标准饲料。结果试验组孕鼠产下的仔鼠大多数在身体的不同部位出现了大小不等的棕色斑块，甚至出现了以棕褐色为主要毛色的小鼠。而对照组孕鼠的仔鼠大多数为黄色。分析表明喂以富甲基饲料的孕鼠所产仔鼠的IAP所含CpG岛的甲基化平均水平远高于对照组，转录调控区的高甲基化使原该呈异位表达的基因趋于沉默

5、，毛色也趋于棕褐色。一、DNA甲基化2021年7月1日10一、DNA甲基化哺乳动物基因组中5mC占胞嘧啶总量的2%-7%，约70%的5mC存在于CpG二连核苷。在结构基因的5’端调控区域,CpG二连核苷常常以成簇串联形式排列，这种富含CpG二连核苷的区域称为CpG岛(CpGislands)，其大小为500-1000bp，约56%的编码基因含该结构。基因调控元件(如启动子)所含CpG岛中的5mC会阻碍转录因子复合体与DNA的结合。DNA甲基化一般与基因沉默相关联；非甲基化一般与基因的活化相关联；而去甲基化往往与一个沉默基因

6、的重新激活相关联。2021年7月1日102021年7月1日11一、DNA甲基化2021年7月1日115’3’CpG岛主要处于基因5’端调控区域。启动子区域的CpG岛一般是非甲基化状态的，其非甲基化状态对相关基因的转录是必须的。目前认为基因调控元件（如启动子）的CpG岛中发生5mC修饰会在空间上阻碍转录因子复合物与DNA的结合。因而DNA甲基化一般与基因沉默相关联。Rb基因CpG频率2021年7月1日12一、DNA甲基化2021年7月1日DNA甲基化(DNAmethylation)是研究得最清楚、也是最重要的表观遗传修饰形

7、式，主要是基因组DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基间的共价结合，胞嘧啶由此被修饰为5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5mC)。DNMT1SAM胞嘧啶5-甲基胞嘧啶胞嘧啶甲基化反应12S-腺苷甲硫氨酸2021年7月1日15二、组蛋白修饰2021年7月1日152021年7月1日16二、组蛋白修饰2021年7月1日162021年7月1日172021年7月1日17二、组蛋白修饰BryanM.Turner,naturecellbiology,2007组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰类型被称为组蛋白密码（hist

8、onecode），遗传密码的表观遗传学延伸，决定了基因表达调控的状态，并且可遗传。2021年7月1日18二、组蛋白修饰组蛋白修饰是表观遗传研究的重要内容。组蛋白的N端是不稳定的、无一定组织的亚单位，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，这种修饰往往与基因的表达调控密切相关。被组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变