第十三章 表观遗传学教学文案
表观遗传学教学课件
04
表观遗传学研究方法
基因组学技术
基因组测序
通过全基因组测序技术，可以检测基因组中的变异和表观遗传修饰，了解基因表达的调 控机制。
甲基化测序
甲基化测序技术可以检测基因组中DNA甲基化的水平，研究甲基化与基因表达的关系。
生物信息学分析
数据挖掘
利用生物信息学方法对大规模基因组 数据进行挖掘，寻找表观遗传修饰与 基因表达之间的关联。
详细描述
非编码RNA在表观遗传学中发挥重要作用， 它们通过与mRNA相互作用，影响基因表达 的转录和转录后水平。非编码RNA的异常表 达与多种疾病的发生和发展密切相关。
组蛋白修饰
总结词
组蛋白修饰是指组蛋白上的化学基团， 如乙酰化、甲基化和磷酸化等。
VS
详细描述
组蛋白修饰能够影响染色质的结构和基因 表达，与细胞分化、发育和肿瘤形成等生 物学过程密切相关。组蛋白修饰的异常与 多种疾病的发生和发展密切相关。
80%
药物研发
表观遗传学研究有助于发现新型 药物靶点，推动药物研发的创新 和进步。
表观遗传学面临的挑战与问题
技术难题
表观遗传学研究涉及多种复杂技 术，如高通量测序、染色质免疫 沉淀等，技术难度较大，需要专 业人员操作。
数据解读与分析
表观遗传学研究产生大量数据， 如何准确解读和分析这些数据是 一个挑战。需要发展新的数据分 析方法和算法。
个体化治疗
表观遗传学研究有助于实现个 体化治疗，即根据患者的表观 遗传学特征，制定个性化的治 疗方案。例如，针对特定基因 的靶向治疗等。
疾病预防
表观遗传学研究还有助于疾病 的预防。例如，通过调整饮食 和生活方式等，可以改变个体 的表观遗传学特征，从而预防 某些疾病的发生。
表观遗传学(共49张PPT)
• 1. DNA自身通过复制传递遗传信息；
• 2. DNA转录成RNA； • 3. RNA自身能够复制 (RNA病毒)；
• 4. RNA能够逆转录成DNA；
• 5. RNA翻译成蛋白质。
• 1939年，生物学家 Conrad Hal Waddington首先在《现代遗传学导论》
微小RNA(microRNA ,miRNA—单链)。
• RNA干扰（RNAi）：是通过小RNA分子在mRNA水平上介导mRNA 的降解诱导特异性序列基因沉默的过程。
• 诱导染色质结构的改变,决定着细胞的分化命运,还对 外源的核酸序列有降解作用以保护本身的基因组。
21
2.长链非编码RNA (long noncoding RNA, lncRNA)
DXPas34 长度超过200bp；
DNA甲基化状态的保
持
11
• （一）DNMTs(DNA methyltransferases)
DNA甲基转移酶 结构特点：
-NH2末端调节结构域，介导胞核定位，调节与其他蛋白相互 作用。DNMT2无。
-COOH末端催化结构域，参与DNA甲基转移反应。 • 1.DNMT1
20
• 三、其他表观遗传过程
• （一）非编码RNA的表观遗传学
• 非编码RNA（non-protein-coding RNA,ncRNA)
• tRNA,rRNA;短链非编码RNA,长链非编码RNA。
• 短链RNA(又称小RNA)，小干涉RNA(short interfering RNA ,siRNA—双链) 和
S-腺苷甲硫氨酸: S-adenosylmethionine,SAM S-腺苷同型半胱氨酸:S-adenosylhomocysteine，SAH
表观遗传学
表观遗传学
❖ 经典遗传学以研究基因序列影响生物学功能为核心相比， ❖ 表观遗传学主要研究这些“表观遗传现象”的建立和维持
的机制。
多少年来，基因一直被认为是生物有机体一代代相传的一个 并且仅有的一个遗传载体。越来越多的生物学家发现了一 个被称为表观遗传的现象------生物有机体后天获得的非遗 传变异有时可以被遗传下去。有详细记录的100个关于代 间表观遗传的例子，提示非基因遗传要比科学家们以前想 象的多得多。
其他例子 Rats whose agouti gene is unmethylated (i.e., expressed) have a yellow-ish coat color and are
高中生物表观遗传学教案
高中生物表观遗传学教案
一、教学目标：
1. 了解表观遗传学的基本概念和原理；
2. 掌握表观遗传学的研究方法和技术；
3. 理解表观遗传学在生物进化和疾病发生中的作用；
4. 能够分析和讨论表观遗传学的研究进展和意义。
二、教学内容：
1. 表观遗传学的基本概念和发展历史；
2. 表观遗传学的研究对象和方法；
3. 表观遗传学在生物进化和疾病发生中的作用；
4. 表观遗传学的研究进展和应用前景。
三、教学过程：
1. 导入：介绍表观遗传学的概念和相关背景知识；
2. 探究：学生分组讨论表观遗传学的研究对象和方法；
3. 实验：进行表观遗传学实验操作，观察实验结果；
4. 总结：归纳表观遗传学在生物进化和疾病发生中的作用；
5. 展示：学生展示表观遗传学的研究进展和应用前景。
四、教学资源：
1. 课本资料和教学PPT；
2. 实验器材和材料；
3. 同学们的讨论和展示成果。
五、教学评价：
1. 定期考核学生对表观遗传学的理解和掌握程度；
2. 鼓励学生参与表观遗传学领域的研究和探索；
3. 肯定学生在课堂讨论和展示中展示的知识和能力。
六、教学反思：
1. 及时调整教学内容和方法，以适应学生的学习需求；
2. 鼓励学生独立思考和创新，培养其探索表观遗传学领域的兴趣和能力；
3. 保持对表观遗传学领域研究进展的关注，及时更新教学内容。
表 观 遗 传 学
样本进行分析，可以开发历史上贮备的大量病理学资源。
组蛋白修饰
染色质蛋白并非只是一种包装蛋白，而是在DNA和细胞其他 组分之间构筑了一个动态的功能界面。
对植物研究发现miRNA 可诱导PHB基因甲基 化及染色质重塑。
DNA甲基化的生物学意义
调控基因表达, 在胚胎发育、细胞生长分化，衰老， 疾病等方面发挥重要作用。
维持染色体结构 X染色体失活 基因印记 肿瘤发生发展
DNA甲基化的检测方法
1.甲基化敏感的限制性内切酶法 2.基于重亚硫酸氢盐修饰的方法 3.基于甲基化DNA特异结合富集方法
相反，HDAC可移去乙酰基使组蛋白去乙酰化，稳定核 小体结构，诱导核小体聚集，形成更高级的染色体结构， 并抑制基本转录复合体组装，从而抑制转录。
组蛋白的甲基化
1. 主要发生在赖氨酸(K)或精氨酸(R)上；
2. Long-term；
3. HKMTs (histone lysine methyltransferases) vs. PRMTs (protein arginine methyltransferases)
MeCP2
Model for methylation-dependent gene silencing. The structural element of chromatin is the nucleosomal core, which consists of a 146-bp DNA sequence
5
4 SAM
DNMT
dCMP (~C~)
高中生物学中的表观遗传学
高中生物学中的表观遗传学1900 年，孟德尔规律的再发现诞生了经典遗传学，其影响之广泛、传播之迅速不亚于进化学说的提出。
此后10年，大量遗传学数据相继发表，孟德尔的拥趸者与反对者各执其词。
结束上述争论的是摩尔根及其同事的果蝇杂交实验，随后，染色体遗传学说的提出标志着经典遗传学的兴起。
20世纪60年代，随着对基因本质的阐明和中心法则的扩充和完善，“基因如何控制性状”这一核心问题仿佛已然被解决。
然而，近年来越来越多的证据表明，除去基因（碱基排序）之外，还存在一系列复杂和精细的调控机制，共同决定着性状的形成。
科学家将后者称为表观遗传学（Epigenetics），区别于以基因为核心的经典遗传学。
21世纪的表观遗传学崭新且富有活力，已经成为遗传学领域中不可或缺的组成。
为了紧跟科学前沿，2019年版人教版《必修2·遗传与进化》中增加了表观遗传概念，旨在帮助学生更深入地理解基因表达与性状的关系。
那么，在高中生物教学过程中，教师如何在学生所熟悉的（经典遗传）概念体系中引入新的表观遗传概念呢？对于前者而言，后者是挑战还是完善呢？在讨论上述问题之前，先来看教科书中提供的两个“令人困惑”的遗传现象。
1 小鼠毛色杂交实验教材案例1：纯合黄色小鼠（AvyAvy）与纯合黑色小鼠（aa）杂交，F1代没有表现出黄色，反而呈现出介于黄、黑色的一系列过渡类型。
不难想象，上述现象曾给遗传学家们带来过怎样的困扰。
自然界中类似的现象比比皆是，就连摩尔根都曾因为小鼠体色的遗传问题对孟德尔规律产生过怀疑。
遗传学家们将这种F1代“融合”了双亲性状的现象统称为“不完全显性”。
在表观遗传概念建立之前，人们无法解释上述现象的内在机制。
1999年，Emma Whitelaw等通过对上述案例的分析，终于揭开了表观遗传机制的冰山一角。
此前，科学家们已经知道小鼠毛色的深浅主要由Avy基因所决定。
当Avy基因正常表达时，小鼠毛色呈现黄色，反之则为黑色。
医学遗传学课件：表观遗传学
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lncRNA
Long noncoding RNAs (lncRNAs) are an important class of pervasive genes involved in a variety of biological functions.
LncRNAs are roughly classified based on their position relative to protein-coding genes:
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医学遗传学
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Epigenetics的中译名问题
➢ Epigenetics 新创词，是由epigenesis和genetics缩 合而成。
➢ 希腊词前缀“epi-”在英文中有6种以上的解释
➢ 有的意为“besides”或“beyond”, 而另一些作者则“upon”、 “over” 或”“in addition to” 。
组蛋白密码（Histone Code）：
组蛋白在翻译后的修饰形式，包括乙酰化、 磷酸化、甲基化、泛素化等，构成了基因转录的动 态识别标志，为其他蛋白与DNA 的结合产生协同 或拮抗效应，调控基因的转录，这种组蛋白修饰的 形式，即～。
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医学遗传学
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The “Histone Code” hypothesis
Histone Proteins
enzymes
(core) H2A,H2B, H3 & H4
2020/11/2
Nucleosome
DNA
医学遗传学
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第一节 表观遗传学的分子机制
表观遗传 修饰机制
DNA甲基化
组蛋白修饰
（染色质重塑）
表观遗传学
表观遗传学一、教学内容本节课的教学内容选自人教版小学科学六年级下册第二章《遗传与变异》的第三节“表观遗传学”。
本节内容主要介绍表观遗传学的概念、特点和实例，让学生了解基因与性状之间的关系，以及环境因素对基因表达的影响。
二、教学目标1. 让学生了解表观遗传学的概念，知道基因与性状之间的关系不是一成不变的。
2. 培养学生运用科学知识解决实际问题的能力。
3. 培养学生对生物科学的兴趣和好奇心。
三、教学难点与重点重点：表观遗传学的概念、特点和实例。
难点：基因与性状之间的关系不是一成不变的，环境因素对基因表达的影响。
四、教具与学具准备教具：PPT、视频、图片等。
学具：笔记本、彩笔等。
五、教学过程1. 导入：通过展示一张图片，让学生观察并思考：为什么同卵双胞胎的性状会有所不同？引发学生对遗传与变异的思考。
2. 新课导入：介绍表观遗传学的概念，让学生理解基因与性状之间的关系不是一成不变的。
3. 实例讲解：通过展示视频和图片，介绍环境因素对基因表达的影响，如温度对生物体性状的影响。
4. 随堂练习：让学生举例说明环境因素对性状的影响。
5. 小组讨论：让学生探讨表观遗传学在生产生活中的应用，如如何通过改变环境因素来改善性状。
六、板书设计表观遗传学1. 概念：基因与性状之间的关系不是一成不变的。
2. 特点：环境因素对基因表达的影响。
3. 实例：温度对生物体性状的影响。
七、作业设计1. 作业题目：请结合生活实际，举例说明环境因素对性状的影响。
2. 答案：例如：在寒冷的环境中，同卵双胞胎的体型可能会有所不同，因为环境因素影响了基因的表达。
八、课后反思及拓展延伸1. 课后反思：本节课通过图片、视频等教具，让学生直观地了解了表观遗传学的概念和特点，通过实例讲解和小组讨论，使学生掌握了环境因素对基因表达的影响。
教学过程中，学生积极参与，课堂气氛活跃。
但在讲解实例时，可以更加深入地探讨环境因素对性状的影响，以提高学生的理解能力。
表观遗传学 PPT课件
一、基因组印记
增强子阻遏蛋白(CTCF)
甲基化 启动子 印记控制中心
♀
Igf2
H19
增强子
Igf2不转录 H19转录
♂
Igf2
H19
增强子
Igf2转录 H19不转录
H19和Igf2的边界元件作用模式
一、基因组印记
DNA甲基化与基因组印记
➢ 基因印记最显著的特点是卵子和精子中同一基因的甲 基化程度不同。
表观遗传概述
表观遗传学
➢ 在基因的DNA序列没有发生改变的情况下，基因功能发生 可遗传的遗传信息变化，并最终导致表型的变化。
表观遗传 ➢ 所谓表观遗传就是不基于DNA差异的核酸遗传。即细胞分 裂过程中，DNA 序列不变的前提下，全基因组的基因表 达调控所决定的表型遗传，涉及染色质重编程、整体的基 因表达调控（如隔离子，增强子，弱化子，DNA甲基化， 组蛋白修饰等功能 )，及基因型对表型的决定作用。
➢ 载脂蛋白B基因的mRNA编辑发生在转录后，在细胞核 中进行。
二、RNA编辑
核基因组RNA编辑
➢ 载脂蛋白B未经编辑 mRNA编码4536个氨基 酸，产物是ApoB-100， 而经过编辑的最终产物 是Apo-48，原因是在编 辑时仅有一个C→U转变， 即第2152位密码子CAA 转变成UAA，从而形成 终止密码子。
表观遗传概述
表观遗传学的特点：
➢ 可遗传的，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。
表观遗传学研究内容
1 基因组印记
2
RNA编辑
表观遗传学.ppt
Beckwith-Wiedemann综合征(BWS)是一种过度生长综合 征,常伴有肥胖和先天性脐疝等症状，并有儿童期肿瘤 易患倾向。
它起源于染色体11p15.5区段的多种能造
成该区段印迹基因表达失衡的遗传学和表观遗
在PWS和AS患者中发现，微小染色体缺失集中 的区域有成簇排列的富含CpG岛的基因表达调控元 件，称为印迹中心(imprinting centers , ICs)。
在父源和母源染色体上，这些调控元件的CpG 岛呈现甲基化型的明显差异。
例如 SNRPN的23个 母源 完全甲基化
CpG二联核苷 父源 非甲基化
closed structure that can no longer be accessed by the transcriptional machinery.
组成核小体的组蛋白可以被多种化学加合物所 修饰，如磷酸化、乙酰化和甲基化等，组蛋白的这 类结构修饰可使染色质的构型发生改变，称为染色 质构型重塑。组蛋白中不同氨基酸残基的乙酰化一 般与活化的染色质构型常染色质(euchromatin)和 有表达活性的基因相关联；而组蛋白的甲基化则与 浓缩的异染色质(hetero-chromatin)和表达受抑的 基因相关联。
activity. Methylated cytosines are recognized by methyl-CpG-binding proteins (MBDs), which in turn recruit histone deacetylases (HDACs) to the site of methylation, convert-ing the chromatin into a
表观遗传学导论(提纲)
表观遗传学导论（提纲）表观遗传（epigenetic inheritance）是指DNA序列不发生变化但基因表达却发生了可遗传的改变，即基因型未发生变化而表型却发生了改变。
换言之，这是一种DNA序列外的遗传方式。
表观遗传学（epigenetics）则是研究不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变化的，或者说是研究从基因演绎为表型的过程和机制的遗传学分支。
现代研究发现，基因组含有两类遗传信息：一类是传统意义上的遗传信息，即DNA序列所提供的遗传信息；另一类是表观遗传学信息，它提供了何时、何地、以何种方式去应用遗传信息的指令。
表观遗传学信息通过表观遗传修饰（epigenetic modification）来体现，主要有两类，一是DNA分子的特定碱基的结构修饰，如胞嘧啶的甲基化；二是染色质构型重塑（chromatin remodeling），如组蛋白的修饰及构型变化，这种修饰可通过细胞分裂和增殖周期进行传递。
表观遗传学主要是对染色质重塑、DNA甲基化及组蛋白修饰、X染色体失活、非编码RNA调控等多方面进行研究。
表观遗传的异常会引起表型的改变，机体结构和功能的异常，导致发生肿瘤、自身免疫病、衰老、神经精神异常和多种儿科综合征。
对表观遗传中各种因子的突变导致疾病的研究，将有助我们了解表观遗传机制、基因表达和环境之间的关系，并期望能纠正或降低那些能够导致疾病的表观基因的不稳定性，指导疾病的诊治和新药的研制。
一、表观遗传修饰（一）DNA甲基化表观遗传修饰最重要的形式是DNA甲基化（DNA methylation）。
DNA甲基化是在在DNA甲基转移酶(DNAmethyltransferase，DNMT)的作用下，以S—腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基供体，可以将甲基基团转移到基因组DNA胞嘧啶第5位碳原子(C5)上。
在哺乳动物中，C5的甲基化主要发生在CpG二核苷酸（CpG doublets）上，这些CpG不均匀地分散于基因组中。
表观遗传学主要内容
表观遗传学主要内容全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：表观遗传学是研究遗传物质之外对基因表达所产生影响的科学领域。
表观遗传学主要关注的是通过不影响DNA序列的改变，而对DNA及其相关蛋白进行修饰，从而调控基因表达的方式。
表观遗传学被认为在细胞分化、发育、疾病进展等方面扮演着重要作用。
表观遗传学的主要内容包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA、噬菌体遗传等。
DNA甲基化是最为常见和重要的一种表观遗传学修饰方式。
DNA甲基化是指在DNA链上的胞嘧啶基团上添加甲基基团的修饰过程。
这种修饰可以抑制基因的转录，从而影响基因的表达。
组蛋白修饰是指组蛋白分子的赋予不同化学修饰，如乙酰化、甲基化等，以调节染色质的结构和功能，从而影响染色质的紧密程度和DNA的可读性。
非编码RNA也是表观遗传学研究的热点内容之一。
非编码RNA 是指不编码蛋白质的RNA分子，包括microRNA（miRNA）、长链非编码RNA（lncRNA）等，它们可以通过介导转录后调控基因的表达和功能，参与信号通路的调控等。
以及噬菌体遗传也是表观遗传学的一个新兴研究领域，噬菌体的遗传物质可以传递到宿主细胞中，从而影响宿主的表观遗传修饰状态。
表观遗传学是一门综合了分子生物学、生物化学、基因组学、生物信息学等多学科知识的学科。
通过研究表观遗传学，我们可以更好地理解基因表达调控的机制，揭示疾病发生发展的内在机理，为疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。
表观遗传学的研究也为基因编辑、干细胞治疗等前沿领域的发展提供了重要的理论支持。
随着技术的不断进步和研究的深入，表观遗传学必将为人类健康和生物学研究带来更多的突破和创新。
第二篇示例：表观遗传学是研究表观遗传现象的一门学科，其主要内容包括遗传变异、表观修饰、染色质结构和功能等方面。
表观遗传学是遗传学领域中一个新兴的研究方向，它研究的对象不是DNA序列本身，而是对DNA序列的修饰和调控。
表观遗传学的研究为我们更好地理解基因表达调控机制和疾病发生的机理提供了重要线索。
表观遗传研究生一级讲课文档
第九页，共114页。
Effect of maternal dietary supplementation on the phenotype and epigenotype of Avy/a offspring.
第四十九页，共114页。
真核细胞中,存在着一个由DNA甲基化、组 蛋白修饰、染色质结构重塑和ncRNA系统 组成的一个表观遗传修饰网络，能动地调控 着具有组织和细胞特异性的基因表达模式。 机体的表观遗传模式的变化在整个发育过程 中是高度有序的，也是严格受控的
第五十页，共114页。
第三节 DNA甲基化与表观遗传现象
SUMO（一种类泛素蛋白）化： 可稳定异染色质
第三十八页，共114页。
组蛋白乙酰化修饰
组蛋白乙酰化修饰大多集中在H3的第9、14、18、 27位赖氨酸及H4的第5、8、12和16位的赖氨酸
组蛋白乙酰化是由组蛋白乙酰基转移酶(HAT) 和组蛋白去乙酰基酶(HDAC)协调催化完成， 是一个可逆的动力学过程，可以调节基因的 转录
第四十三页，共114页。
第四十四页，共114页。
组蛋白修饰种类与功能
第四十五页，共114页。
第四十六页，共114页。
DNA甲基化、组蛋白乙酰化、染色质重塑与转录调节
第四十七页，共114页。
4. RNA 调控
第四十八页，共114页。
lncRNome: http://genome.igib.res.in/lncRNome/
在A基因5’ 端上游插入一个源自逆转座子的IAP ( intracisternal A particle) 序列后，A基因受IAP中的启动子调控而持续异位表达，造 成携有该突变的小鼠毛色变黄，肥胖。插入了IAP的A基因称为AVY
表观遗传学简介ppt课件
表观遗传的改变可影响进化，长期或短暂更好适 应当前环境；
表突变率>突变率
多种复合物被认为是表观遗传致癌物； 组蛋白乙酰化→前列腺癌 ......
25
表观遗传 Epigenetics
RNA干扰
26
Thank You!
27
相同点/联系点
-组蛋白修饰种类
甲基化 Methylation 发生在H3、H4的 Lys 和 Arg残基上，可 与基因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往往取决于被修 饰的位置和程度。 乙酰化 Acetylation 大多发生在H3、H4的 Lys 残基上，一般与 活化的染色质构型、活化状态相关联。 磷酸化 Phosphorylation 发生与 Ser 残基，一般与基因活化相 关。 泛素化 Ubiquitination 一般是C端Lys修饰，启动基因表达。
甲基化转移酶 DNMT1
胞嘧啶 C
SAM S-腺苷甲硫氨酸
胞嘧啶甲基化反应
5-甲基胞嘧啶 5-mC
12
·表观遗传学研究内容
-DNA甲基化的遗传与保持
·DNA复制后，新合成链在DNMT1的作用下，以旧链为模板进行 甲基化；
·甲基化并非基因沉默的原因而是基因沉默的结果，其以某种机 制识别沉默基因，后进行甲基化；
何生长的事物都有一个平面图，在这个图之外各个部分出现，
每个部分都有其特定的优势期，直至所有的部分出现从而形
成一个功能整体。”
1990，Robin Holliday；将表观遗传学定义为“在复杂有机
体的发育过程中，基因活性在时间和空间中调控机制的研
究。”
1993，Li E et,al；引进“表观遗传模板”这个术语。
表观遗传学
Epigenetics, SXMU
Epigenetics comes of age
“The major problem, I think, is chromatin… you can inherit something beyond the DNA sequence. That’s where the real excitement of genetics is now” (Watson, 2003).
Epigenetics, SXMU
DNA甲基化的特点
不改变DNA的碱基配对特性
不改变DNA的编码属性
增加额外的信息
体细胞可遗传
Epigenetics, SXMU
DNA甲基化与肿瘤
1、DNA甲基化整体与局部的悖论
癌基因组整体甲基化水平降低 Global hypomethylation
1. 遗传的基本功能单位 2. 基因由DNA编码 3. 一个基因编码一条蛋白质 4. 基因序列的改变可能导致功能及表型的改变
基因型 (Genotype) -> 表型 (Phenotype)
Epigenetics, SXMU
获得性遗传（ Inheritance of
acquired characteristics）
Epigenetics, SXMU
表观遗传(epigenetic inheritance)： 通过有丝
分裂或减数分裂来传递非DNA序列信息的现象。
表观遗传学(epigenetics)：则是研究不涉及
DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变化。
研究从基因演绎为表型的过程和机制的一门新兴
的遗传学分支。
2）靶向性DNA甲基化
高中表观遗传学教案
高中表观遗传学教案教学目标1. 让学生理解什么是表观遗传学以及它的重要性。
2. 介绍DNA甲基化、组蛋白修饰等基本概念。
3. 讨论表观遗传学在疾病和治疗中的应用。
4. 培养学生批判性思维能力，分析表观遗传学的社会和伦理问题。
教学内容第一部分：表观遗传学基础- DNA与基因表达：解释DNA、基因和基因表达的基本概念。
- 表观遗传学定义：介绍表观遗传学的定义及其与传统遗传学的区别。
- DNA甲基化：阐述DNA甲基化是如何影响基因表达的。
- 组蛋白修饰：讲解组蛋白的修饰方式及其对染色质结构的影响。
第二部分：表观遗传学的应用- 疾病关联：探讨表观遗传学与癌症、神经退行性疾病等疾病的联系。
- 药物研发：介绍表观遗传学在药物开发中的作用，特别是在针对表观遗传修饰的药物。
- 生物技术应用：讨论基因编辑技术如CRISR/Cas9在表观遗传调控中的潜力。
第三部分：社会与伦理考量- 遗传与环境的互动：分析环境因素如何通过表观遗传机制影响健康。
- 遗传信息的传递：讨论表观遗传标记是否能够被传递给后代。
- 伦理问题：引导学生思考表观遗传学研究可能带来的伦理和社会问题。
教学方法- 讲授与讨论：结合多媒体教学，讲解理论知识，并鼓励学生提问和讨论。
- 案例分析：通过实际案例让学生了解表观遗传学在实际中的应用。
- 小组合作：分组进行主题研究，增强学生之间的互动和合作能力。
- 实验设计：如果条件允许，设计简单的实验让学生亲身体验表观遗传学的研究方法。
教学评估- 课堂参与度：评价学生在课堂上的积极参与程度。
- 作业与报告：通过布置相关主题的作业和报告来检验学生的学习成果。
- 小组展示：每个小组对研究主题进行展示，评价其研究深度和表达能力。
结语。
表观遗传学学时详解演示文稿
DNA甲基化，组蛋白修饰等功能 ), 及基因型对表型的决定作用。
第四页，220共002225222222页年年年年。11月11月月8月8日8日8日日
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表观遗传修饰机制
第七页，220共00225222222页年2年年。年11月1月18月月8日日88日日
7
特点概括
表观遗传学的特点：
可遗传的，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。
和表达受抑的基因相关联。
第二十七页，共52页。
染色质重塑
第二十八页，共52页。
Chromosome
Chromatid
5X
Super Solenoid
40X
Solenoid
6X
Nucleosome
7X
DNA
Total: 7 x 6 x 40 x 5=8400
Model for methylation-dependent gene silencing. The structural element of chromatin is the nucleosomal core, which consists of a 146-bp DNA sequence wrapped around core histones. Acetylation of the histones causes an open chromatin config-uration that is associated with transcriptional activity. Methylated cytosines are recognized by methyl-CpG-binding proteins (MBDs), which in turn recruit histone deacetylases (HDACs) to the site of methylation, convert-ing the chromatin into a closed structure that can no longer be accessed by the 第二tr十a九n页，s共c52r页ip。tional machinery.
遗传学：表观遗传学教学课件
基因表达模式
• 决定细胞类型的不是基因本身，而是基因 表达模式，通过细胞分裂来传递和稳定地 维持具有组织和细胞特异性的基因表达模 式对于整个机体的结构和功能协调是至关 重要的。
• 基因表达模式在细胞世代之间的可遗传性 并不依赖细胞内DNA的序列信息。
• 基因表达模式有表观遗传修饰决定。
Waddington's epigenetics
• CMT3 (CHROMOMETHYLASE3) – 5'-CHG-3' sites
• (H= A, C or T) • Interacts with histone mark
• CMT2 (CHROMOMETHYLASE3) – 5'-CHH-3' sites
DRM 1, DRM 2 (DOMAINS REARRANGED 1 and 2) - 5'-CHH-3' sites
Photo credit: DrL
Mosaicism: An Individual with Two Different Eye Colors
“Diego”
Mosaicism: An Individual Eye with Two Colors
Epigenetic programming in plants helps silence transposons and maintain centromere function
2、衰老
无论DNA甲基化水平增高还是减低，都与人的 衰老过程相关。
3、免疫紊乱 在狼疮病人的T细胞中，甲基转移酶活性降低，DNA
存在异常的低甲基化。 4、神经精神疾病
精神分裂症和情绪障碍与DNMT基因相关。基因高甲 基化抑制脑组织中Reelin蛋白的表达，Reelin蛋白是 维持正常神经传递、大脑信息存储和突触可塑性所必 需的蛋白 。
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4. 非编码RNA调控(ncRNA)
功 能 性 非 编 码 RNA 在 表 观 遗 传 修 饰 中 发 挥极其重要的作用。ncRNA按照大小可分为两 类：长链非编码RNA和短链非编码RNA。
长链非编码RNA在基因簇乃至于整个染色 体水平上发挥顺式调节作用，短链RNA在基因 组水平对基因的表达进行调控。
3. 染色质重塑(remodeling)
染色质重塑是指染色质位置、结构的 变化，主要包括紧缩的染色质在核小体连 接处发生松动造成染色质的解压缩，从而 暴露了基因转录启动子区中的顺式作用元 件，为反式作用因子的结合提供了可能。
染色质重塑与基因转录
动态的染色质重塑过程是大多数以DNA为模 板的生物学过程的基础，如基因的转录、DNA的 复制与修复等等，而这些生物学过程的混乱都与 疾病的发生、发展直接相关，因此染色质重塑不 仅能够调节基因的转录，同时还参与了与疾病发 生密切相关的那些基础细胞生理过程。但是不同 的染色质重塑能够导致不同的疾病，又提示我们 这些生理过程并不是独立的起作用。
➢ 去甲基化(demethylation)→沉默基因的重 新激活（reactivation）
DNA高甲基化：基因启动子区的CpG岛在 正常状态下一般是非甲基化的，当发生甲 基化时，基因转录沉寂，使一些重要基因 如抑癌基因、DNA修复基因等丧失功能， 从而导致正常细胞的生长分化调控失常以 及DNA损伤不能被及时修复，这与多种肿 瘤形成密切相关。
胞嘧啶甲基化反应
CH3 CH3
CH3
DNA 复制酶
CH3
Байду номын сангаас
CH3
DNA甲基 转移酶
CH3 CH3
CH3
DNA复制后甲基化型的维持
CpG岛（CpG island）
甲基化抑制基因的表达
➢ DNA甲基化→基因沉默(gene silence)
➢ 非 甲 基 化 (non-methylation) → 基 因 活 化 (gene activation)
组蛋白甲基化：
组蛋白甲基化多发生于组蛋白H3、H4的赖氨 酸和精氨酸残基上，由特异的组蛋白赖氨酸甲基 转移酶(histone methyltransferase, HMT)催化 完成，也是一个可调控的动态修饰过程。而组蛋 白 的 去 甲 基 化 是 由 赖 氨 酸 去 甲 基 酶 (lysinespecific demethylase 1, LSD1)催化完成。
② 短链非编码RNA
短 链 非 编 码 RNA( 又
称 小 RNA) 能 够 介 导
mRNA的降解，诱导染色
质结构的改变，决定着细
胞的分化命运，还对外源
的核酸序列有降解作用以
保护本身的基因组。
短链非编码RNA的表达与功能
A. RNA干扰(RNA Interference, RNAi)
真 核 生 物 mRNA 编 码 区 同 源 的 外 源 双 链 RNA(Double Strand RNA, dsRNA)能特异地诱 导其同源mRNA的降解，导致相应基因的沉默， 这一现象被称为RNA干扰，RNAi依赖于小干扰 RNA(Small Interference RNA, siRNA)与靶序列 之间严格的碱基配对，具有很强的特异性。
DNA低甲基化：整个基因组普遍低甲基 化，这种广泛的低甲基化会造成基因的不 稳定，这与多种肿瘤的发生有关。 DNA的低甲基化也可能在异常组蛋白修 饰的协同下引起某些T细胞基因的异常活 化、导致自身免疫性疾病的发生。
2. 组蛋白修饰
DNA以染色质的形式存在，染色质通常由 DNA、组蛋白、非组蛋白以及少量RNA包装而 成，其中组蛋白是染色质的基本结构蛋白。
第十三章 表观遗传学
第一节 概 述
基因的表达
相同的基因型
不同的表型
表观遗传学(epigenetic)：
DNA的序列不发生变化、基因表达改变、并且这 种改变可稳定遗传。
表观遗传学研究的内容：
1. 基因选择性转录、表达的调控。 2. 基因转录后调控。
表观遗传修饰从多个水平上调控基因表达：
1. DNA水平：DNA甲基化 2. 蛋白质水平：组蛋白修饰 3. 染色质水平：染色质重塑 4. RNA水平：miRNA、RNA干扰
① 长链非编码RNA
X染色体的失活就是长链ncRNA所介导的甲 基化和组蛋白修饰共同参与的一个复杂的过程。x 染色体上的失活基因编码出相应RNA，这些RNA 包裹在x染色体上，达到某一水平后，在甲基化和 组蛋白修饰的参与下共同导致并维持x染色体的失 活。
此外长链ncRNA常在基因组中建立单等位基 因表达模式，在核糖核蛋白复合物中充当催化中 心，对染色质结构的改变发挥着重要的作用。
表观遗传学的研究意义： 1. 表观遗传学补充了“中心法则”所忽略的两个问题，即
哪些因素决定了基因的正常转录和翻译以及核酸并不是 存储遗传信息的唯一载体。 2. 表观遗传信息可以通过控制基因的表达时间、空间和方 式来调控各种生理反应。所以许多用DNA序列不能解释 的现象都能够找到答案。 3. 与DNA序列的改变不同，许多表观遗传的改变是可逆的 ，这使表观遗传疾病的治愈成为可能。
组蛋白的其他修饰：
组蛋白泛素化由E1、E2、E3级联酶催化修饰， 也是一个可逆的动力学过程。
所有组蛋白的组分均能磷酸化。
组蛋白的各种修饰不是相互独立的，而是互相 联系的，例如H3-Serl0的磷酸化可以促进H3-K14乙 酰化，而H3-K9的甲基化则会阻止H3-Serl0的磷酸 化。
•染色质重塑
组蛋白的N-末端可通过共价作用从而发生 乙酰化、甲基化、泛素化以及磷酸化等翻译后 的修饰，这些修饰的信息构成了丰富的组蛋白 密码，其中乙酰化和甲基化是最为重要的修饰 方式。
组蛋白的不同修饰
组蛋白乙酰化：
组蛋白乙酰化是由组蛋白 乙酰基转移酶(HAT)和组蛋 白去乙酰基酶(HDAC)协调 催化完成，修饰的部位一 般 位 于 N- 末 端 保 守 的 赖 氨 酸残基上。组蛋白乙酰化 是一个可逆的动力学过程， 可以调节基因的转录。
第二节 表观遗传修饰
1. DNA甲基化(DNA methylation)
DNA甲基化是目前研究得最清楚、也是最重 要的表观遗传修饰形式。通过甲基供体——S-腺 苷 甲 硫 氨 酸 ， 并 在 DNA 甲 基 转 移 酶 (DNA methyltransferase ， DNMT) 的 催 化 下 ， CpG 二 核苷酸中的胞嘧啶环上5’位置的氢被活性甲基所 取代，从而转变成5-甲基胞嘧啶(5-mC) 。