表观遗传组学
表观遗传学的研究及应用
表观遗传学的研究及应用随着科学技术的不断发展，人们对于生命的本质越来越感兴趣。
表观遗传学作为一门新兴的学科，在现代生物医学领域中起着非常重要的作用，其所涉及的范围与影响甚至超越了基因遗传学。
那么，什么是表观遗传学，它与遗传学又有何区别，又有哪些重大的研究和应用前景呢？一、什么是表观遗传学？表观遗传学（Epigenetics）是指在不改变 DNA 基序列的情况下，通过因外部环境而改变基因表达的方式来影响遗传物质的遗传信息，进而对细胞、个体特征及其它相关疾病等进行调控的一门学科。
它几乎涉及到生命的各个方面，比如胚胎发育、癌症、自闭症、精神疾病、老年痴呆症等。
它所涉及的遗传信息是保持不变的，但是因为环境和卫生状况的变化，这些基因信息需要产生不同的表现形式。
二、表观遗传学与基因遗传学的区别表观遗传学与基因遗传学的区别在于，前者关注基因表达的修改及其在不变 DNA 序列下的不同表达，后者则关注细胞的遗传物质的变化和传递。
当然，两者有时也有交叉点，但是它们的重心差异明显。
通过了解表观遗传学和基因遗传学之间的差异，我们可以更好地理解遗传现象及其对我们生命的作用，进而观察基础医疗和生命科学领域取得了一些空前的成果。
三、表观遗传学的研究进展与发展表观遗传学的研究主要涉及到 DNA 甲基化、组蛋白修饰及微小 RNA 的调控等方面。
DNA 甲基化是一种将甲基基团添加到DNA 分子的过程，它可以影响基因的表达，从而调节相应表现形式。
组蛋白修饰包括乙酰化、乙基化、甲基化等多种修饰方式，其中乙酰化过程是将乙酰亚基加在组蛋白分子上，使其从而调节基因的表达方式。
微小 RNA 对基因表达也有着很重要的作用，其主要功能是将 Messenger RNA （mRNA）的分解，从而减少mRNA 的生成量，影响相应基因的表达。
目前，表观遗传学的研究得到了广泛的关注和应用，特别是在癌症的治疗和预防中得到了广泛的应用。
研究表明，机体中某些组织会出现特定的 DNA 甲基化模式，这些模式具有很高的识别度，将来可以作为特定疾病的早期检测工具，对于表现出特异性 DNA 甲基化异质性的患者提供针对性治疗，可以甚至发展出个体治疗的方法。
表观遗传学(总结)
1.表观遗传学概念表观遗传是与DNA 突变无关的可遗传的表型变化，且是染色质调节的基因转录水平的变化，这种变化不涉及DNA 序列的改变。
表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。
表观遗传学内容包括DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、遗传印记、随机染色体失活及非编码RNA 等调节。
研究表明，这些表观遗传学因素是对环境各种刺激因素变化的反映，且均为维持机体内环境稳定所必需。
它们通过相互作用以调节基因表达，调控细胞分化和表型，有助于机体正常生理功能的发挥，然而表观遗传学异常也是诸多疾病发生的诱因。
因此，进一步了解表观遗传学机制及其生理病理意义，是目前生物医学研究的关键切入点。
别名：实验胚胎学、拟遗传学、、外遗传学以及后遗传学表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。
遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如和染色质构象变化等；表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。
2.表观遗传学现象（1）DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG 二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。
正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的CpG 二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为100—1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且与56%的人类基因组编码基因相关。
人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组CpG岛约为28890个，大部分每1 Mb就有5—15个CpG岛，平均值为每Mb含10．5个CpG岛，CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系[9]。
由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。
表观遗传学 (epigenetics)
3、遗传印记（迹）或基因印记（迹）
基因印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。 哺乳动物中相当数量的印迹基因与胎儿的生长发育 和胎盘的功能密切相关的。
4、染色质重塑
• 组成核小体的组蛋白可以被多种化学复合物所 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。 • X染色质出现与表观遗传修饰相关
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 。
小
结
• 掌握表观遗传学的概念 • 掌握表观遗传的主要现象
• 了解DNA甲基化与去甲基化、组蛋白乙酰 化和非乙酰化对基因的调控作用
表观遗的概念：是指DNA序列不发生变
化，但基因功能却发生了可遗传的改变。这种 改变是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传 物质发生的改变，且这种改变在发育和细胞增 殖过程中能稳定传递。
• 表观遗传(epigenetic inheritance)概 念：通过有丝分裂或减数分裂来传递非DNA序
列信息的现象。
二、表观遗传现象或表观遗传修 饰机制
1、DNA甲基化
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。
DNMT1 SAM
胞嘧啶
5-甲基胞嘧啶
胞嘧啶甲基化反应
基因调控元件(如启动子)所含CpG岛中的5-mC会 阻碍转录因子复合体与DNA的结合.
DNA的去甲基化基因可重新激活。
第六章 表观遗传学
NIH-National Institutes of Health(美国)
Epigenetic changes have been associated with disease, but further progress requires the development of better methods to detect the modifications and a clearer understanding of factors that drive these changes. 192 million USD for 5 years ( 2008 to 2012)
获得性遗传（ Inheritance
of acquired characteristics）
Jean-Baptiste Lamarck
(1744-1829)
问题 环境的作用能否改变个体的遗传 特性，并传递给下一代?
这种被称为“拉马克学说”(Lamarckism) 的观点一直被正统的生物学家拒之门外。
AHEAD(人类表观基因组与疾病联合会） （Alliance for the Human Epigenome and Disease）计划.
The international AHEAD scientific committee will discuss the issue of the global collaborative efforts in light of the recent launch of NIH routemap Epigenetics program
effect variegation (PEV) —— 第一种表观遗
传学现象。 1942年，Waddington提出现代Epigenetics的
表观遗传学
表观遗传学Epigenetics1.达尔文“自然选择”：过度繁殖、生存竞争、遗传和变异、适者生存2.表观遗传学：没有DNA序列的变化，可发生生物体表现型的可遗传的改变。
表观遗传学是在以孟德尔式遗传为理论基石的经典遗传学和分子遗传学母体中孕育的、专门研究基因功能实现的一种特殊机制的遗传学分支学科。
表观遗传研究进一步促进了遗传学和基因组学的研究。
3.染色质DNA或蛋白质的各种修饰（染色质水平的基因表达调控）DNA修饰；组蛋白修饰；RNA干扰；基因组印迹；X染色体失活。
4.DNA甲基化（DNA methylation）甲基化位点：CpG中胞嘧啶第5位碳原子。
DNA甲基转移酶。
甲基来源：一碳单位；S-腺苷蛋氨酸；环境和饮食因素：叶酸、B121)基因组DNA CpG：70％～80％甲基化状态，CpG甲基化与基因组稳定性相关。
2)CpG岛：CpG双核苷酸局部聚集，形成GC含量较高、CpG双核苷酸相对集中的区域。
CpG岛CpG多为非甲基化状态；CpG岛CpG甲基化与基因表达抑制相关。
3)CpG岛分类：转录起始点附近的CpG岛（TSS–CGIs），正常组织是非甲基化的，肿瘤组织发生甲基化，与转录抑制相关。
转录起始点外的CpG岛（non-TSS CpG），正常组织：通常呈高度的甲基化。
肿瘤组织：甲基化程度降低，程度与患病程度相关。
4)CpG岛的分析：长度大于200 bp、GC含量大于50％、CpG含量与期望含量之比大于0.6的区域。
5)DNA甲基化转移酶DNMT：DNMT1：催化子链DNA半甲基化位点甲基化，维持复制过程中甲基化位点的遗传稳定性．DNMT3a和DNMT3b：催化从头甲基化，以非甲基化的DNA为模板，催化新的甲基化位点形成．6)甲基来源：S-腺苷蛋氨酸（胞嘧啶甲基化供体、蛋氨酸是必需氨基酸），一碳单位叶酸：参与一碳单位代谢，间接提供甲基。
补充Ｓ－腺苷蛋氨酸。
叶酸摄入不足时可导致DNA低甲基化。
7)DNA甲基化抑制基因转录的机制①直接抑制基因表达：启动子区CpG序列甲基化，影响转录激活因子与启动子识别结合。
表观遗传学(研究生课件)
一、表观遗传学的基本概念表观遗传学（Epigenetics）一词最早由英国生物学家康韦·里德（ConradWaddington）于1942年提出，意为“基因表达调控的研究”。
表观遗传学关注的是基因表达的可遗传变化，这种变化不涉及DNA序列的改变，而是通过染色质重塑、DNA甲基化、组蛋白修饰等机制实现。
二、表观遗传学的调控机制1.染色质重塑：染色质重塑是指染色质结构发生变化，使DNA 暴露或隐藏于核小体中，从而影响基因表达。
染色质重塑主要通过ATP依赖的染色质重塑复合体实现。
2.DNA甲基化：DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶的作用下，将甲基基团转移至DNA上的过程。
DNA甲基化通常发生在CpG岛上，高甲基化状态往往与基因沉默相关，而低甲基化状态与基因活化相关。
3.组蛋白修饰：组蛋白修饰是指组蛋白上的氨基酸残基发生甲基化、乙酰化、磷酸化等修饰。
这些修饰可以改变组蛋白与DNA的相互作用，进而影响基因表达。
4.非编码RNA：非编码RNA包括微小RNA（miRNA）、长链非编码RNA（lncRNA）等，它们在基因表达调控中发挥重要作用。
例如，miRNA可以通过与目标mRNA结合，抑制其翻译过程。
三、表观遗传学与疾病表观遗传学异常与多种疾病的发生密切相关。
例如，肿瘤的发生往往伴随着表观遗传学调控机制的紊乱，如DNA甲基化异常、组蛋白修饰异常等。
表观遗传学还与心血管疾病、神经系统疾病、代谢性疾病等密切相关。
四、表观遗传学的应用1.肿瘤诊断与治疗：表观遗传学在肿瘤诊断和治疗方面具有重要应用价值。
例如，通过检测肿瘤相关基因的DNA甲基化状态，可以早期发现肿瘤；同时，针对表观遗传学调控机制的药物研发，为肿瘤治疗提供了新策略。
2.农业育种：表观遗传学在农业育种领域也具有广泛应用。
通过改变植物表观遗传状态，可以提高作物产量、抗病性和适应环境能力。
3.神经科学与心理学：表观遗传学研究为揭示神经系统疾病和心理学问题的发生机制提供了新视角。
表观遗传学概论课件
03
表观遗传变异与疾病关系
肿瘤发生发展中表观遗传变异作用
DNA甲基化异常
抑癌基因高甲基化导致沉默，原癌基因低甲基化而活 化。
组蛋白修饰改变
组蛋白乙酰化、甲基化等修饰异常影响染色质结构和 基因表达。
非编码RNA调控
miRNA、lncRNA等通过调控靶基因表达参与肿瘤发 生发展。
神经系统疾病中表观遗传变异影响
脂肪代谢异常
表观遗传变异调控脂肪细胞分化和脂质代谢相 关基因表达，引发脂肪代谢异常。
糖尿病及其并发症
表观遗传变异在糖尿病及其并发症的发生发展中发挥重要作用。
其他类型疾病与表观遗传变异关系
自身免疫性疾病
表观遗传变异影响免疫细胞分化和功能，导 致自身免疫性疾病。
心血管疾病
表观遗传变异与高血压、动脉粥样硬化等心 血管疾病的发生发展有关。
表观遗传学特点
在不改变DNA序列的前提下，通 过DNA甲基化、组蛋白修饰等方 式调控基因表达。
表观遗传学与遗传学关系
表观遗传学与遗传学相互补充，共同揭示生物遗 传信息的传递和表达机制。
遗传学关注基因序列的遗传信息，而表观遗传学 关注基因表达的调控机制。
二者在生物发育、疾病发生发展等方面具有密切 联系。
组蛋白修饰
定义
组蛋白修饰是指对组蛋白 分子进行化学修饰的过程 ，包括乙酰化、甲基化、 磷酸化等。
机制
通过组蛋白修饰酶的催化 作用，对组蛋白的特定氨 基酸残基进行修饰，改变 组蛋白的电荷和构象。
功能
影响染色质的结构和功能 ，进而调控基因的表达。 与细胞分化、发育、记忆 等生物学过程密切相关。
非编码RNA调控
甲基化DNA免疫共沉淀技术
利用特异性抗体与甲基化DNA结合，通过免疫共 沉淀的方法富集甲基化DNA片段，再进行高通量 测序分析。
表观遗传学课件(带目录)
表观遗传学课件一、引言表观遗传学是研究基因表达调控机制的一门学科，它涉及到基因序列不发生变化，但基因表达却发生了可遗传的改变。
这种调控机制对于生物体的生长发育、细胞分化、疾病发生等过程具有重要作用。
本文将对表观遗传学的基本概念、调控机制及其在疾病中的应用进行详细阐述。
二、表观遗传学的基本概念1.基因表达调控：基因表达调控是指生物体通过一系列机制，控制基因在特定时间和空间的表达水平。
基因表达调控是生物体生长发育、细胞分化、环境适应等生命现象的基础。
2.表观遗传修饰：表观遗传修饰是指在基因的DNA序列不发生改变的情况下，通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等机制调控基因表达的过程。
3.表观遗传学的研究内容：表观遗传学主要研究基因表达调控的分子机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、非编码RNA调控等。
三、表观遗传学的调控机制1.DNA甲基化：DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶的催化下，将甲基基团转移至DNA分子的过程。
DNA甲基化通常发生在基因的启动子区域，抑制基因表达。
2.组蛋白修饰：组蛋白修饰是指在组蛋白分子上发生的一系列化学修饰，如乙酰化、磷酸化、甲基化等。
这些修饰可以改变组蛋白与DNA的结合状态，从而调控基因表达。
3.染色质重塑：染色质重塑是指染色质结构发生变化，使基因的表达状态发生改变的过程。
染色质重塑可以通过改变核小体结构、DNA甲基化、组蛋白修饰等方式实现。
4.非编码RNA调控：非编码RNA是指不具有编码蛋白质功能的RNA分子，包括miRNA、lncRNA、circRNA等。
这些RNA分子可以通过与mRNA结合、调控转录因子活性等方式调控基因表达。
四、表观遗传学在疾病中的应用1.癌症：表观遗传学在癌症研究中的应用主要涉及肿瘤发生、发展和治疗。
研究发现，癌细胞的表观遗传修饰模式发生改变，导致肿瘤相关基因的表达异常。
通过研究这些表观遗传修饰，可以为癌症的早期诊断、预后评估和治疗提供新靶点。
表观遗传学分类和生物学功能
表观遗传学分类和生物学功能一、表观遗传学概述表观遗传学是一门研究基因表达变化的科学，这些变化并非由DNA序列的改变所引起，而是通过DNA甲基化、组蛋白修饰等机制实现。
这些变化在细胞分裂和增殖过程中可以被传递，从而影响基因的表达模式。
表观遗传学在理解生物发育、疾病发生以及药物反应等方面具有重要意义。
二、表观遗传学分类1.DNA甲基化：DNA甲基化是指在DNA分子中，胞嘧啶残基的5位碳原子上共价结合一个甲基基团。
这种修饰可以关闭某些基因的表达，影响基因的表达模式。
DNA甲基化通常在胚胎发育过程中建立，并在整个生命过程中维持。
2.组蛋白修饰：组蛋白是DNA的主要伴侣蛋白，它们可以发生多种化学修饰，如乙酰化、甲基化、磷酸化等。
这些修饰可以改变组蛋白与DNA的相互作用，从而影响基因的表达。
不同的组蛋白修饰有不同的生物学效应，如激活或抑制基因表达。
3.非编码RNA：非编码RNA是指不直接编码蛋白质的RNA分子，它们通过多种机制影响基因表达，包括与mRNA竞争性结合、调控转录等。
非编码RNA在生物发育、细胞周期调控等方面具有重要作用。
4.染色质重塑：染色质重塑是指通过改变染色质的结构和组成来影响基因表达的过程。
染色质重塑涉及多种蛋白质复合物和酶类，它们可以改变染色质的可及性和活性，从而影响基因的表达。
三、表观遗传学的生物学功能1.细胞分化：表观遗传变化在细胞分化过程中起到关键作用。
在胚胎发育过程中，一系列的表观遗传修饰帮助将全能性的干细胞分化成具有特定功能的成熟细胞。
这些表观遗传变化不仅确定了细胞的类型，也维持了该类型的特征性表达模式。
2.基因沉默与激活：DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传机制能够沉默或激活特定基因的表达。
例如，DNA甲基化通常与基因沉默相关，而组蛋白乙酰化则与基因激活相关。
这些调控机制对于维持细胞的正常功能和发育至关重要。
3.肿瘤发生与发展：表观遗传变化在肿瘤的发生和发展过程中发挥重要作用。
(2024年)表观遗传学完整版
表观遗传调控参与突触可塑性的形成和维持，影响学习记忆等认知 功能。
神经退行性疾病治疗
针对神经退行性疾病中的表观遗传调控异常，开发潜在的治疗策略 。
15
其他疾病中表观遗传影响
心血管疾病
表观遗传调控在心血管疾病如 动脉粥样硬化、高血压等的发
生发展中具有潜在作用。
2024/3/26
代谢性疾病
表观遗传变化与肥胖、糖尿病 等代谢性疾病的发生和发展密 切相关。
20
非编码RNA研究技术
2024/3/26
非编码RNA测序技术
通过对特定细胞或组织中的非编码RNA进行高通量测序，从而鉴定新的非编码RNA分子 并研究其表达模式和功能。
微小RNA（microRNA）靶基因预测和验证
利用生物信息学方法预测microRNA的靶基因，并通过实验手段验证其调控关系，从而揭 示microRNA在生物过程中的作用。
与疾病关联
非编码RNA异常表达与多种疾病相 关，如心血管疾病、代谢性疾病和 癌症等。
10
其他类型表观遗传变异
2024/3/26
染色质可及性
01
染色质结构的开放或关闭状态可以影响基因表达，这种变化可
以通过高通量测序技术进行检测和分析。
拷贝数变异
02
基因组中特定区域的拷贝数增加或减少也可以导致表观遗传变
DNA甲基化异常与多种疾 病的发生和发展密切相关 ，如癌症、神经退行性疾 病等。
8
组蛋白修饰与染色质重塑
组蛋白修饰类型
包括乙酰化、甲基化、磷 酸化等多种共价修饰方式 ，影响组蛋白与DNA的相 互作用。
2024/3/26
染色质重塑
通过改变核小体位置和组 蛋白修饰状态来调控染色 质结构和基因表达。
第4讲表观遗传学
传的变化。
（2）果蝇位置效应花斑（position effect variegation, PEV）
显然，果蝇眼睛 颜色的这种改变 并未涉及基因自 身的变化，只是 基因位置的改变， 而且基因整合的 位置与异染色质 的距离愈近，则 基因失活的可能 性愈高，并随异 染色质扩展使邻 近基因也失活
果蝇中染色质重排产生位置效应花斑。由于染色体区 段倒位而使野生型等位基因靠近异染色质，并随异染色质 的扩展而失活，导致产生红白小眼嵌合复眼
非编码RNA的调控作用：基因转录后的调控
组蛋白修饰：蛋白质的翻译后修饰
重点介绍：
DNA甲 基 化（DNA 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） 重编程
记忆表观遗传学（memigenetics）： “可遗传”的表观遗 传变异研究。
例 人体从一个受精卵分化后产生200多种细胞： 基因型相同，基因数相同：27000多个基因 不同：细胞的基因表达模式（gene expression pattern） 不相同，每种细胞只有数千个基因有活性。 因此，维持细胞正常功能是取决于一组基因表达而不是 全部基因。 在胚胎和个体发育过程中一个基因组可以衍生出许多不 同类型的表观基因组（epigenome），而且在各自后代中可稳 定遗传——子代细胞形态和功能的改变——细胞分化。已分 化的同一类细胞其表达模式是一致的，保留着相同的细胞记 忆（cellular memory），并通过细胞有丝分裂或减数分裂传 递。
② 不改变DNA序列，通过改变染色质的结构与活性改变基因的但并未强调是“可遗传”的。
生命科学中的表观遗传学
生命科学中的表观遗传学表观遗传学是研究基因表达调控和细胞命运决定的一门学科。
它通常被定义为基因表达模型传递给下一代细胞和生物，但不包括DNA序列的改变。
这个学科领域正在扩大，研究者越来越多地将其应用于癌症和其他疾病的研究中。
表观遗传学是一个复杂的学科，它涉及到DNA序列上的化学修饰、遗传调控以及体内环境等多个因素。
表观遗传学是研究细胞分化的重要组成部分。
表观遗传学的研究可以精确的区分细胞类型，通过确定某些基因在特定细胞类型中是否表达来表征该细胞类型。
同样在癌症研究中，研究人员利用表观遗传学的研究深入探索细胞信号传导通路，以期发掘出更有效的癌症治疗手段。
表观遗传学可以促进我们对基因组的理解。
基因组序列是信息的存储库，但它并不足以解释我们为什么不会在每个细胞中表达每个基因，在某些细胞中，一些基因会特别活跃，而在其他细胞中则不是那样。
表观遗传学的研究解释了这种差异，从而使我们理解了细胞如何根据基因组序列来决定命运。
基因表达调控是表观遗传学的关键方面。
细胞对外界信号的感知和传递，导致某些基因的活性增加或减少，这是由于某些区域中DNA上化学修饰的改变。
比如在染色质水平上，组蛋白标记的修饰程度是基因表达调控的一个关键因素。
在转录水平上，非编码RNA（ncRNA）的表达使得RNA通常比蛋白质更加稳定，并且可能起到调节RNA的相互作用或干涉RNA翻译的作用。
表观遗传学对于人类健康及其疾病的理解有着重要的意义。
多种表观遗传修饰异常与许多疾病相关，从而可以为疾病的早期诊断和治疗提供指导。
例如，DNA甲基化异常已经在多种癌症中得到了广泛的研究，并且在癌症的早期诊断中有很大的潜力。
大量研究表明表观遗传学在所谓的成年病（包括糖尿病、肥胖和心血管疾病）中也存在异常，这为更好地理解疾病的起因和新的药物治疗策略提供了可能。
总而言之，表观遗传学研究对人类生命科学和健康具有重要意义。
它的研究可以帮助我们更好地理解基因通路和细胞命运，并为癌症和其他疾病的治疗提供新的思路和方法。
第十一章 表观遗传学
着不同的影响，这种现象称基因组印迹。
两个亲本的等位基因差异性甲基化是基因组印
迹现象的基础。
疾病的基础： 15q11-13 微缺失
Prader-Willi syndrome, PWS（父源）：肥胖、矮 小, 中度智力低下
Angelman syndrome, AS （母源）：共济失调, 严重 智力低下
表观遗传修饰调控的复杂性
机体表观遗传模式的变化在整个发育过程中高度有序/ 严格受控: RNA干涉（影响组蛋白修饰） 组蛋白结构修饰 调控网络 DNA甲基化
动态而有序地调控组织细胞特异性的基因表达模式
RNA 干涉？
2006年10月2日，瑞典皇家卡罗林医学院宣 布，本年度诺贝尔生理学和医学奖的桂冠授 予两位美国人： A.Z. Fire （安德鲁· 法尔） C.C. Mello （克雷格· 梅洛） 他们获奖，是因为发现了RNA的干扰机制。 诺贝尔奖评委会的公报说， Fire 和 Mello 获奖是因为他们“发现了控制遗传信息流动 的基本机制。”
意外发现：导入双链RNA的产生功能干扰的有效
性远高于导入单链RNA, sense or antisense
RNA导入均如此。
仅需少数分子即可产生干扰效应，提示酶促反
应或分子扩增的存在。
上述现象提示： 1. 存在超越简单反义RNA作用的机理。 2. RNA靶向的作用也不能排除。
3. 同时可能存在RNA与染色质的直接作用，影
父源非甲基化
染色体上的ICs呈现差异甲基化 母源甲基化
人类基因组已发现ICs 50多个，分布于基因组的12 个区
域，大多成簇排列，与疾病发生相关。 Beckwith-Wiedemann syndrome, BWS：11p15.5
表观遗传学简介
表观遗传学的重要性
表观遗传学在生物医学领域具有重要意义，因为它可以通过影响基因的 表达来影响生物体的表型，进而影响生物体的发育、疾病和进化等方面。
表观遗传学在生物医学领域的应用包括疾病诊断、药物研发和个性化医 疗等方面。例如，通过研究癌症的表观遗传学特征，可以开发出针对特 定癌症的个性化治疗方案。
去甲基化的意义
去甲基化在表观遗传学中具有重要意义，可以逆转甲基化引起的基因沉默，恢复基因的正 常表达。
组蛋白乙酰化与去乙酰化
组蛋白乙酰化
指组蛋白上的某些赖氨酸残基被乙酰 基修饰的过程。
组蛋白乙酰化的作用
组蛋白乙酰化可以调控基因的表达， 影响细胞的功能和发育。
组蛋白去乙酰化
指将乙酰基从组蛋白上移除的过程。
2
甲基化测序技术包括亚硫酸氢盐测序、酶解法、 质谱分析等，可对全基因组范围内的甲基化水平 进行高精度检测。
3
甲基化测序在研究肿瘤、发育生物学、神经科学 等领域具有重要应用价值，有助于深入了解表观 遗传学机制。
染色质免疫沉淀技术（ChIP）
ChIP是一种用于研究蛋白质与DNA相互作用的 实验技术。
通过ChIP实验，可以检测特定蛋白质与基因组 特定区域的结合情况，了解基因表达调控的机 制。
作用，共同调控基因的表达。
miRNA在表观遗传学中的作用
03
miRNA可以通过影响DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传学过
程，调控基因的表达，影响细胞的功能和发育。
03
表观遗传学在生物体发育中的作用
胚胎发育过程中的表观遗传调控
基因表达的时空特异性
表观遗传学机制如DNA甲基化和组蛋 白修饰等，在胚胎发育过程中调控基 因的时空特异性表达，确保细胞分化 的正确进行。
表观遗传学
组蛋白修饰检测技术
染色质免疫沉淀技术
利用特异性抗体与组蛋白修饰结合，通过沉淀和洗脱步骤 富集特定修饰的组蛋白及其结合的DNA片段。
质谱分析技术
通过质谱仪对组蛋白修饰进行定性和定量分析，具有高灵 敏度和高分辨率的优点。
表观遗传学
目录
• 表观遗传学概述 • 表观遗传机制 • 表观遗传与基因表达调控 • 表观遗传在生物发育中作用 • 表观遗传在疾病发生发展中作用 • 表观遗传学技术应用与前景展望
01 表观遗传学概述
定义与发展历程
表观遗传学定义
研究基因表达或细胞表现型的变化， 这些变化在不改变基因序列的情况下， 可通过细胞分裂和增殖进行遗传。
03 表观遗传与基因 表达调控
基因转录水平调控
转录因子
通过与DNA特定序列结合，激活 或抑制基因转录。
染色质重塑
改变染色质结构，影响转录因子与 DNA的结合。
组蛋白修饰
通过乙酰化、甲基化等修饰，影响 基因转录活性。
mRNA稳定性及翻译水平调控
mRNA降解
通过特定酶降解mRNA，调节基因表达。
microRNA
利用特异性抗体或亲和层析等方法，分离和鉴定与非编码RNA结 合的蛋白质，揭示其调控机制。
未来发展趋势预测
多组学整合分析
将表观遗传学数据与基因组学、转录组学、蛋白质组学等多组学数据 进行整合分析，更全面地揭示生物过程的调控机制。
单细胞表观遗传学研究
利用单细胞测序等技术，研究单个细胞水平上的表观遗传学变异和动 态变化过程。
非编码RNA在发育、细胞分化、 代谢等过程中发挥重要作用，同 时也与疾病的发生和发展有关。
表观遗传学根本基础
神经科学
表观遗传学在神经科学领域也具有重要价值，通过研 究神经细胞的表观遗传修饰与认知功能之间的关系， 有望为神经退行性疾病和神经发育障碍等疾病的防治 提供新的思路。
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表观遗传学与神经退行性疾病
神经退行性疾病是指神经系统 逐渐退化的一种疾病，如阿尔
茨海默病、帕金森病等。
表观遗传学中的DNA甲基化 和组蛋白修饰等机制可以影 响神经细胞的基因表达，导 致神经退行性疾病的发生。
通过研究表观遗传学机制，可 以深入了解神经退行性疾病的 发病机制，并寻找有效的治疗
手段。
表观遗传学与其他疾病
断、治疗和预后评估。
分子生物学技术
染色质免疫沉淀技术（ChIP）
用于研究蛋白质与DNA的相互作用，揭示表观遗传调控因子在基因组上的结合位 点和功能。
甲基化DNA免疫沉淀技术（MeDIP）
用于检测全基因组的甲基化水平，研究表观遗传修饰对基因表达的调控作用。
05
表观遗传学的未来展望
表观遗传学与精准医疗
表观遗传学根本基础
目录
• 表观遗传学简介 • 表观遗传学的基本概念 • 表观遗传学与疾病 • 表观遗传学的研究方法 • 表观遗传学的未来展望
01
表观遗传学简介
表观遗传学的定义
总结词
表观遗传学是一门研究基因表达方式如何受到环境和其他非基因序列因素影响 的科学。
详细描述
表观遗传学主要研究基因表达的调控机制，特别是那些可以通过改变基因表达 方式，而不需要改变基因序列本身的机制。这些机制包括DNA甲基化、组蛋白 修饰和染色质重塑等。
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表观遗传组学
把握当今的医学发展，表观遗传组学成为当今研究的一大重点。
表观遗传组学（Epigenomics）是一个指研究基因表达如何改变与环境相关因子有关的研究领域。
它着重于基因组结构、组织、功能和可变性的分析，以及探究表达和基因组变异之间的关系。
表观遗传组学是一种普遍认可的研究领域，其研究结果将有助于更好地理解和治疗人类健康问题。
表观遗传组学的主要目的之一是探究基因表达的调控机制。
表观遗传学研究将重点放在基因表达的调节过程上，以了解基因表达的调节因素。
其中，DNA甲基化是一种最常见的表观遗传调控机制。
它通过在DNA的碱基序列上加上甲基基团来改变DNA的结构和功能，从而调节基因表达。
另一个重要的表观遗传调控机制是小RNA。
小RNA是一种非编码RNA，其主要作用是抑制基因表达。
它通过与某种特定基因的开放阅读框（ORF）或编码序列结合来阻止其翻译和表达。
此外，表观遗传组学还可以为研究者提供更多的信息，例如揭示基因表达状态的变化，以及探究它们与环境因素之间的相互作用，以及基因的功能和行为。
所有这些都可以帮助研究者更好地理解基因的功能、状态和表达，从而深入研究相关疾病机制。
表观遗传组学可以借助各种技术来测序和分析DNA，包括定向测序、转录组测序、全基因组测序和芯片测序等。
它们可以用来检测DNA甲基化的水平，以及与它相关的基因表达调控机制。
这些技术也可以用来检测小RNA的表达及其调控机制。
最后，表观遗传组学的研究结果可能有助于研究某些疾病的发病机制，并为临床应用提供新的治疗策略。
例如，它可以帮助研究者更好地理解癌症的遗传发病机制，以及其与外界因素如致癌物质和环境因素之间的关系，它还可以帮助研究者为癌症患者设计更加有效的治疗方案。
此外，表观遗传组学也可以用于探究其他慢性和精神疾病的发病机制，为临床提供新的治疗模式。
总之，表观遗传组学是一种普遍认可的研究领域，它可以为研究者提供更多的信息，帮助他们更好地理解基因的功能、状态和表达，从而深入研究相关疾病机制。
它可以帮助研究者检测DNA甲基化水平和小RNA的表达，分析基因表达的调节机制，探究基因表达与环境因素的相互作用，并为临床提供有效的治疗策略。
因此，表观遗传组学在研究人类健康问题上具有重要意义，值得更加关注和投入。