表观遗传学ppt课件
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表观遗传学(共20张PPT)
异性降解的现象。PTGS是启动了细胞质内靶mRNA序列特异性的降解机制。
• 近几年来RNAi研究取得了突破性进展，被《Science》杂志评为2001年的十大科 学进展之一，并名列2002年十大科学进展之首。由于使用RNAi技术可以特异性剔 除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及 恶性肿瘤的基因治疗领域。
表观遗传学 EPIGENETICS
什么是表观遗传学？
表观遗传学是研究除DNA序列 变化外的其他机制引起的细胞表 型和基因表达的可遗传的改变。 表观遗传学调控真核基因表达， 与人类重大疾病，如肿瘤、神经 退行性疾病、自身免疫性疾病等 密切相关。
举两个例子~
在胚胎发育过程中，果蝇存在很多体节。对 Hox 基因来 说，在有些体节中表达，有些中不表达。一开始，这种表 达或不表达经不在了，由原来不 表达（Hox 基因）的细胞衍生的后代呢，这些基因仍然不 表达；表达那些 Hox 基因的细胞衍生的细胞，仍然表达。
• 最常见的DNA甲基化形式是将甲基加到胞嘧啶环的 5‘位置上，形成5’-甲基胞嘧啶。哺乳动物中大约有 5%的胞嘧啶被甲基化，而甲基化与否，基因的转录活 性相差了上百万倍。
• DNA甲基化的作用主要体现于抑制基因转录活性，而具 体的抑制机制还尚未明确
• MeCP1所结合的DNA序列常需要有10个以上的甲基化CpG, 这一蛋白广泛存在于许多组织。
工蜂和蜂王都由同种受精卵发育而来，如 果能吃到蜂王浆，就变成蜂后；吃不到就 变成工蜂。
与工蜂相比，蜂王的成熟期短平均在半
个月左右，而工蜂则需要二十天以上；
寿命长蜂王可以活几年，而工蜂则只有
几十天的寿命；有生殖能力蜂王每天可
蜂王
工蜂
以产下几百枚卵，而工蜂一般终生都不
• 近几年来RNAi研究取得了突破性进展，被《Science》杂志评为2001年的十大科 学进展之一，并名列2002年十大科学进展之首。由于使用RNAi技术可以特异性剔 除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及 恶性肿瘤的基因治疗领域。
表观遗传学 EPIGENETICS
什么是表观遗传学？
表观遗传学是研究除DNA序列 变化外的其他机制引起的细胞表 型和基因表达的可遗传的改变。 表观遗传学调控真核基因表达， 与人类重大疾病，如肿瘤、神经 退行性疾病、自身免疫性疾病等 密切相关。
举两个例子~
在胚胎发育过程中，果蝇存在很多体节。对 Hox 基因来 说，在有些体节中表达，有些中不表达。一开始，这种表 达或不表达经不在了，由原来不 表达（Hox 基因）的细胞衍生的后代呢，这些基因仍然不 表达；表达那些 Hox 基因的细胞衍生的细胞，仍然表达。
• 最常见的DNA甲基化形式是将甲基加到胞嘧啶环的 5‘位置上，形成5’-甲基胞嘧啶。哺乳动物中大约有 5%的胞嘧啶被甲基化，而甲基化与否，基因的转录活 性相差了上百万倍。
• DNA甲基化的作用主要体现于抑制基因转录活性，而具 体的抑制机制还尚未明确
• MeCP1所结合的DNA序列常需要有10个以上的甲基化CpG, 这一蛋白广泛存在于许多组织。
工蜂和蜂王都由同种受精卵发育而来，如 果能吃到蜂王浆，就变成蜂后；吃不到就 变成工蜂。
与工蜂相比，蜂王的成熟期短平均在半
个月左右，而工蜂则需要二十天以上；
寿命长蜂王可以活几年，而工蜂则只有
几十天的寿命；有生殖能力蜂王每天可
蜂王
工蜂
以产下几百枚卵，而工蜂一般终生都不
遗传学第十二章表观遗传学精选课件.ppt
胞的两条X染色体中会有一条发生随机失活的假说， X染色体基因的剂量补偿。
Y
X
XX
X-染色体失活
24
（一）X失活中心
• 2019年G.D.Penny等发现X染色体的Xq13.3区 段有一个X失活中心( X-inactivation center，Xic)，X失活中心有“记数”和“选 择”的功能。
• 长1Mb,4个已知基因：Xist；Xce；Tsix；
（三）DNA去甲基化作用（不讲）
13
二、组蛋白修饰
14
15
❖组蛋白密码 ❖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（histone code）。 ❖组蛋白通过乙酰化、甲基化和磷酸化等共价
修饰，使染色质处于转录活性状态或非转录活 性状态，为其他蛋白与DNA的结合产生协同 或拮抗效应，属于一种动态的转录调控成分。 ❖类型：乙酰化，甲基化，磷酸化，泛素化， SUMO化，ADP核糖化，脱氨基化，脯氨酸异 构化。
16
• (一）组蛋白乙酰化作用 组蛋白N末端 Lys 上，组蛋白乙酰化能选择 性的使某些染色质区域的结构从紧密变得松散， 开放某些基因的转录，增强其表达水平 。
• 组蛋白乙酰化转移酶（histone acetyltransferase,HAT） • 组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase,HDAC）
• 第一节 表观遗传学的分子机制
• 1. 遗传编码信息：提供生命必需蛋白质的编码模 板。
• 2. 表观遗传学信息：何时、何地、以何种方式去 应用遗传编码信息。
• DNA和染色质上的表观遗传修饰： • DNA甲基化；组蛋白修饰；RNA相关沉默（非编码
RNA）；染色质重塑。
7
Y
X
XX
X-染色体失活
24
（一）X失活中心
• 2019年G.D.Penny等发现X染色体的Xq13.3区 段有一个X失活中心( X-inactivation center，Xic)，X失活中心有“记数”和“选 择”的功能。
• 长1Mb,4个已知基因：Xist；Xce；Tsix；
（三）DNA去甲基化作用（不讲）
13
二、组蛋白修饰
14
15
❖组蛋白密码 ❖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（histone code）。 ❖组蛋白通过乙酰化、甲基化和磷酸化等共价
修饰，使染色质处于转录活性状态或非转录活 性状态，为其他蛋白与DNA的结合产生协同 或拮抗效应，属于一种动态的转录调控成分。 ❖类型：乙酰化，甲基化，磷酸化，泛素化， SUMO化，ADP核糖化，脱氨基化，脯氨酸异 构化。
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• (一）组蛋白乙酰化作用 组蛋白N末端 Lys 上，组蛋白乙酰化能选择 性的使某些染色质区域的结构从紧密变得松散， 开放某些基因的转录，增强其表达水平 。
• 组蛋白乙酰化转移酶（histone acetyltransferase,HAT） • 组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase,HDAC）
• 第一节 表观遗传学的分子机制
• 1. 遗传编码信息：提供生命必需蛋白质的编码模 板。
• 2. 表观遗传学信息：何时、何地、以何种方式去 应用遗传编码信息。
• DNA和染色质上的表观遗传修饰： • DNA甲基化；组蛋白修饰；RNA相关沉默（非编码
RNA）；染色质重塑。
7
2024年度-遗传学表观遗传学PPT课件
研究生物遗传信息传递、表达和调控 的科学。
研究领域
包括基因结构、功能、表达调控，基 因突变、重组、进化，以及遗传与发 育、免疫、疾病等关系。
4
遗传物质基础：DNA与RNA
DNA
脱氧核糖核酸，生物体主要遗传物质，由碱基、磷酸和脱氧 核糖组成。
RNA
核糖核酸，参与蛋白质合成过程，由碱基、磷酸和核糖组成 。
染色质重塑过程及影响因素
ATP依赖的染色质重塑复合物
01
利用ATP水解产生的能量改变核小体结构，使DNA易于接近转
录因子。
组蛋白变体
02
替换常规组蛋白，改变染色质结构和功能。
非编码RNA
03
通过与DNA或蛋白质相互作用调节染色质结构和基因表达。
Байду номын сангаас
21
组蛋白修饰在基因表达调控中作用
01
组蛋白修饰影响转录因子结合
非编码RNA在肿瘤中发挥着重要的调控作用，包括miRNA、lncRNA 等，它们可通过表观遗传学机制影响肿瘤的发生和发展。
29
神经退行性疾病中表观遗传学机制探讨
DNA甲基化与神经退行 性疾病
DNA甲基化在神经退行性疾病中的研究日 益增多，其与疾病的发生和发展密切相关。
组蛋白修饰与神经退行性疾 病
组蛋白修饰在神经退行性疾病中也发挥着重要作用 ，如乙酰化、磷酸化等修饰可影响神经元功能和生 存。
磷酸化
调节蛋白质构象和活性，影响DNA与组蛋白 相互作用。
甲基化
可发生在不同氨基酸残基上，具有不同效应 ，如基因激活或抑制。
泛素化
标记蛋白质进行降解，参与转录调控和DNA 损伤修复。
19
组蛋白修饰酶系及其作用机制
研究领域
包括基因结构、功能、表达调控，基 因突变、重组、进化，以及遗传与发 育、免疫、疾病等关系。
4
遗传物质基础：DNA与RNA
DNA
脱氧核糖核酸，生物体主要遗传物质，由碱基、磷酸和脱氧 核糖组成。
RNA
核糖核酸，参与蛋白质合成过程，由碱基、磷酸和核糖组成 。
染色质重塑过程及影响因素
ATP依赖的染色质重塑复合物
01
利用ATP水解产生的能量改变核小体结构，使DNA易于接近转
录因子。
组蛋白变体
02
替换常规组蛋白，改变染色质结构和功能。
非编码RNA
03
通过与DNA或蛋白质相互作用调节染色质结构和基因表达。
Байду номын сангаас
21
组蛋白修饰在基因表达调控中作用
01
组蛋白修饰影响转录因子结合
非编码RNA在肿瘤中发挥着重要的调控作用，包括miRNA、lncRNA 等，它们可通过表观遗传学机制影响肿瘤的发生和发展。
29
神经退行性疾病中表观遗传学机制探讨
DNA甲基化与神经退行 性疾病
DNA甲基化在神经退行性疾病中的研究日 益增多，其与疾病的发生和发展密切相关。
组蛋白修饰与神经退行性疾 病
组蛋白修饰在神经退行性疾病中也发挥着重要作用 ，如乙酰化、磷酸化等修饰可影响神经元功能和生 存。
磷酸化
调节蛋白质构象和活性，影响DNA与组蛋白 相互作用。
甲基化
可发生在不同氨基酸残基上，具有不同效应 ，如基因激活或抑制。
泛素化
标记蛋白质进行降解，参与转录调控和DNA 损伤修复。
19
组蛋白修饰酶系及其作用机制
表观遗传学简述ppt课件.pptx
总结
表观遗传学信息提供了何时、何地、以何种方式去 执行DNA遗传信息的指令，它通过有丝分裂和减数 分裂将遗传信息从上一代传递给下一代。
决定表观遗传学过程的主要因素为DNA的甲基化、 组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA调控,这4个 因素的相互关系以及它们如何共同来调节染色质 结构还有待进一步研究。
甲基转移作用通常发生在 5′-胞嘧啶位置上, 具有调 节基因表达和保护DNA该 位点不受特定限制酶降解 的作用。
2、组蛋白修饰
组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白,是一类 小分子碱性蛋白质,有5种类型:H1、H2A、H2B、H3、 H4,它们富含带正电荷的碱性氨基酸,能够同DN中带 负电荷的磷酸基团相互作用。
小组成员及分工
谢吕欣：表观遗传学最新研究进展资料查找 陈绪：表观遗传学作用机制资料查找、PPT报告 庞锡泉：表观遗传学前沿方向资料查找 金丽菁：PPT制作、文献资料汇总整理
THANK YOU FOR WATCHING
染色质重塑是指 在能量驱动下核 小体的置换或重 新排列,它改变了 核小体在基因启 动子区的排列,增 加了基础转录装 置和启动子的可 接近性。染色质 重塑主要包括2 种类型:
依赖共 价结合 反应的 化学修
饰
利用ATP水解所产生的能量使核小体 结构发生如下4种突变：(1)核小体在 DNA上的滑动；（2）DNA和核小体的 解离；（3）将组蛋白八聚体从染色 质上去除；（4）组蛋白变异体和经 典组蛋白间的置换
表观遗传学的前沿研究与进展
1.非编码RNA的进展
随着复杂性的增加，非蛋白质编码序列日益成为多细 胞生物的基因组的主导者，其相反与蛋白质编码基因， 相当的稳定。它能够在大多数哺乳动物基因组，甚至 所有真核生物细胞和组织中表达，越来越多的证据表 明，非编码ＲＮＡ的表达涉及到基因表达的调控。
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.ppt
差异甲基化母源 染色体上的ICs的甲基化呈现出分化状态。
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
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
第十一章-表观遗传学PPT课件
二、基因组印迹(genomic imprinting)
概念：依赖于父、母源性的等位基因的差异性 表达，即父亲和母亲的基因组在个体发育中有 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
2. 表遗传（epigenetic）信息
，提供何时、何地、如何应
用遗传学信息的指令，保证
基因适时启闭
One genome--------multiple epigenome
-
12
一、表观遗传修饰
表达模式的信息标记： DNA特定碱基的修饰：胞嘧啶的甲基化； 染色质构型重塑：如，组蛋白的乙酰化、 甲基化
果蝇中的杂色（眼）位置效应（positioneffect variegation）： 野生红眼基因W+（显性） 突变白眼基因w（隐性）
基因定位于X染色体长臂末端
W+
“W+/W+”和“W+/w”均表现正常红眼 意外情况： W+异位至着丝粒附近（异染
色质区）， “W+/w”杂合体表现为花斑 眼（杂色），即：部分细胞正常红色， 部分少量红色，部分白色。
设计实验拟解决：“RNA 干扰”是否与转入的RNA 结构有关。
-
22
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。
-
23
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 响RNA的转录。
表观遗传学简介ppt课件
表观遗传学简介
Jomi
20131121
·表观遗传学简介
基因突变？？
2
·表观遗传学简介
·表观遗传学概述 ·表观遗传学研究内容 ·表观遗传学研究意义
3
·表观遗传学概述
-表观遗传（Epigenetics）
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。
泛 素 是一种存在于大多数真核细胞中的小蛋白 ， 它的主 要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被水解 ； 当附有泛 素的蛋白质移动到桶状的蛋白酶的时候，蛋白酶就会将该蛋 白质水解 ， 泛素也可以标记跨膜蛋白，如受体，将其从细胞 膜上除去。
17
·表观遗传学研究内容
-染色质重塑（chromatin remodeling）
·转录抑制复合物干扰基因转录。 甲基化DNA结合蛋白与启动子区内的甲基化CpG岛结合，再与其
他一些蛋白共同形成转录抑制复合物（TRC），阻止转录因子与启动子 区靶序列的结合，从而影响基因的转录。
·通过改变染色质结构而抑制基因表达。 染色质构型变化伴随着组氨酸的乙酰化和去乙酰化，许多乙酰化和
去乙酰化本身就分别是转录增强子和转录阻遏物蛋白。
21
·表观遗传学研究内容
siRNA介导的RNAi
22
·表观遗传学研究内容
miRNA（microRNA）介导的RNAi
23
·表观遗传学研究内容
-其他内容
转录后基因沉默（Post-transcriptional Gene Silencing ,PTGS） 研究结果发现有大量的转基因植株不能正常表达，通常这并不是由
Jomi
20131121
·表观遗传学简介
基因突变？？
2
·表观遗传学简介
·表观遗传学概述 ·表观遗传学研究内容 ·表观遗传学研究意义
3
·表观遗传学概述
-表观遗传（Epigenetics）
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。
泛 素 是一种存在于大多数真核细胞中的小蛋白 ， 它的主 要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被水解 ； 当附有泛 素的蛋白质移动到桶状的蛋白酶的时候，蛋白酶就会将该蛋 白质水解 ， 泛素也可以标记跨膜蛋白，如受体，将其从细胞 膜上除去。
17
·表观遗传学研究内容
-染色质重塑（chromatin remodeling）
·转录抑制复合物干扰基因转录。 甲基化DNA结合蛋白与启动子区内的甲基化CpG岛结合，再与其
他一些蛋白共同形成转录抑制复合物（TRC），阻止转录因子与启动子 区靶序列的结合，从而影响基因的转录。
·通过改变染色质结构而抑制基因表达。 染色质构型变化伴随着组氨酸的乙酰化和去乙酰化，许多乙酰化和
去乙酰化本身就分别是转录增强子和转录阻遏物蛋白。
21
·表观遗传学研究内容
siRNA介导的RNAi
22
·表观遗传学研究内容
miRNA（microRNA）介导的RNAi
23
·表观遗传学研究内容
-其他内容
转录后基因沉默（Post-transcriptional Gene Silencing ,PTGS） 研究结果发现有大量的转基因植株不能正常表达，通常这并不是由
表观遗传PPT课件
or silencing
RNA
源或入侵的核酸
RNA
piRNA Piwi-interacting 27~30nt 单链RNA
Piwi成员 调 控 染 色 质 结 构 和 转
RNA
座子沉默
LncRNA Long nocoding >200nt 单链RNA
调节X染色体失活和印
RNA
迹基因表达
非编码RNA干扰
表观遗传与疾病
表观遗传病(epigenetic diseases)包括中枢神 经系统发育紊乱、免疫性疾病、复杂代谢性疾 病和癌症等。
分类：一类是在发育的重新编程过程中造成的 特定基因表观遗传修饰的异常，也称表观突变 (epimutation)；另一类与表观遗传修饰的分子 结构与功能相关的蛋白质编码基因有关。
外源性dsRNAs通过转换成20~23 nt的siRNAs特异 性地沉默靶基因。
作用原理：利用指导链识别靶点RNA分子，随后 RNA诱导沉默复合体(RNA-induced silencing complex, RISC)可以通过抑制转录或翻译、促进异 染色质形成、以及加速RNA或DNA降解等机制，实 现对各种靶基因的表达调控。
基因组印迹的调控机制
以Prader-Willi 综合征(PWS)为例。
15q11-q13
错误表达导致启动子甲基化及沉默
表达缺失
注：上方为母源表达基因，下方为父源表达基因，箭头示基因转录方向。 实心方块示印迹中心，实心圆圈示甲基化。
表观遗传的调控功能
X染色体失活
Lyon假说：X 染色体失活发生在胚胎发育早期； 小鼠实验：受精期，雌性合子的两条X染色体均有活性，
表观遗传的调控功能
X染色体失活的调控机制
《表观遗传学》PPT课件
发展高通量表观遗传学检测技术
研发高通量、高灵敏度的表观遗传学检测技术，提高检测效率和准确 性。
推动表观遗传学在临床应用中的转化
加强表观遗传学与临床医学的交叉融合，推动表观遗传学研究成果在 临床应用中的转化。
关注表观遗传学的伦理和社会问题
在推动表观遗传学发展的同时，关注相关的伦理和社会问题，确保技 术的合理应用和社会责任。
03
神经系统发育与表 观遗传
表观遗传调控在神经系统发育过 程中发挥关键作用，影响神经细 胞的分化和功能。
代谢性疾病与表观遗传关联
肥胖与表观遗传
肥胖的发生和发展与DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传调控密 切相关。
糖尿病与表观遗传
糖尿病及其并发症的发病机制涉及多种表观遗传调控异常。
心血管疾病与表观遗传
揭示生物多样性的本质
生物多样性的形成不仅与基因序列的 变异有关，还与基因表达的调控密切 相关。
解析复杂疾病的发生机制
许多复杂疾病如癌症、神经退行性疾 病等的发生与表观遗传调控异常密切 相关。
指导个体化医疗和精准治疗
通过解析患者的表观遗传特征，可以 为个体化医疗和精准治疗提供指导。
推动生物技术的发展
表观遗传学的研究为基因编辑、细胞 重编程等生物技术的发展提供了新的 思路和方法。
3
亚硫酸氢盐测序PCR
结合重亚硫酸盐处理和PCR技术，对特定区域的 DNA甲基化进行高灵敏度检测。
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，进而研究其功能。
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，揭示修饰的种类 和程度。
《表观遗传学》PPT 课件
研发高通量、高灵敏度的表观遗传学检测技术，提高检测效率和准确 性。
推动表观遗传学在临床应用中的转化
加强表观遗传学与临床医学的交叉融合，推动表观遗传学研究成果在 临床应用中的转化。
关注表观遗传学的伦理和社会问题
在推动表观遗传学发展的同时，关注相关的伦理和社会问题，确保技 术的合理应用和社会责任。
03
神经系统发育与表 观遗传
表观遗传调控在神经系统发育过 程中发挥关键作用，影响神经细 胞的分化和功能。
代谢性疾病与表观遗传关联
肥胖与表观遗传
肥胖的发生和发展与DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传调控密 切相关。
糖尿病与表观遗传
糖尿病及其并发症的发病机制涉及多种表观遗传调控异常。
心血管疾病与表观遗传
揭示生物多样性的本质
生物多样性的形成不仅与基因序列的 变异有关，还与基因表达的调控密切 相关。
解析复杂疾病的发生机制
许多复杂疾病如癌症、神经退行性疾 病等的发生与表观遗传调控异常密切 相关。
指导个体化医疗和精准治疗
通过解析患者的表观遗传特征，可以 为个体化医疗和精准治疗提供指导。
推动生物技术的发展
表观遗传学的研究为基因编辑、细胞 重编程等生物技术的发展提供了新的 思路和方法。
3
亚硫酸氢盐测序PCR
结合重亚硫酸盐处理和PCR技术，对特定区域的 DNA甲基化进行高灵敏度检测。
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，进而研究其功能。
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，揭示修饰的种类 和程度。
《表观遗传学》PPT 课件
表观遗传学(共14张PPT)
第五页，共14页。
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，首先要改变组蛋白的修
饰状态，使其与DNA的结合由紧变松，这样靶基因才能
▪ 非甲基化一般与基因活化相关联；
▪ 而去甲基化往往与一个沉默基因的重新激活相 关联。
第三页，共14页。
二、组蛋白修饰
组蛋白（histones）真核生
物体细胞染色质中的碱性蛋白质，
根 据 氨基酸成分和分子量不同，主 要分成5类H1、H2A、H2B、H3、H4， 由4种组蛋白H2A、H2B、H3和H4， 每一种组蛋白各二个分子，形成一 个组蛋白八聚体，约200bp的DNA分 子盘绕在组蛋白八聚体构成的核心 结构外面，形成了一个核小体。连 接相邻2个核小体的DNA分子上结合 了另一种组蛋白H1染色质就是由一 连串的核小体所组成。
❖RNA干扰是一种重要而普遍表观遗传的现象。
第十一页，共14页。
五、其他表观遗传机制
❖ 除DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、和 RNA调控以外，还有遗传印迹、X染色体失活、 等。
❖ 遗传印迹、X染色体失活的本质仍为DNA甲基化 、组蛋白修饰、染色质重塑。
第十二页，共14页。
一、概述
❖染色质免疫沉淀技术
ISW复合物等，这些复
合物及相关蛋白均与转 录激活和抑制、DNA甲
基化、DNA修复及细 胞周期相关。
八聚体转移
八聚体滑动
第十页，共14页。
四、RNA调控
❖ RNA干扰（RNAi）作用是生物体内的一种通过双 链RNA分子在mRNA水平上诱导特异性序列基因 沉默的过程。
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，首先要改变组蛋白的修
饰状态，使其与DNA的结合由紧变松，这样靶基因才能
▪ 非甲基化一般与基因活化相关联；
▪ 而去甲基化往往与一个沉默基因的重新激活相 关联。
第三页，共14页。
二、组蛋白修饰
组蛋白（histones）真核生
物体细胞染色质中的碱性蛋白质，
根 据 氨基酸成分和分子量不同，主 要分成5类H1、H2A、H2B、H3、H4， 由4种组蛋白H2A、H2B、H3和H4， 每一种组蛋白各二个分子，形成一 个组蛋白八聚体，约200bp的DNA分 子盘绕在组蛋白八聚体构成的核心 结构外面，形成了一个核小体。连 接相邻2个核小体的DNA分子上结合 了另一种组蛋白H1染色质就是由一 连串的核小体所组成。
❖RNA干扰是一种重要而普遍表观遗传的现象。
第十一页，共14页。
五、其他表观遗传机制
❖ 除DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、和 RNA调控以外，还有遗传印迹、X染色体失活、 等。
❖ 遗传印迹、X染色体失活的本质仍为DNA甲基化 、组蛋白修饰、染色质重塑。
第十二页，共14页。
一、概述
❖染色质免疫沉淀技术
ISW复合物等，这些复
合物及相关蛋白均与转 录激活和抑制、DNA甲
基化、DNA修复及细 胞周期相关。
八聚体转移
八聚体滑动
第十页，共14页。
四、RNA调控
❖ RNA干扰（RNAi）作用是生物体内的一种通过双 链RNA分子在mRNA水平上诱导特异性序列基因 沉默的过程。
遗传学第十二章表观遗传学精选课件
染色质重塑与表观遗传调控
探讨染色质重塑与DNA甲基化、组蛋白修饰等表观 遗传调控之间的相互作用及联合用药策略。
THANKS
感谢观看
异常影响
异常的染色质重塑与多种疾病相关，如癌症、神经系统疾病等。同时， 核小体定位的改变也可能导致基因表达的异常和疾病的发生。
03 表观遗传机制探 讨
基因印记与X染色体失活
01 02 03
基因印记定义与特点
基因印记是指来自父方或母方的等位基因在发育过程中产生 专一性的加工修饰，导致后代体细胞中两个等位基因出现不 同的表达特性。这种修饰是稳定和可遗传的，但不涉及DNA 序列的改变。
甲基化特异性PCR 根据甲基化和非甲基化DNA设计特异性引物，通 过PCR扩增来检测特定基因的甲基化状态。
3
甲基化敏感的限制性内切酶法
利用对甲基化敏感的限制性内切酶切割DNA，通 过比较切割前后的DNA片段差异来判断甲基化水 平。
组蛋白修饰检测技术
01
染色质免疫沉淀
利用特异性抗体与组蛋白修饰位点结合，再通过沉淀和洗涤等步骤富集
遗传学第十二章表观遗传学 精选课件
目 录
• 表观遗传学概述 • 表观遗传变异类型 • 表观遗传机制探讨 • 实验方法与技术手段 • 疾病发生发展中作用 • 药物研发及临床应用前景
01 表观遗传学概述
表观遗传学定义与特点
定义
表观遗传学是研究基因表达发生可 遗传变化而不涉及DNA序列改变的 学科。
异常影响
异常的非编码RNA表达与多种疾病相 关，如癌症、心血管疾病等。
作用
非编码RNA能够通过与靶基因结合或 调控转录因子等方式，影响基因表达 和细胞功能。
染色质重塑与核小体定位
定义
探讨染色质重塑与DNA甲基化、组蛋白修饰等表观 遗传调控之间的相互作用及联合用药策略。
THANKS
感谢观看
异常影响
异常的染色质重塑与多种疾病相关，如癌症、神经系统疾病等。同时， 核小体定位的改变也可能导致基因表达的异常和疾病的发生。
03 表观遗传机制探 讨
基因印记与X染色体失活
01 02 03
基因印记定义与特点
基因印记是指来自父方或母方的等位基因在发育过程中产生 专一性的加工修饰，导致后代体细胞中两个等位基因出现不 同的表达特性。这种修饰是稳定和可遗传的，但不涉及DNA 序列的改变。
甲基化特异性PCR 根据甲基化和非甲基化DNA设计特异性引物，通 过PCR扩增来检测特定基因的甲基化状态。
3
甲基化敏感的限制性内切酶法
利用对甲基化敏感的限制性内切酶切割DNA，通 过比较切割前后的DNA片段差异来判断甲基化水 平。
组蛋白修饰检测技术
01
染色质免疫沉淀
利用特异性抗体与组蛋白修饰位点结合，再通过沉淀和洗涤等步骤富集
遗传学第十二章表观遗传学 精选课件
目 录
• 表观遗传学概述 • 表观遗传变异类型 • 表观遗传机制探讨 • 实验方法与技术手段 • 疾病发生发展中作用 • 药物研发及临床应用前景
01 表观遗传学概述
表观遗传学定义与特点
定义
表观遗传学是研究基因表达发生可 遗传变化而不涉及DNA序列改变的 学科。
异常影响
异常的非编码RNA表达与多种疾病相 关，如癌症、心血管疾病等。
作用
非编码RNA能够通过与靶基因结合或 调控转录因子等方式，影响基因表达 和细胞功能。
染色质重塑与核小体定位
定义
表观遗传学简介ppt课件
先天性遗传性疾：普拉德-威利综合征，Angelman综合 征等。
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。
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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
一、基因组印记
正
Igf-2 Igf-2 正常小鼠
交
♀ Igf-2m
Igf-2m 矮小型小鼠
反
♂ Igf-2m Igf-2m 矮小型小鼠
交
Igf-2 Igf-2 正常小鼠
Igf-2 Igf-2m
正常小鼠
Igf-2m Igf-2
矮小型小鼠
DeChiara小鼠Igf2基因敲除实验
一、基因组印记
DeChiara小鼠Igf2基因敲除实验
父系的拷贝较早发生复制
一、基因组印记
印记基因的特征： 5、哺乳动物中印记基因的表达具有保守性
小鼠及人类的胚胎及胚外组织中印记基因表达均十分保 守
6、很多印记基因只转录RNA而不翻译蛋白质， 只在mRNA水平发挥作用。
一、基因组印记
H1Байду номын сангаас和Igf2的边界元件作用模式
Igf2和H19分别位于人和小鼠的11号和7号染色体； 位于同一基因簇内，位置相邻，Igf2位于上游； 交互印记(Igf2母系印记，H19父系印记)； 在H19基因的上游均有DMR控制基因的表达； 在H19下游存在一个增强子； Igf2和H19之间存在一个ICE，也是DMR；
由正反交实验可以看出： 印迹基因的正反交结果不一致、不符合孟德尔定 律。
小鼠 Igf2 基因总是母本来源的等位基因被印迹，
父本来源的等位基因表达，因此是母本印迹。
基因印迹使基因的表达受到抑制，导致被印迹的 基因的生物功能的丧失。
一、基因组印记
印记基因的特征： 1、通常成簇出现，在染色体上的分布较为 分散 一个簇中一般有3~11个印记基因，具 有一定的群集性倾向。 2、印记基因的表达具有时空特异性，同一 条染色体上两个印记基因之间的基因或与印 记基因毗邻的基因通常不表现出印记修饰。
表观遗传学
王刚
2016年4月9 日
表观遗传变异的发现
英国同卵双胞胎 1个患白血病1个很健康
表观遗传变异的发现
同卵双胞胎出生时哥哥体重为弟弟3倍
表观遗传变异的发现
Dolly
Ian Wilmut
克隆羊多莉：
生于1996年7 月5日，
死于2003年2 月14日
克隆动物未老先衰
表观遗传变异的发现
基因表达模式
×
在蕈蚊的X染色体中，只有母系等位基因有活性， 而父系等位基因则处于沉默状态。
一、基因组印记
印记的发现：
McGrath和Solter的小鼠核移植实验(1984)：
孤雄生殖 孤雌生殖
胚胎良好，胚盘不全胚胎死亡
胚盘良好，胚胎不全
可见，父系和母系基因组在发育过程中担负的 任务是不同的，且两者同时存在是正常发育所
相同的基因型
不同表型
一部分暴露高叶酸饮食，Agouti基因被甲基化，皮毛仍是褐色，提醒正常； 另一部分暴露低叶酸饮食，Agouti基因未甲基化，皮毛由褐色变成黄色，小鼠肥 胖。
表观遗传变异的发现
随着对实验动物特别是克隆动物生物学性状的了 解以及人们对众多疾病的深入研究，科学家发现 除了基因组DNA外，还有基因组外的大量遗传学 信息调控着基因的表达，表观遗传学应运而生。
他认为表观遗传学不仅在发育过程，而且应该在成 体阶段研究可遗传的基因表达的改变，这些信息能经过有丝 分裂和减数分裂在细胞和个体世代间传递，而不借助于DNA 序列的改变，也就是说表观遗传是非DNA序列差异的核遗传 。
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。
表观遗传变异的发展简史
1939年，Waddington CH 首先在《现代遗传学导论》中提 出了表观遗传学（epigenetics）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，Hollidy R 对表观遗传学进行了较为准确的描述 。
必需的
一、基因组印记
印记的发现：
DeChiara小鼠Igf2基因敲除实验(1991)：
父系敲除，则发育成的动物个体小 母系敲除，则动物的个体没有变化 在正常的野生型胚胎中，只有父本基因表达，而
母本的基因则表现为沉默。
首次证实了印 记基因的存在
小鼠Igf2基因为第一个
被鉴定的印记基因
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。
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
3 与人类疾病的关系
表观遗传学
——基因组印记
一、基因组印记
一、基因组印记
印记基因的特征： 3、具有等位基因不同的甲基化区域
(differentially methylated regions, DMRs) 有些是在所有细胞里，有些具有组织特异性 有些甲基化的DMR存在于激活的等位基因中，有些则
存在于失活的等位基因中
4、DNA复制不同步性
*注：DMR指不同的甲基化区域 ICE指基因印记控制区
一、基因组印记
差异性甲基化区域 (differentially methylated regions, DMRs)
靠近靶基因的顺式作用位点的甲基化状态决 定了印记，这些调控位点称为差异性甲基化 区，是印记基因的标记位点；这些位点的缺 失会消除印记，导致靶基因在父系和母系中 有同样的表达。
什么是基因组印记？
组织或细胞中，基因的表达具有亲本选择性，即 只有一个亲本的等位基因表达，而另一亲本的等 位基因不表达或很少表达的现象，相应的基因则
称为印记基因
父系不表达称父系印记 母系不表达称母系印记
一、基因组印记
印记的发现：
Helen Crouse于1960 年在昆虫中首次提出
X
X