表观遗传学简述

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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。
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。
增强子
增强子是基因组的非编码区域，它虽然离蛋白质 编码区域较远，但可以增强同它连锁的蛋白质编 码基因的表达效率。因而细胞能够在短时间内生 产出更多所需的蛋白质分子。称为增强子RNA （eRNAs）的一组非编码RNA从增强子序列转录。
eRNA在调节基因表达中发挥着至关重要作用（cell）
eRNA的产生与 CBP的组蛋白乙酰 化活性有关。研 究人员发现CBP与 RNA结合的区域 在CBP的组蛋白乙 酰转移酶（HAT） 结构域内，这一 区域是CBP/P300
的特有序列。
CBP/p300是一种能够与顺式 作用原件（增强子）结合共 同调控多细胞生物基因表达 的转录辅激活因子。
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通过结合到该区域， eRNA可以直接刺激 CBP的乙酰化活性，降 低组蛋白和DNA的亲 和性，使染色质松解， 促进转录表达。
２、逆转衰老
目前，学界的一 种观点是衰老是 一个表观遗传状 态变化的过程， 这些变化可以使 基因表达更加活 跃或受到抑制。
பைடு நூலகம்研究人员通过调节一些关键基因的表达水平，成 功诱导分化后的成熟细胞成为胚胎类似细胞，实 现了体外逆转小鼠和人类细胞的衰老状态。此外， 研究人员还证实这一方法可以延长早衰小鼠的寿 命，促进中年小鼠的损伤修复。
组蛋白可以有很多修饰形式, 包括组蛋 白末端的乙酰化、甲基化、磷酸化、 泛素化、ADP核糖基化等等, 这些修饰 都会影响基因的转录活性。目前研究 较多的是组蛋白甲基化和乙酰化。
由于被修饰，一些蛋白失去活性，一些蛋白获得 活性，一些蛋白改变功能，因此蛋白修饰是功能 蛋白质库的“扩增”因素。
3、染色质重塑
对表观遗传中各种因子突变导致疾病的研 究将有助阐明表观遗传的机制,特别是人类 表观基因组计划的开展,将为人类疾病的治 疗指引新方向,为设计新方案、研制新药提 供科学依据。
参考文献
1.郭新红，刘文彬 .表观遗传学及其研究进展.安徽农业科学,Journal of Anhui Agri.Sci.2007,35(1):9- 10,13 2.李文，边育红，褚晓倩 .表观遗传学及其与疾病相关性 .中国细胞生物学学报 Chinese Journal of Cell Biology 2013, 35(2): 229–233 3.康静婷，梁前进，梁 辰，王鹏程 .表观遗传学研究进展 .科技导报 2013，31（19） 4.丁勇 许超 吴季辉 ,等.表观遗传学研究进展.中国科学: 生命科学, 2017, 47: 3–15 5. Bose DA et al.RNA Binding to CBP Stimulates Histone Acetylation and Transcription. Cell. (2017) 6. Wang K, Shan Z, Duan L, et al.iTRAQ-based quantitative proteomic analysis of Yamanaka factors reprogrammed breast cancer cells.Oncotarget. 2017 Mar 11. doi: 10.18632/oncotarget.16125.
依赖 ATP的 物理修
饰
依赖ATP的物理修饰主要是利用ATP 水解释放的能量,使DNA超螺旋旋矩 和旋相发生变化,使转录因子更易接 近并结合核小体DNA,从而调控基因 的转录过程.
利用ATP水解所释放的能量，SWR1/SRCAP复合物能够使 组蛋白变异体H2AZ置换入核小体内，反之，INO80复合 物则使H2AZ从核小体中置换出来
老的肌肉细胞又一次变 得年轻。左图为来自中 年小鼠的肌肉细胞，修 复机能受损。右图同来 自中年小鼠，但接受了 处理，肌肉细胞的修复 能力增强。图片来源： Salk Institute
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表观遗传学
简
述
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不均一核RNA (heterogeneous nuclear RNA)等。
功能性非编码RNA在基因表达中
发挥重要的作用,按照它们的大小
可分为长链非编码RNA和短链非
编码RNA。
长链非编码RNA在基因簇以至于整 个染色体水平发挥顺式调节作用。 短链RNA在基因组水平对基因表达 进行调控,其可介导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。
4、非编码RNA
非编码RNA包括rRNA，tRNA，mRNA,微RNA(mi RNA)，与Piwi蛋白相作用的RNA(pi RNA)，小干扰
RNA(si RNA)，核内小RNA(small nuclear RNA sn RNA) 以及核仁小RNA (small nucleolar RNA,sno RNA）、
表观遗传学调节机制
1、DNA甲基化
DNA甲基化是由DN甲基转 移酶催化S-腺苷甲硫氨酸 作为甲基供体,将胞嘧啶 转变为5-甲基胞嘧啶(mC) 的反应。 5′胞嘧啶的甲基化修饰是 一个动态可逆的过程, 该 位点还存在去甲基化过程, DNA去甲基化酶对基因的 表达也发挥重要作用。
DNA的甲基化对维持 染色体的结构、X染 色体的失活、基因 印记和肿瘤的发生 发展都起重要的作 用。
小组成员及分工
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遗传与进化
拉马克学说著名原则：“用进废退”和 “获得性遗传”。
前者指经常使用的器官就发达，不用会退化， 比如长颈鹿的长脖子就是它经常吃高处的树 叶的结果。后者指后天获得的新性状有可能 遗传下去，如脖子长的长颈鹿，其后代的脖 子一般也长。
达尔文进化论：生物之间存在着生存争斗， 适应者生存下来，不适者则被淘汰，这就是 自然的选择。
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。
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他们通过激活小鼠体内的四中 因子的表达来调控其衰老，在 小鼠体内激活的这四个基因被 称为“山中因子”（Yamanaka factors）。
Belmonte研究组的工作表明，短暂激活这四个基因 的表达可以使中年小鼠受损的肌肉和胰腺恢复到年 轻状态，还可以使患有早衰症的小鼠寿命延长30% （早衰症会加速儿童的衰老）。
生物正是通过遗传、变异和自然选择，从低级到高 级，从简单到复杂，种类由少到多地进化着、发展 着。
表观遗传学研究
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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, 一直以来都是生命科学研究 领域的一个热点。
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