1表观遗传学
表观遗传学课件(2024)(2024)
02
RIP-seq
将RNA免疫共沉淀（RNA Immunoprecipitation, RIP）与高通 量测序技术结合，研究特定蛋白质与 非编码RNA的相互作用。
03
CRISPR/Cas9技术
利用CRISPR/Cas9技术对非编码RNA 进行基因编辑，研究非编码RNA在细 胞中的功能和调控机制。
2024/1/28
2024/1/28
11
03 表观遗传与基因表达调控
2024/1/28
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基因印记与X染色体失活
基因印记
一种表观遗传现象，通过亲本来源的特定基因表达模式影响后代性状。涉及 DNA甲基化、组蛋白修饰等机制。
X染色体失活
女性细胞中两条X染色体之一随机失活的现象，以避免X染色体基因产物的过量 表达。失活通过X染色体上的Xist基因介导，导致染色体的紧密包装和基因沉默 。
要点二
组蛋白修饰与自身免 疫性疾病
组蛋白修饰在自身免疫性疾病中也发 挥着重要作用，异常的组蛋白修饰可 以影响免疫细胞的功能和分化。
要点三
非编码RNA与自身免 疫性疾病
非编码RNA在自身免疫性疾病中的研 究逐渐受到关注，它们可以通过调节 基因表达和蛋白质功能来影响疾病的 进程。此外，一些特定的非编码RNA 还可以作为疾病的生物标志物，用于 疾病的诊断和治疗。
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癌症中的表观遗传异常
DNA甲基化异常
在癌症中，DNA甲基化模式的改变是一个常见的现象，它可以影响基因的表达和稳定
性。
组蛋白修饰异常
组蛋白修饰在癌症中也扮演着重要角色，异常的组蛋白修饰可以影响染色质的结构和功 能，从而影响基因的表达。
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非编码RNA的异常表达
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。
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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
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• （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
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• 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
表观遗传学名词解释
表观遗传学名词解释表观遗传学（Epigenetics）是一门研究遗传物质结构以及遗传生物学特征之间关系的科学学科。
它关注的不仅是基因是如何奠定初始状态的，而且还探讨基因的状态是如何在发育过程中改变的、以及行为和环境影响调控的过程。
术语“表观遗传学”由Richard C. Lewontin和John Cairns于1966年提出。
在当时，主要是关注基因表达的调节，而不是DNA序列或是基因组结构。
表观遗传学研究的最初目标是解释“基因为王”定律所遗留下的遗问，就是明确基因外因素是如何对基因进行调节，从而使同一基因可以产生不同的表达结果。
表观遗传学研究非常复杂，因为它涉及许多不同的生物学过程。
它涉及的科学研究包括：基因表达的调控，遗传多样性构建、信息传递、细胞分化、细胞变异、基因组结构的演变，表达的调控以及环境、行为等因素对基因的影响。
表观遗传学的研究可以通过研究某种特定的基因表达调节因子，例如转录因子、表观改变、microRNA和蛋白质泛素化等，来揭示基因表达的调节机制，从而解释遗传现象。
表观遗传学还可以通过分析特定基因表达调节因子如何在时间和空间上发挥作用，从而了解基因表达的调节机制。
表观遗传学在临床研究中也有重要意义。
由于表观遗传学的研究揭示了许多疾病的遗传发生过程，因此它可以提供有益的信息，有助于诊断和治疗疾病。
例如，研究表明某些表观遗传因子可以调节基因表达，对许多癌症和疾病的发生有重要作用。
此外，表观遗传学研究还可能有助于揭示糖尿病、心血管疾病和神经退行性疾病的遗传发生机制。
总之，表观遗传学是一门复杂而重要的学科，它在许多生物学方面发挥着重要作用，也潜在地将对临床研究和疾病的诊断和治疗产生重要作用。
表观组学学习笔记-01表观遗传学简介
表观组学学习笔记-01表观遗传学简介表观遗传学简介⼀、什么是表观遗传学（Epigenetcs）在遗传学领域，表观遗传学指研究因内外环境变化使基因型相同的个体或细胞发⽣可遗传的表达模式改变的机制。
如：扬⼦鳄受精卵在温度为28.5摄⽒度孵出全为雌鳄，当温度上升到33.5摄⽒度时孵出全为熊鳄，当⽓温在30摄⽒度时，雌雄⽐例相等。
表观遗传学的特点：不涉及DNA序列的改变；仅仅表现为表型的改变；是对环境和各种⾮遗传因素的应答；具有组织特异性和时效性。
⼆、表观遗传学包含以下⼏种现象：1、位置效应：由于基因变换了染⾊体上的位置⽽引起表型改变的现象，说明了基因组不同区域特定的染⾊质结构对基因产⽣的影响2、副突变⼀个等位基因可以诱导另⼀个等位基因发⽣可遗传的表达模式的改变，发⽣表达模式改变的等位基因称之为副突变体（paramutant），副突变可以通过减数分裂传递给下⼀代3、基因组印记（genomics imprinting）因为等位基因来源于不同亲本⽽使其表达模式发⽣改变的现象，这是在哺乳动物中最早发现的表观遗传现象。
有2种特点，⼦代的等位基因中有⼀个发⽣沉默；哪⼀个等位基因沉默取决于等位基因的亲本来源。
4、剂量效应：细胞核中具有2份或2份以上基因的个体和只有1份基因的个体表现出相同表型的遗传效应。
5、位置阻隔效应-绝缘⼦（隔离⼦）阻碍相邻基因的调控；阻⽌染⾊质对基因的抑制效应的扩散;在三维⽔平使染⾊质环化，促使远距离的调控因⼦互作总结：表观遗传学指遗传序列不变但基因的表达模式发⽣了改变，表型的改变是依环境（或基因位于染⾊体上的位置）变化⽽发⽣改变的现象。
可以简单理解为环境决定基因的表达模式。
表观遗传学的作⽤途径包含染⾊质重塑、DNA甲基化、组蛋⽩修饰、RNA甲基化、⾮编码RNA（ncRNA）的调控等。
三、表观组学⽬前常见分析（实验及⽣信分析）RNA-seq 分析：检测转录本表达⽔平变化的测序技术。
适⽤于⽐较不同处理时两组实验样本之间的基因表达⽔平的差异⽐较分析。
表观遗传学1
2012年3月7日 年 月 日
1
概
表观遗传学的特点： 表观遗传学的特点
述
可遗传的， 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； 分裂，能在细胞或个体世代间遗传； 可逆性的基因表达调节， 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； 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 没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来 DNA序列的改变或不能用DNA 解释。 解释。
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DNA甲基化和组蛋白甲基化的联系 甲基化和组蛋白甲基化的联系
二者可以联合作用以建立一种长期的沉默， 二者可以联合作用以建立一种长期的沉默，并且 可通过DNA复制传递下去 复制传递下去 可通过 组蛋白甲基化与DNA甲基化在功能上相偶联 甲基化在功能上相偶联 组蛋白甲基化与 组蛋白（H3K9)的甲基化是指导 的甲基化是指导DNA的甲基化的 组蛋白（ 的甲基化是指导 的甲基化的 一个常规信号（因为DNA甲基转移酶并不具有 一个常规信号（因为 甲基转移酶并不具有 DNA序列特异性） 序列特异性） 序列特异性
概
述
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 表观遗传学 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 DNA甲基化和染色质构象变化等 DNA甲基化和染色质构象变化等； 甲基化和染色质构象变化等；
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6
一、DNA甲基化 DNA甲基化
CpG 频 率
5’
Rb基因 Rb基因
3’
表观遗传学&基因与基因组学
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：一．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。
二．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。
(表观遗传通常被定义为DNA的序列不发生变化但是基因表达却发生了可遗传的改变，也就是说基因型未变化而表型却发生了改变，这种变化是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质的改变，并且这种改变在发育和细胞增殖的过程中能稳定的传递下去。
表观遗传学研究内容具体来说主要包括DNA甲基化表观遗传、染色质表观遗传、表观遗传基因表达调控、表观遗传基因沉默、细菌的限制性基因修饰等。
从更加广泛的意义上来说，DNA甲基化、组蛋白甲基化和乙酰化、基因沉默、基因组印记、染色质重塑、RNA剪接、RNA编辑、RNA干扰、x染色体失活等等都可以归入表观遗传学的范畴，而其中任何一个过程的异常都将影响基因结构以及基因表达，导致某些复杂综合症、多因素疾病或癌症。
) 三．表观遗传修饰从多个水平上调控基因表达：1.RNA水平：非编码RNA可通过某些机制实现对基因转录以及转录后的调控，例如microRNA、RNA干扰等2.蛋白质水平：通过对蛋白质的修饰或改变其构象实现对基因表达的调控，例如组蛋白修饰3.染色质水平：通过染色质位置、结构的变化实现对基因表达的调控，例如染色质重塑以上几个水平之间相互关联，任何一方面的异常都将影响染色质结构和基因表达。
四．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。
表观遗传学的原理及其在生命科学中的应用研究
表观遗传学的原理及其在生命科学中的应用研究表观遗传学是生命科学中的一个重要研究方向，它研究基因表达谱的变化和遗传信息在组织及细胞遗传上的转化。
表观遗传学对我们了解基因表达和对遗传信息的控制机制，以及各种生物现象如分化、衰老、疾病和重大生物事件所起的作用等，都有着重要的意义。
本文将从表观遗传学的原理及其在生命科学中的应用研究两个方面进行探讨。
一、表观遗传学的原理1. 表观遗传学的定义表观遗传学是由环境因素、生活方式和基因之间相互作用而产生的一种遗传变化，与干扰RNA（miRNA），DNA甲基化，组蛋白修饰和其他分子调节因素有关。
2. 表观遗传学的研究对象表观遗传学研究的主要对象是基因表达谱的变化和遗传信息在细胞和组织水平的变化，如miRNA和DNA甲基化等。
3. 表观遗传学的基本原理表观遗传学是通过控制DNA甲基化、组蛋白修饰等方式来控制基因表达水平，解释了生物食品和环境的因素对个体之间和种群之间遗传信息状况的影响。
二、表观遗传学在生命科学中的应用研究1. 表观遗传学在疾病的研究中的应用表观遗传学对疾病的发生和治疗具有重要意义。
在肿瘤早期诊断和预防方面，表观遗传学的研究成果可以为临床提供更准确、更全面的患者诊疗信息。
在心脑血管疾病研究中，也有大量的表观遗传学的研究成果，例如dna甲基化与缺血性心脏病、脑梗死等的关系，组蛋白修饰与心血管疾病等的关系等。
2. 表观遗传学在生殖和发育研究中的应用表观遗传学在生殖和发育研究中也具有重要意义。
例如在动物受精后，卵子和精子间DNA甲基化和组蛋白修饰的差异可以传递到下一代中，这样就可以引发生育相关疾病，如失代偿性生殖细胞发育障碍、乳腺增生等。
3. 表观遗传学在环境污染研究中的应用表观遗传学的研究可以在环境污染及环境风险评估中发挥积极的作用。
例如空气污染、淤泥沉积物和复合污染等，都可能引发生态系统中物种多样性减少、生物毒效应、基因突变或者表观遗传学上的改变等。
表观遗传学的研究为环境保护提供了一个新方法，可以更全面地评估环境毒性和生物系统的健康状况。
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。
表观遗传学和表观修饰的生物学功能
表观遗传学和表观修饰的生物学功能在生物学中，表观遗传学和表观修饰是十分重要的概念。
这两者的关系在生物体内起着至关重要的生物学功能，对生命的演化与进化也有一定的贡献。
一、什么是表观遗传学表观遗传学是研究表观基因表达调控机制的一个学科，其研究的对象是与DNA结合形成染色体的蛋白质，以及在此过程中发挥重要作用的化学修饰方式。
表观遗传学主要研究反映生物体物质基础（DNA）不变的前提下，基因表达如何发生变化的原因和机制，以及这种基因表达变化如何影响细胞分化，细胞增殖等等。
表观遗传学主要与作用因子，转录启动子，组蛋白修饰，DNA甲基化等相关。
二、什么是表观修饰表观修饰是指在基因表达调控中，通过对染色体蛋白进行化学修饰的方式，调节基因的表达。
表观修饰包括了非编码RNA，组蛋白修饰，DNA甲基化等。
在基因表达调控过程中，不仅仅是基因本身发生变化，而是在基因DNA序列周围产生一系列化学修饰，如组蛋白修饰、DNA 甲基化等。
这些化学修饰会导致染色体的结构发生变化，从而改变表观基因的表达状态，形成表观遗传。
三、表观遗传学与表观修饰的生物学功能表观遗传学和表观修饰的生物学功能非常重要，它们能够影响关键的表观基因表达调控过程。
1、蛋白质修饰对基因的表达调控起到了重要的作用组蛋白是染色体结构的主要成分之一，通过多种化学修饰方式可以调节基因的表达。
例如，如果在组蛋白N端的赖氨酸上加上乙酰化，那么这个组蛋白就在某种程度上失去了正常结构，会导致基因表达区域的染色质结构变松，变得更容易被转录因子找到，从而导致基因表达水平的升高。
2、DNA甲基化调控基因的表达DNA甲基化是指在某些位置，DNA链上的腺嘌呤基因通过加上一个甲基基团而发生化学变化。
这种化学修饰通过在染色体结构上引入不同的信号从而调节基因的表达。
甲基化在不同的生物学过程中发挥着重要的作用。
例如，在胚胎发育过程中，甲基化属于重要的表观遗传调控机制之一。
在这个过程中，甲基化水平的变化能够使得某些基因的转录因子调控活性增强或减弱，从而影响胚胎细胞的增殖、分化等计划，从而使得胚胎发育进程顺利进行。
(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。
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。
THANKS
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。
表观遗传
表观遗传组信息学1：表观遗传学概念及表观遗传的特点概念：表观遗传学是指不需要核苷酸序列变异的基因表达的可遗传改变。
1．表观遗传指不改变基因而影响基因表达和表型的遗传修饰特点：①可遗传；②可逆性；③DNA不变表观遗传的特点有：①可遗传性；②可引起基因沉默，但其作用机制与由基因突变引起基因沉默不同，具有一定的可逆性；③表观遗传可以影响遗传学过程；④目前已知DNA甲基化和组蛋白修饰是细胞中最重要的表观遗传修饰。
二者可以协作共同调节基因转录。
表观遗传组信息学(Epigenetic Informatics)：应用及开发生物信息学方法（统计分析，模式识别等）解决生物医学相关的表观遗传学问题。
2：染色质的分类以及它们的区别分类：常染色质和异染色质区别：•常染色质：基因密度较高的染色质，多在细胞周期的S期进行复制，且通常具有转录活性，能够生产蛋白质。
•异染色质：间期细胞核中染色质丝折叠程度高，处于凝缩状态，碱性染料着色深。
异染色质以浓集状态存在，通常无法转录成为mRNA。
3：核小体定义核小体定义：核小体的核心颗粒加上它的一个邻近的DNA连接子。
核小体DNA长度约为165个碱基对，其中缠绕在组蛋白八聚体周围的核心DNA约1.65圈、合147个碱基对；相邻核小体间的自由区域为20-50个碱基长度。
4：核小体定位概念•念珠状的核小体在基因组DNA分子上的精确位置称为核小体定位。
•进一步可分为：1、描述DNA特定位点与核小体核心相对线性位置的平移定位2、描述DNA双螺旋与组蛋白八聚体相对方向的旋转定位。
5：研究核小体的意义1、核小体在基因组上的组装方式及其定位机制的研究，对于理解转录因子结合和转录调控机制等多种生物学过程具有十分重要的作用。
2、在真核生物细胞中，核小体在诸如转录调控、DNA复制和修复等过程中扮演着重要角色。
核小体定位是一个涉及DNA、转录因子、组蛋白修饰酶和染色质重塑复合体等分子间相互作用的复杂过程。
6：核小体定位的检测方法1、MNase-Seq法2、MNase-chip 法3、CHIP-chip 法7：组蛋白的分类核小体由核心组蛋白八聚体（H2A\H2B\H3\H4)及缠绕其外周长度为146碱基对的DNA 组成，组蛋白H1的作用是连接核小体与DNA结合6中类型：H1、H2A、H2B、H3、H4及古细菌组蛋白8：组蛋白修饰的分类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9：组蛋白修饰的命名方法一个组蛋白修饰的精确表示由三部分组成：组蛋白名称+组蛋白尾巴上的位点+修饰（个数）。
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ncRNA介导的沉默机制
E.g. Igf2R/Air, Kcnq1/Kcnq1ot1印记基因簇
印记调控ncRNA的表达
由ncRNA顺式的沉默簇中的其他mRNA基因 尽管ncRNA在互补链上，但是沉默机制并不需要与 正义基因相重叠 可通过扩散的方式沉默染色质
Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC
ncRNA的转录能够替换活化元件区域的结合蛋白质
从而阻止增强子与启动子的结合
阻止通过活化因子调控的基因表达
ncRNA 不需要与靶位的DNA结合
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转录依赖的沉默
抑制元件区域
P
活化元件区域
P
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2. 也称为印记控制区域 (imprint control region, ICR) 或者印记中心 (imprinting centre, IC) 3. 绝大多数都有CpG islands，能够发生DNA甲基化
4. 在CpG islands内或附近通常有成簇的、有向的重 复片段
Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC
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两类印记基因簇
第一类: 父系印记簇
E.g. Igf2 and Dlk1的基因印记簇 在父系的等位ICE发生甲基化 包含与正义基因不重叠的ncRNA 采用基于绝缘子的沉默机制
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如果删除DMR Air 不表达 印记丢失 在人中，虽然存在DMR，但没有差异的组蛋白修饰，因此Air 不表达 ，因此IGF2R/M6PR 是双等位表达的
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Igf2R/Air
Air 的转录本部分与Igf2R重叠 不仅仅是简单的启动子竞争或RNAi机制
2. 卵巢里的时间炸弹 (Ovarian time bomb): 避免卵 巢滋养细胞疾病 (ovarian Trophoblastic disease)
孤雌胚胎 (parthenogenetic embryos)的生长和发育：葡萄 胚，卵子不能成熟，持续生长以致形成癌症等； 如果改变孤雌胚胎的基因组，如删除特定的母系印记基因， 能够存活并类似父系基因组的印记模式
抑制子与未被甲基化的沉默元件结合，沉默基因的表达。而当 沉默单元甲基化后，抑制子不再结合
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印记的判读机制
3. 差异性的甲基化边界元件/绝缘子
例如 CCCTC-binding factor (CTCF) 能够与未甲基化的等位 基因结合，从而阻断上游启动子与下游增强子之间的联系， 从而使得上游基因的转录被抑制
基因印记
1. 父系印记基因:
来自父系的等位基因的表达被抑制
来自母系的等位基因表达 (mono-allelic)
2. 母系印记基因:
来自母系的等位基因的表达被抑制 来自父系的等位基因表达 (mono-allelic)
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受到限制: (1) 边界元件；(2) 缺乏允许修饰向两边扩散的 DNA序列
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转录依赖的沉默
沉默不重叠的基因
模型2#: 转录诱导的沉默
(B) ncRNA的转录抑制待转录单元中的活化元件区域
例如：Ig基因的染色体附近区域
表达模式: 母系 父系 双等位 未知
KCNQ1OT1 KCNQ1
PWS/AS SNURF-SNRPN UBE3A-UBE3A-AS
IGF2-H19 Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC
印记基因的特征
1. 每一个印记基因簇由一个印记控制元件 (imprint control element, ICE) 所调控
存在于失活的等位基因中
2. 通常具有不同的组蛋白修饰，染色体结构等 3. DNA复制不同步
父系的拷贝较早发生复制
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印记的判读机制
1. IC/ICR/ICE
较长的、顺式作用的序列 调控多个基因
2. 等位基因特异性的甲基化在生殖系 (germ line)建 立并维持
基因印记
1. 由表观遗传修饰决定的，来源于双亲 (Parentof-origin) 的特异性表达的基因。
A. 两个等位基因中只有一个印记基因表达
B. 可遗传的修饰，并且不改变基因序列的组成
2. 由双亲基因组功能的不对称性所决定
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能够顺式的沉默不重叠的Scl22a3和Slc22a2 截短的Air转录本被印记但不能沉默其他基因，表明全长序列是 必须的
通过印记机制双亲之一的等位基因的ICE活性
3. 通过表观遗传修饰相关的顺式调控因子regions (DMRs) 一般在双亲之一的等位染色体上发生甲基化 DNA甲基化，组蛋白修饰以及polycomb蛋白质的协同作 用
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ncRNA结合到靶位的DNA序列上
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转录依赖的沉默
沉默不重叠的基因
模型2#: 转录诱导的沉默
(A) ncRNA的转录激活待转录单元中的抑制元件区域 抑制元件区域顺式的诱导沉默
染色质发生抑制性的修饰 染色质的修饰向两边扩散
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转录依赖的沉默
沉默不重叠的基因
模型1#: RNA介导的靶向定位
具有抑制性的染色质修饰和DNA甲基化标记，例如Xist
ncRNA 决定X-inactivation
因ncRNA较小，很难验证其是否决定印记基因簇中所有 基因的沉默
表观遗传学
第五章 基因组印记
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内容纲要
1. 基因组印记 2. 那些基因是印记基因？ 3. 印记是如何判读的？ 4. 印记基因的介绍 5. 配子发育过程中印记机制是如何启动的？ 6. 印记的维持和修改
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基因组印记的建立
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印记的判读机制
1. 通过CpG岛或者启动子的差异甲基化来实现
Methyl-C binding proteins (MBPs) Dnmt1 (maintenance DMT) HDACs
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ncRNA介导的沉默机制
M P
M P
Primary target
Silent gene
Active gene
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Igf2R/Air
ICE – 母系印记 调控Air ncRNA的表达 Air ncRNA对于抑制父系的Igf2R, Scl22a3和Slc22a2表 达是必须的 父系的等位ICE不被甲基化 父系ncRNA (Air)表达 抑制重叠的以及周围的正义基因的表达 (父系) DMR在Igf2r的第二个内含子中，也在Air 的启动子中
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印记的判读机制
4. 反义转录本与CpG岛或启动子的甲基化联合作用机制
•反义转录本一般父系表达 (母系中印记沉默) •起源于正义基因内的内含子序列，启动子可能与正义的基因重叠 •调控正义基因的表达: (1) promoter exclusion; (2) 改变DNA甲基化 或染色质结构; (3) RNAi机制；(4) 沉默不重叠的基因等
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反义转录本的调控
1. SiRNA与RNAi效应分子组 成复合物，并招募组蛋白甲 基转移酶 2. 通过RNA-DNA结合到作 用位点 3. H3K9发生甲基化 4. Chromodomain (CD)蛋 白质 (HP1)结合H3K9 5. 进一步甲基化，保证基因 沉默状态
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印记基因的特征
1. 通常成簇出现
2. 一个簇中一般有3~11个印记基因
绝大多数多时编码可表达蛋白质的基因
至少有一个起拮抗作用的ncRNA基因，具有双亲特异
性的表达模式
3. 在染色体上的分布较为分散
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两类印记基因簇
第一类: 母系印记簇
E.g. Igf2R, Kcnq1, Pws, Gnas 的基因印记簇
互补链上包含反义的ncRNA
在母系的等位ICE发生甲基化
抑制ncRNA的表达 表达编码蛋白质的基因
在父系的等位ICE不发生甲基化
ncRNA表达 抑制编码蛋白质的基因表达