第八章——表观遗传学与癌症
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3. 表观遗传学：不改变DNA序列的变化，产生可 遗传的基因表达的改变
癌症表观遗传学中的里程碑性事件
正常细胞 vs. 癌症
DNA甲基化
1. 最常见的表观遗传标记 2. 在人的肿瘤中，发生整体性的低DNA甲基化 3. 许多肿瘤抑制因子发生过甲基化 4. 肿瘤中DNA甲基化抑制miRNA的表达 5. 染色质网络：组蛋白修饰，DNA甲基化，在癌症中将
3. 在体细胞中，CpG岛的启动子通常不被甲基化，即使 基因不表达
4. 在体细胞中，生殖系特异性的基因多数被甲基化
5. CpG岛的启动子，失活并且不被甲基化的区域，H3K9 的双甲基化程度高 —— 阻止DNA甲基化
MASPIN
1. maspin/SERPINB5 2. airway: 气管；mammary: 乳腺；keratinocyte: 角化
DNA甲基化模式：正常细胞 vs. 癌症
1. 正常细胞中，人类CpG发生甲基化，但是启动子区域 的CpG岛不发生甲基化修饰
DNA甲基化模式：正常细胞 vs. 癌症
DNA甲基化模式
1. 人类体细胞的16,000个启动子区域
2. 在体细胞中，CpG丰度低的启动子过甲基化，可能不 影响其活性
被破坏 6. 研究DNA甲基化：亚硫酸盐修饰 (sodium bisulfite
modification) + PCR技术 7. 表观遗传组学计划 (Epigenome)
组蛋白的修饰
染色质网络
修饰依赖的蛋白质-蛋白质相互作用 组蛋白不同的修饰能够招募包含特定结构域的蛋白质
组蛋白修饰之间的关系
1. 组蛋白H3K27的乙酰化促进H3K17的甲基化； 2. H3K9的甲基化与H3S10的磷酸化之间存在竞争关系； …
组蛋白修饰的功能
1. H3K4的甲基化招募 NURF促使染色质重塑， 使得转录活化；
2. H4K20的甲基化与 H2A的磷酸化招募Crb2， 负责G2/M的阻断及DNA 修复
4. Methylated DNA immunoprecipitation (methyl–DIP)： 识别甲基化胞嘧啶的抗体，富集，芯片点样
5. In pharmacological unmasking:
A. 对照组，癌症细胞 B. 实验组，癌症细胞中加入去甲基化试剂，上调的基因可能发生去
色体不稳定性 5. 组蛋白修饰，调控基因的表达、DNA损伤修复等 6. 组蛋白密码：
A. 组蛋白的乙酰化与转录激活相关 B. H3K4甲基化与转录激活相关 C. H3K9, H3K27和H4K20的甲基化与转录沉默相关
DNA甲基化与组蛋白修饰
组蛋白密码
A. 修饰结合蛋白质：组 蛋白密码的阅读器
3. H3K4的甲基化招募乙 酰转移酶，进一步乙酰化 H4，使得染色质构象打 开
Epigenome
1. 对25种脑部肿瘤分析，灰色：删除；黄色：插入；橙 色：获得并且被甲基化；红色：删除并且甲基化；浅蓝： 部分甲基化；深蓝：双等位基因甲基化
正常细胞中的表观遗传特征
1. 在人中，DNA甲基化通常发生在-CG-序列上 (CpG)；
表观遗传学
第八章 表观遗传学与癌症
经典遗传学 vs. 表观遗传学
1. 经典的遗传学
不能完全的解释生物表型的多样性 同卵的双胞胎：表型存在差异 克隆的动物：相同基因的表达不同
2. 1939年，C.H. Waddington提出表观遗传学 的概念，“the causal interactions between genes and their products, which bring the phenotype into being”
细胞；prostate：前列腺
MASPIN的甲基化
MASPIN的组蛋白修饰
1. MASPIN的乙酰化修饰，具有组织特异性
正常细胞中的表观遗传特征
1. 基因组印记需要等位基因之一被过甲基化，以保 证单等位表达
2. X染色体失活 3. 基因组重复片段的过甲基化，阻止染色体的不稳
定性、迁移，以及由转座子导致的基因破坏 4. DNMTs缺陷导致细胞不正常的DNA甲基化 – 染
甲基化，测序
甲基化模式的检测方法
皮肤癌的发展过程
Papilloma：刺瘤
DNA低甲基化 vs. 癌症
1. DNA低甲基化/去甲基化对癌症细胞发育的作 用：
B. 组蛋白密码的组合方 式
C. 不同组蛋白的修饰组 合起来发挥功能
组蛋白密码的擦除
1. 对于活化的基因， Ub将H3切断，去除 乙酰化修饰的N端， 在HDAC的作用下， 关闭基因
2. 对于沉默的基因， Ub直接降解组蛋白 H3
肿瘤中的DNA低甲基化
1. 在肿瘤细胞中，整体的DNA的甲基化水平显著 降低
2. 去甲基化区域：重复片段；编码区以及内含 子——产生可变剪切异构体
3. 基因丰富低的区域发生显著的去甲基化 4. 在肿瘤发育过程中，DNA甲基化程度的降低使
得进一步损伤加剧，促进从良性扩增到恶性扩增 的转变
源自文库
甲基化模式的检测方法
1. Restriction landmark genomic scanning (RLGS): 首先 随机打断，NotI识别甲基化位点并特异性切断，32P标记末端， 二维电泳分离，比较
2. Amplification of intermethylated sites (AIMS): 使用甲 基化敏感的限制性酶处理DNA序列，连接寡核苷酸特异性识 别限制性酶处理后的末端，连接，PCR扩增，跑胶测序
3. Differential methylation hybridization (DMH):使用甲基 化敏感的限制性酶处理DNA序列，连接寡核苷酸，PCR扩增， 芯片点样
2. 富含CpG的区域称为CpG岛，这些区域通常 定位于基因的5’端非编码、调控区域；
3. CpG岛通常不发生甲基化修饰， 4. 有些基因启动子的CpG岛可以发生甲基化
A. 组织表达特异性基因的调控，MASPIN (血清蛋白 酶抑制剂家族的成员)
B. 生殖系基因，MAGE，在几乎所有的组织中沉默， 而在恶性肿瘤中表达
癌症表观遗传学中的里程碑性事件
正常细胞 vs. 癌症
DNA甲基化
1. 最常见的表观遗传标记 2. 在人的肿瘤中，发生整体性的低DNA甲基化 3. 许多肿瘤抑制因子发生过甲基化 4. 肿瘤中DNA甲基化抑制miRNA的表达 5. 染色质网络：组蛋白修饰，DNA甲基化，在癌症中将
3. 在体细胞中，CpG岛的启动子通常不被甲基化，即使 基因不表达
4. 在体细胞中，生殖系特异性的基因多数被甲基化
5. CpG岛的启动子，失活并且不被甲基化的区域，H3K9 的双甲基化程度高 —— 阻止DNA甲基化
MASPIN
1. maspin/SERPINB5 2. airway: 气管；mammary: 乳腺；keratinocyte: 角化
DNA甲基化模式：正常细胞 vs. 癌症
1. 正常细胞中，人类CpG发生甲基化，但是启动子区域 的CpG岛不发生甲基化修饰
DNA甲基化模式：正常细胞 vs. 癌症
DNA甲基化模式
1. 人类体细胞的16,000个启动子区域
2. 在体细胞中，CpG丰度低的启动子过甲基化，可能不 影响其活性
被破坏 6. 研究DNA甲基化：亚硫酸盐修饰 (sodium bisulfite
modification) + PCR技术 7. 表观遗传组学计划 (Epigenome)
组蛋白的修饰
染色质网络
修饰依赖的蛋白质-蛋白质相互作用 组蛋白不同的修饰能够招募包含特定结构域的蛋白质
组蛋白修饰之间的关系
1. 组蛋白H3K27的乙酰化促进H3K17的甲基化； 2. H3K9的甲基化与H3S10的磷酸化之间存在竞争关系； …
组蛋白修饰的功能
1. H3K4的甲基化招募 NURF促使染色质重塑， 使得转录活化；
2. H4K20的甲基化与 H2A的磷酸化招募Crb2， 负责G2/M的阻断及DNA 修复
4. Methylated DNA immunoprecipitation (methyl–DIP)： 识别甲基化胞嘧啶的抗体，富集，芯片点样
5. In pharmacological unmasking:
A. 对照组，癌症细胞 B. 实验组，癌症细胞中加入去甲基化试剂，上调的基因可能发生去
色体不稳定性 5. 组蛋白修饰，调控基因的表达、DNA损伤修复等 6. 组蛋白密码：
A. 组蛋白的乙酰化与转录激活相关 B. H3K4甲基化与转录激活相关 C. H3K9, H3K27和H4K20的甲基化与转录沉默相关
DNA甲基化与组蛋白修饰
组蛋白密码
A. 修饰结合蛋白质：组 蛋白密码的阅读器
3. H3K4的甲基化招募乙 酰转移酶，进一步乙酰化 H4，使得染色质构象打 开
Epigenome
1. 对25种脑部肿瘤分析，灰色：删除；黄色：插入；橙 色：获得并且被甲基化；红色：删除并且甲基化；浅蓝： 部分甲基化；深蓝：双等位基因甲基化
正常细胞中的表观遗传特征
1. 在人中，DNA甲基化通常发生在-CG-序列上 (CpG)；
表观遗传学
第八章 表观遗传学与癌症
经典遗传学 vs. 表观遗传学
1. 经典的遗传学
不能完全的解释生物表型的多样性 同卵的双胞胎：表型存在差异 克隆的动物：相同基因的表达不同
2. 1939年，C.H. Waddington提出表观遗传学 的概念，“the causal interactions between genes and their products, which bring the phenotype into being”
细胞；prostate：前列腺
MASPIN的甲基化
MASPIN的组蛋白修饰
1. MASPIN的乙酰化修饰，具有组织特异性
正常细胞中的表观遗传特征
1. 基因组印记需要等位基因之一被过甲基化，以保 证单等位表达
2. X染色体失活 3. 基因组重复片段的过甲基化，阻止染色体的不稳
定性、迁移，以及由转座子导致的基因破坏 4. DNMTs缺陷导致细胞不正常的DNA甲基化 – 染
甲基化，测序
甲基化模式的检测方法
皮肤癌的发展过程
Papilloma：刺瘤
DNA低甲基化 vs. 癌症
1. DNA低甲基化/去甲基化对癌症细胞发育的作 用：
B. 组蛋白密码的组合方 式
C. 不同组蛋白的修饰组 合起来发挥功能
组蛋白密码的擦除
1. 对于活化的基因， Ub将H3切断，去除 乙酰化修饰的N端， 在HDAC的作用下， 关闭基因
2. 对于沉默的基因， Ub直接降解组蛋白 H3
肿瘤中的DNA低甲基化
1. 在肿瘤细胞中，整体的DNA的甲基化水平显著 降低
2. 去甲基化区域：重复片段；编码区以及内含 子——产生可变剪切异构体
3. 基因丰富低的区域发生显著的去甲基化 4. 在肿瘤发育过程中，DNA甲基化程度的降低使
得进一步损伤加剧，促进从良性扩增到恶性扩增 的转变
源自文库
甲基化模式的检测方法
1. Restriction landmark genomic scanning (RLGS): 首先 随机打断，NotI识别甲基化位点并特异性切断，32P标记末端， 二维电泳分离，比较
2. Amplification of intermethylated sites (AIMS): 使用甲 基化敏感的限制性酶处理DNA序列，连接寡核苷酸特异性识 别限制性酶处理后的末端，连接，PCR扩增，跑胶测序
3. Differential methylation hybridization (DMH):使用甲基 化敏感的限制性酶处理DNA序列，连接寡核苷酸，PCR扩增， 芯片点样
2. 富含CpG的区域称为CpG岛，这些区域通常 定位于基因的5’端非编码、调控区域；
3. CpG岛通常不发生甲基化修饰， 4. 有些基因启动子的CpG岛可以发生甲基化
A. 组织表达特异性基因的调控，MASPIN (血清蛋白 酶抑制剂家族的成员)
B. 生殖系基因，MAGE，在几乎所有的组织中沉默， 而在恶性肿瘤中表达