表观遗传学和人类疾病
表观遗传学与疾病
表观遗传学与疾病经典遗传学认为遗传的分子基础是核酸,生命的遗传信息储存在核算的碱基序列上,碱基序列的改变会引起生物体表现型的改变,而这种改变可以从上一代传递到下一代。
然而,随着遗传学的发展,人们发现,DNN、组蛋白、染色体水平的修饰也会造成基因表达模式的变化,并且这种改变是可以遗传的。
这种通过有丝分裂或减数分裂来传递非DNA序列遗传信息的现象成为表观遗传,表观遗传学是研究不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传修饰,即探索从基因演绎为表型的过程和机制的一门学科。
表观遗传学主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、非编码RNA 调控、基因组印记、假基因、内含子、核糖开关等。
和表观遗传学相关的疾病主要有肿瘤、心血管病、成瘾、自身免疫系统性病等。
表观遗传学与肿瘤:在癌症中,DNA甲基化发生了很大的变化,出现了大量甲基化缺失的现象,但在一些特殊的启动子区也出现了DNA甲基化的获得的现象。
基因启动子区的CpG岛在正常状态下一般是非甲基化的,当其发生甲基化时,常导致基因转录沉默,使重要基因如抑癌基因、DNA 修复基因等丧失功能,从而导致正常细胞的生长分化失调以及DNA 损伤不能被及时修复,这在肿瘤的发生和发展过程中起到了不容忽视的作用。
如胃癌、结肠癌、乳腺癌、肺癌等众多恶性肿瘤都不同程度地存在一个或多个肿瘤抑制基因CpG岛甲基化。
另外,当甲基化对印记基因修饰紊乱时会造成印记丢失、抑制和刺激生长的信号失衡,这也会造成多种肿瘤的发生;miRNA的表达水平的改变也和癌症有关。
成瘾与表观遗传学:很多研究已经确定在药物诱导下能使VTA、NAc等大脑相关区域的mRNA的表达发生变化。
这种表达的变化在停药几个月后仍然能够持续。
这些长期的变化是在组蛋白修饰的驱使下导致基因表达的长期变化。
FosB 可以直接引起Cdk5基因的表达,在特异的启动区域,积聚FosB与染色质重塑因子相互作用,调控基因表达,对成瘾的维持起到重要的作用。
人类表观遗传学与疾病发生的关系
人类表观遗传学与疾病发生的关系人类表观遗传学是指某些基因表达活动被上皮表观遗传标记调控的现象,通常被称为表观遗传现象。
这些上皮标记涵盖了DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA等多种不同类型,因此表观遗传学成为了研究基因表达调控、疾病发生及治疗的热点领域。
表观遗传学不仅涉及肿瘤疾病,还包括心血管疾病、类固醇依赖性皮炎、糖尿病等常见疾病。
表观遗传学在疾病预测和诊断方面具有巨大潜力。
通过对人类基因组的测序,我们了解到人类DNA序列有着丰富、复杂的个体差异。
基于这些差异性,我们可以利用表观遗传学来预测和诊断疾病。
其中最重要的应用是癌症预后。
癌症患者有许多不同的基因序列变异,但是基因甲基化或某些组蛋白修饰形式与某些特定的癌症相关。
这个基于表观遗传学的癌症诊断方式因此成为临床医生预后和诊断判断的有力手段。
除了诊断疾病之外,表观遗传学还在我们对疾病治疗的理解中发挥着越来越重要的作用,尤其是在肿瘤治疗中。
肿瘤细胞生长和分化过程中,表观遗传标记的变化引发了多种关键途径的改变,包括细胞增殖、凋亡等生物学过程。
因此,研究表观遗传学机制,可以为肿瘤治疗提供新的发展方向。
另一个与表观遗传学和疾病相关的重要领域是心血管疾病。
这些疾病是主要的死亡原因之一,而许多风险因素,如高血压、高胆固醇、肥胖和糖尿病等都涉及到表观遗传标记的变异。
表观遗传学和心血管疾病之间的关系仍在研究中得到证实,但已经有越来越多的数据表明了它们之间的联系。
例如,研究表明,机体暴露于塑化剂等环境毒物时可能导致DNA甲基化水平的变化,进而增加心血管疾病的风险。
最后,表观遗传学也与糖尿病等慢性代谢性疾病相关联。
这些疾病在全球范围内频繁发生,是由于环境暴露和遗传因素的相互作用所导致。
在这些疾病中,表观遗传学的变化可以影响人体对葡萄糖的代谢以及胰岛素的分泌。
例如,大规模人群的研究表明,某些基因的甲基化状态与糖尿病的罹患风险密切相关。
结论上,表观遗传学是现代医学研究的热点领域,充满着巨大的潜力和挑战。
表观遗传学在人类疾病中的作用
表观遗传学在人类疾病中的作用随着科学技术的飞速发展,人类对基因的研究也越来越深入,基因变异可以导致患上某些疾病成为人们所熟知的科学常识。
但是,除了基因本身的变异以外,人类疾病的发生与发展还与其他因素密切相关,比如表观遗传学。
表观遗传学是指细胞遗传物质DNA上的所有可遗传变化,也就是基因表达模式的改变,但是并不涉及DNA序列本身的改变。
这些改变可以通过染色质组装和维持来传递给后代细胞,并可能对后代个体的表现型有意义的影响。
表观遗传学可以通过多种方式影响人体健康。
该领域最为常见的研究是DNA甲基化,对于大多数哺乳动物而言,DNA甲基化是维持基因组稳定性,调节基因表达的重要遗传过程。
基因的DNA甲基化特征与一系列慢性疾病有关,包括糖尿病,类风湿性关节炎,心脏病和癌症。
其中,研究人员在DNA甲基化和心血管疾病之间的关系方面取得了一些进展。
低甲基化水平可能导致心肌梗塞和心脏病的发生,因此,DNA甲基化可以作为早期心血管疾病的诊断标志。
除DNA甲基化之外,组蛋白修饰也是表观遗传学中的重要内容。
组蛋白通过与DNA相互作用,调控基因表达。
研究表明组蛋白修饰与某些疾病有关系,包括肿瘤、免疫疾病等。
越来越多的研究表明表观遗传学还可能是一种细胞和分子水平的疾病治疗方法。
这个领域的主要研究方向是开发针对表观基因组的新药,以治疗疾病,很多初步的研究结果都非常的有前途。
总之,表观遗传学在人类疾病研究中起着重要的作用,影响着慢性疾病、自身免疫疾病、心脑血管疾病、肿瘤等的发生和发展,具有重要的临床应用前景。
人类对表观遗传学的认识将有助于治疗和预防多种人类疾病,促进人类健康的持续发展。
表观遗传学在人类疾病中的作用
表观遗传学在人类疾病中的作用表观遗传学是伴随着基因遗传学而发展起来的一门生物学科学。
相较于基因遗传学研究的是DNA序列的变异和基因表达,表观遗传学关注的是在基因表达水平发挥作用的非编码RNA,染色质重塑和DNA甲基化等。
如今,越来越多的证据显示表观遗传学在人类疾病的发病机制中可能扮演着至关重要的角色。
本文将从以下几个方面进一步展开。
1. 表观遗传学在先天性疾病中的角色表观遗传学在先天性疾病的发病中扮演着重要的角色。
例如,越来越多的研究表明甲基化改变是唐氏综合症的一种常见的表观遗传学改变之一,可能与MTHFR 基因的甲基化状态有关。
此外,乔治-贝克综合症的研究也提示了表观遗传学变化在疾病中的重要作用。
研究发现,由于染色质的开放程度的不同,乔治-贝克综合症患者患有大量的表观遗传学变化,从而导致了基因的表达异常。
2. 表观遗传学在癌症中的作用癌症是一个高度复杂的疾病,在癌症的发展过程中,表观遗传学变化也扮演了重要的角色。
多种癌症类型都伴随着DNA的高甲基化状态,这些状态可能导致了关键基因的静默或活化。
比如,一个被广泛研究的例子是BRCA1基因。
该基因的甲基化状态变化会导致患乳腺癌或卵巢癌的女性产生DNA损伤修复的异常。
而这个过程的发生是因为这样的基因失活所造成的。
结合表观遗传学和基因组学研究,已经开发了一些新型的癌症治疗方法,这些方法在胚胎学和慢性疾病研究中也有广泛的应用。
3. 表观遗传学在糖尿病中的作用糖尿病已成为全球公共卫生问题。
表观遗传学提供了一个新的视角,以理解糖尿病的发病机制。
糖尿病在不同人群中并非完全相同,推测可能由环境暴露和基因突变等多种因素所导致。
一项研究表明,糖尿病患者的DNA甲基化特征与肥胖和高血糖有关。
而且,这种细胞分化过程的变化似乎在怀孕期特别明显。
这一结果提示了表观遗传学在糖尿病的发病过程中扮演了重要的角色。
4. 表观遗传学在精神疾病中的作用精神疾病是极其复杂的,表观遗传学在精神疾病的发病中也扮演着重要的角色。
表观遗传与人类疾病
表观遗传与人类疾病辛阳阳 2010458136 10护本2班摘要没有DNA序列变化的基础上,基因表达的可遗传性的改变。
关键词表观遗传学DNA甲基化表观基因异常上个世纪50年代初,Watson和Crick建立了DNA分子结构模型,极大程度地促进了生命科学的发展。
自此遗传学便成为现代医学研究领域中一个重要的分支。
人类已经认识到基因突变可以导致疾病的发生,如慢性进行性舞蹈病(Huntington's chorea, Hc)和囊性纤维化等。
近年来在遗传学中还兴起了一个新的具有深远意义的前沿学科——表观遗传学,主要研究在没有DNA序列变化的基础上,基因表达的可遗传性的改变。
这一迅速发展的学科在分子水平揭示了复杂的临床现象,为解开生命奥秘及征服疾病带来希望。
表观遗传学的基本原理:DNA甲基化和组蛋白的修饰人类基因组大约含有23000个功能基因,细胞的生长需要这些功能基因在特定的时间条件下准确表达。
真核细胞基因组和组蛋白紧密地包装在一起,形成一个个核小体,核小体是构成染色质的基本单位。
基因的表达需要改变染色质的状态:染色质压缩程度高时基因沉默(即无转录活性),染色质压缩程度较低时基因表达(即有转录活性)。
染色质这种动态的转换是靠DNA甲基化和组蛋白修饰可逆的调节的。
这个表观遗传修饰过程涉到及几个酶,包括:DNA甲基转移酶(DNMTs)、组蛋白去乙酰化酶(HDACs)、组蛋白乙酰化酶、组蛋白甲基转移酶和甲基结构域结合蛋白MECP2。
DNA和组蛋白正常表型的改变调节着功能基因的转录,最终导致临床出现相应的表现。
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。
CpG相对集中的区域称为CpG岛。
CpG岛存在于组织特异基因或者管家基因。
生理情况下,CpG 岛是非甲基化的。
当CpGs异常甲基化会导致所在基因沉默,阻遏甲基化敏感蛋白与基因的结合,使基因很容易发生变异。
表观遗传学与人类疾病
表观遗传学与人类疾病近些年来,人们对于表观遗传学的研究日益深入,研究发现,表观遗传学不仅关乎对人类基因组的理解,还与人类疾病息息相关。
表观遗传学是一门研究人类细胞内DNA分子上的化学变化(如DNA甲基化、组蛋白修饰等),以及这些化学变化对基因表达的影响的学科。
表观遗传学与人类疾病之间的关系,由于它们的深刻联系而变得越来越重要和有意义。
表观遗传学的研究进展DNA甲基化是表观遗传学中的一个重要过程。
据估计,DNA 上约有三千万个甲基化位点,其中78%位于非编码区域。
这些位点的甲基化水平会因基因表达、细胞分化和发育而有所变化。
DNA甲基化修饰可影响基因的表达,进而影响个体的生长、发育和疾病易感性。
近年来,已经崛起了一种新的基因定位技术,被称为群体CpG 甲基化定位。
这种技术可以用来确定两个不同细胞中DNA甲基化的差异。
同时,这项技术还可以用于疾病的研究,例如通过比较肿瘤细胞和正常细胞的甲基化差异,来发现与肿瘤相关的基因表达差异。
表观遗传学与人类疾病的关系表观遗传学的研究,已经表明DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质构象等表观遗传机制与许多人类疾病的发生和进展相关。
以癌症为例,全球约有1400万人死于癌症,其中每天约有8000人死于肺癌、6000人死于乳腺癌和5000人死于结直肠癌等。
现在已经确定了一些与癌症发生有关的基因,但遗传变异只占了癌症发生的部分原因。
此外,很多非遗传因素也会增加癌症的发病风险。
研究结果表明,环境因素与表观遗传学相关。
例如,在癌细胞中,发现了DNA甲基化的不同谱系,这些谱系会影响癌症的进展和治疗方式。
另外还有一些表观遗传学调控因子与肥胖症、糖尿病、高血压、冠心病等多种代谢性疾病有关,这些疾病已经成为世界上致残和致死最多的疾病之一。
研究进一步表明:表观遗传学的研究和应用有利于提高疾病诊断的准确率和治疗的有效性。
表观遗传学在未来的发展随着表观遗传学的研究深入,认识到其在许多生理和病理学情况下的作用已经发生了重大转变。
表观遗传学与疾病的关系
表观遗传学与疾病的关系表观遗传学这个词汇早在解析基因组以前就已经被提出,但是近年来随着科技的发展和研究的深入,表观遗传学受到了更多关注。
表观遗传学研究的是基因组中不是由直接的 DNA 序列编码的这些变化,而是指带有遗传记忆、不依赖 DNA 序列,但可被继承或可变化的某些“标记”,例如 DNA 甲基化、组蛋白修饰等。
过去的遗传学通常认为后代从父母获得的 DNA 序列是在自然选择中漫长时间的适应和传递所筛选出的优良的遗传信息,但是由于环境和个人的生活习惯等因素的影响,基因组中还包含了一些非常个体化的变化。
这些变化并不直接与基因序列本身相关联,而是可以被逐代传递和影响后代的表观遗传标记。
表观遗传标记可以随着个体的生活环境、生理状态等发生变化,从而导致基因的表达发生改变,引起疾病的发生或发展。
比如在许多慢性病的发生和进展中,例如癌症、心血管疾病、糖尿病等,表观遗传组学的研究已经证明了表观遗传标记与这些疾病的密切关系。
例如,心血管疾病患者的血管壁细胞和单核细胞的 DNA 甲基化的状态改变,可以影响一系列的心血管生物学事件,如氧化应激、炎症反应、血栓形成等,并最终导致心血管事件的发生。
而对于肥胖症、代谢综合症等代谢性疾病来说,表观遗传的调控机制同样是一个非常重要的因素。
肥胖患者的脂肪组织中每个细胞的 DNA 甲基化的时间和方式可能会影响脂肪细胞的分化和脂肪酸的代谢,从而导致脂质物质过多的存储和释放,促进肥胖的发生。
这两个例子都表明,表观遗传学与许多疾病的发生和发展有非常密切的关系,这表明了通过研究表观遗传组学来预防和治疗这些疾病的巨大潜力。
此外,表观遗传标记也对一些不能够解释为单基因遗传的疾病成因提供了一种解释。
例如,自闭症和精神分裂症等一些精神疾病并不是一个单一的基因所决定的,而是一个由体内多个基因和环境因素相互作用而导致的复杂病因。
这时候,通过表观遗传组学的研究,我们能够更好地了解这些疾病的发生和发展过程,将这些知识用于临床实践,对于预防和治疗这些疾病都有着非常重要的意义。
表观遗传学与疾病发生的关联性
表观遗传学与疾病发生的关联性表观遗传学作为近年来兴起的新兴科学领域,是指对基因组中DNA序列以外的各种影响因素及其遗传效应的研究。
这其中包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA、基因剪接等等。
通过这些研究,科学家们发现表观遗传学与许多人类疾病的发生密切相关。
那么,究竟是怎样的机制使得表观遗传学对疾病的发生产生影响呢?首先,我们需要了解到DNA甲基化是表观遗传学中被研究最为深入的一种修饰方式。
DNA甲基化是指将甲基分子与DNA分子结合,使得这些结合部位中的基因区域不再具有生物学表达的特性。
这种分子的结合过程发生在特定酶的作用下。
然而,当酶功能失调时,这种结合就会出现异常。
这就导致了DNA甲基化的紊乱,最终导致了人类的一些疾病的发生。
在这些疾病中,最为典型的就是癌症。
从表观遗传学的角度来看,癌症的发生不仅仅是由于基因的突变,还存在着表观遗传学上的异常。
举个例子,一项研究发现,许多普通的肿瘤组织都包含了DNA甲基化的不良影响。
这些不良影响可能会影响到基因的表达,从而导致癌症的发生。
通过对这些DNA甲基化位置的研究,科学家们可以预测出某些特定的基因会受到甲基化的影响,从而成为癌症的易感基因。
这也为癌症治疗提供了一些很重要的启示。
除了癌症外,表观遗传学还与神经系统疾病的发生密切相关。
多数情况下,这种机制是直接影响到神经元的发育和运行。
在一个健康的人体内,神经元的正常运转主要依靠某些基因的表达调控。
然而,对于某些人来说,这些基因的表达调控就会发生变异,从而导致神经元失调。
除了甲基化修饰,组蛋白修饰也是表观遗传学中另外一种重要的研究方向。
组蛋白修饰指的是将组蛋白中的一些氨基酸残基进行化学修饰,从而影响基因的表达。
而组蛋白的修饰主要受垃圾清除机制的影响。
一项研究就发现,一些常见的神经退行性疾病,如阿尔兹海默病和亚历兹默病,会影响到垃圾清除机制,从而导致组蛋白的异常修饰,最终导致神经元的死亡。
此外,非编码RNA和基因剪接等新的表观遗传学研究领域也被证明与一系列人类疾病的发生有关。
表观遗传学和人类疾病的关系研究
表观遗传学和人类疾病的关系研究随着科技的不断发展和人类对自身生物学的深入研究,越来越多的人们开始关注表观遗传学和人类疾病之间的关系。
表观遗传学是研究非DNA序列因素对基因表达和物种进化的影响的学科,它是遗传学和环境学的交叉学科。
未来科学家希望通过表观遗传学的研究,为疾病的治疗和预防提供新的思路和突破。
一、表观遗传学和人类疾病的关系表观遗传学在人类疾病的研究中发挥着重要作用。
研究表明,许多疾病都与表观遗传因素有关,包括癌症、糖尿病、心血管疾病等。
这些疾病的发生与人体基因组的改变有关,而表观遗传学正是这些变化的主要调节机制。
例如,肿瘤细胞和正常细胞之间常常存在表观遗传学上的差异,这是导致癌症发生的原因之一。
对人类疾病的研究还显示,一些环境因素可以直接影响表观遗传学的作用。
环境因素包括着装、饮食、生活常规等等。
不同的环境因素都可能对表观遗传学的作用产生不同的影响,从而导致不同种类的疾病发生。
例如,饮食结构的改变可能会导致一些代谢性疾病的发生,如糖尿病和肥胖症。
二、表观遗传学与基因治疗近年来,基因治疗已成为医学领域的一个热点话题。
表观遗传学的研究成果也为基因治疗提供了新的思路和实现方式。
例如,人们可以利用表观遗传学技术来改变基因的表达模式,从而控制疾病的发生和发展。
在基因治疗中,表观遗传学技术通常用于改变特定基因的表达模式。
通过对基因表达模式的控制,科学家可以治愈一些目前无法根治的疾病。
在基因治疗中,人们还可以利用表观遗传学技术来控制细胞的分化和增殖,这对治疗癌症等疾病具有重要作用。
三、表观遗传学在药物研究中的应用除了基因治疗外,表观遗传学的研究还可以为药物研究和临床治疗提供重要的帮助。
表观遗传学在药物研究中的应用是指通过对细胞基因表达模式的调节,来发现和开发新的药物。
许多药物的作用原理就是针对基因的表达进行调控。
而表观遗传学技术可以被用来研究药物对基因表达的影响,并为药物的治疗效果提供更深入的认识。
此外,表观遗传学技术可以帮助科学家更好地理解药物的副作用和药物治疗效果的不足,并为药物研究提供新的解决方案。
表观遗传学与人类多种疾病
表观遗传学与人类多种疾病表观遗传学研究的是通过环境因素诱导或间接改变基因表达状态的外显性遗传变化,它们通常不直接改变DNA序列的信息。
表观遗传学影响人类健康的多种方面,包括早期发育、免疫系统和心血管系统的功能、代谢性疾病和肿瘤。
本文将重点关注表观遗传学的发现与研究,以及它与人类健康之间的联系。
什么是表观遗传学?表观遗传学是遗传学的分支学科之一,研究的是外部环境和基因间的相互作用,其过程中高度复杂的机制影响了基因表达而不直接改变DNA的序列。
在发育、暴露于污染或营养不良等环境因素下,表观遗传调控机制对细胞的生产力、激素敏感性和免疫反应等产生了广泛的影响。
表观遗传学通过研究不同生理过程中表观遗传变化的程度,揭示了作为遗传调节机制的作用,旨在研究表观遗传学领域的专家提出了“表观遗传编码”的概念,以表明表观遗传变化与传统上认为的基因表达的概念有关。
表观遗传学与疾病表观遗传学研究提供了机制和指南,以发现并识别可能对多种疾病有贡献的环境与基因之间的关系。
表观遗传调节机制也一直被认为和食物、心理刺激、荷尔蒙和环境毒素等因素直接相关,造成多种代谢性疾病如肥胖、糖尿病等的构成。
调查显示,表观遗传变化与儿童早期发育相关性很高,可预测儿童智力发育水平,而且对儿童肺癌、哮喘、自闭症和注意力缺陷与多动症(ADHD)等情况的患病风险与接触危险物质如铅、胁迫、高温、吸烟或病毒感染等环境因素密切相关。
除此之外,表观遗传调节机制还揭示出了一些与癌症相关的遗传变异,超过50种癌症已经与表观遗传学义上的修饰存在关系,诸如乳腺癌和肝癌,肺癌,结肠癌和卵巢癌等。
表观遗传学所用的技术设计并建立表观遗传学实验需要技术来辅助研究,主要包含了:基因挖掘系列技术、高通量染色质免疫分析、质谱分析、给位分析、毒性基因测序、染色体凝胶电泳、clonal amplification和流式细胞术等方法开展表观遗传方面的研究开展。
同时也需要在很多相关领域进行相互配合,如环境毒理学、生理学、病理学、遗传学、生物化学等,与他们合作以建立全面的表观遗传学试验,可以帮助确定影响疾病的各种因素,而不仅仅是一些已知基因的作用。
人类疾病的遗传和表观遗传学特征
人类疾病的遗传和表观遗传学特征人类疾病是人体内部功能失调或器官损伤所导致的异常状态。
随着现代医学技术的不断发展,我们对人类疾病的诊断和治疗有了越来越深入的了解。
在这些疾病背后,常常隐藏着遗传和表观遗传学的特征。
本文将着重探讨人类疾病的遗传和表观遗传学特征,为大家带来新的理解和认识。
遗传学与人类疾病人类疾病的遗传学特征表现在基因突变、基因多态性和基因剪接等方面。
基因突变是指遗传物质DNA中的一种碱基(即由四种碱基A、T、G、C组成的DNA 中的单个“字母”)出现了异常改变,这种改变会影响基因的正常表达和功能。
基因多态性则是指基因序列中存在不同的变异形式,这种多态性会影响基因和蛋白质的结构、功能和调控。
基因剪接则是指基因在转录过程中可能产生多种不同的外显子组合形式,这种剪接可以影响基因的表达和功能。
遗传学对人类疾病研究的重要意义在于,不仅可以帮助我们理解基因突变、多态性和剪接等特征如何导致疾病的发生和发展,也可以为我们提供有效的疾病预防和治疗策略。
例如,基于BRCA1和BRCA2基因的突变,可以预测某些人是否具有乳腺癌和卵巢癌等遗传风险;基于CYP2D6基因的多态性,可以为某些患者的药物治疗提供更加精确和个性化的方案。
除了以上三个特征之外,还有一些涉及DNA修复、基因启动子和染色质构象等方面的遗传学特征也与人类疾病相关。
例如,ATM、BRCA1、BRCA2等基因参与了DNA修复过程,与癌症的发生和发展密切相关。
同时,基因启动子和染色质构象中的甲基化、乙酰化等修饰也可以影响基因的表达和功能,从而涉及疾病的发生和发展。
表观遗传学与人类疾病与遗传学不同,表观遗传学是指基因表达和功能的可塑性调控方式,主要涉及DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA等过程。
这些过程都可以影响基因表达和功能,并在人类疾病的发生和发展中扮演着重要的角色。
DNA甲基化是指DNA中的甲基基团与特定的胸腺嘧啶(CpG)基对结合的过程,这种修饰可以影响基因的表达和功能。
表观遗传学对人类疾病研究的意义
表观遗传学对人类疾病研究的意义随着科学技术的不断发展,人类对遗传学的认识也越来越深入,而表观遗传学则成为了人类疾病研究的一个新兴领域。
表观遗传学主要研究影响基因表达的非遗传因素,如DNA甲基化、组蛋白修饰等,从而深入探究遗传信息的表现和传递机制。
这一领域的发展,对于疾病的诊断、治疗和预防都有着重要的意义。
表观遗传学对疾病的诊断起到重要作用。
以癌症为例,癌症的发生与多个基因异常表达有关,其中表观遗传学调控可能起到至关重要的作用。
通过分析肿瘤细胞中的DNA甲基化状态和组蛋白修饰水平等表观遗传学修饰,可以更准确地识别不同类型和不同阶段的肿瘤,并预测疾病进展和治疗效果。
表观遗传学还能够通过检测DNA甲基化等修饰的生物标记物,实现早期癌症筛查和精准诊断,极大地提高了治疗效率和生存率。
表观遗传学对疾病的治疗也具有重要意义。
传统的治疗方法主要是针对特定基因或蛋白质的突变研究,但这种方法往往受到治疗靶点的不稳定性、耐药性、副作用等多方面因素的制约。
通过研究表观遗传学修饰,可以更加全面地理解疾病的发生机制,并通过针对DNA甲基化、组蛋白修饰等靶点的治疗措施,实现对疾病的精准干预。
例如,DNA甲基化抑制剂已经被广泛用于治疗某些癌症和免疫相关疾病,如非霍奇金淋巴瘤、肺癌、子宫内膜癌等,这些治疗方法能够有效减少肿瘤细胞的增殖和侵袭性,从而延长患者生存时间。
表观遗传学也对疾病预防具有一定的指导意义。
研究表明,环境因素、生活习惯等外部因素可以影响表观遗传学修饰,从而导致基因的异常表达,诱发疾病的发生。
因此,通过加强对环境因素和生活习惯对基因表达的影响,维护表观遗传学的稳定性,有助于减少疾病发生的风险。
例如,研究表明过度肥胖会影响DNA 甲基化的模式,增加了患者心血管疾病和糖尿病的患病风险,因此科学减肥是预防这些疾病的有效途径之一。
总之,表观遗传学的发展为疾病的诊断、治疗和预防提供了新的思路和方法。
未来,随着科技的不断进步,表观遗传学研究还将会在各个领域中得到广泛应用,为我们提供更多科学精准的医疗保障和健康指导,进一步改善人类疾病的防治水平。
表观遗传学与疾病
表观遗传学与疾病随着科技的发展,人们对于遗传学的研究越来越深入,发现人类身体健康与疾病的来源不仅仅在基因上,还与表观遗传学有着密切关系。
表观遗传学指的是影响基因表达但不涉及DNA序列变化的一系列分子机制。
它是基因表现的一个重要调节。
近年来,随着表观遗传学的研究逐渐深入,人们发现表观遗传变异(Epi-Variations)与多种疾病的发生、发展密切相关。
一、表观遗传学的研究发掘表观遗传学的机制需要从“基因”、“表现型”和环境因素三个方面入手。
1.基因表观遗传调控中的转录后修饰、非编码RNA等机制需要基因的调控因子,包括转录调控因子、DNA甲基转移酶等。
2.表现型表观遗传调控中的DNA甲基化、组蛋白修饰、核小体重组等机制可以影响染色体结构和功能,从而影响基因表达,进而影响表现型。
3.环境因素表观遗传调控与环境因素(如营养、药物、污染等)有密切关系,反过来又可以通过表观遗传机制影响个体的生长发育和疾病易感性。
表观遗传学的研究不断深入,越来越多的暴露出来,疾病的新机制也被揭示和理解。
二、表观遗传变异与疾病表观遗传变异可以被定义为对基因表达或核小体组装模式的继承形式的短期和持久改变。
这意味着,表观遗传修饰可被认为是储存于个体的自身表现型之中,这可能是健康或疾病和行为差异的关键因素。
Epi-Variations即表观遗传变异是一个新的领域,它旨在描述表观遗传免疫法(改变表观遗传模式以抵抗病原体的能力)和身份标志(工业和生物标记)的变异性。
表观遗传变异究竟对哪些疾病具有影响呢?1.癌症表观遗传变异可能导致某些基因的活化和抑制,而这正是引发癌症的原因。
例如,DNA甲基转移酶行为异常可能导致DNA甲基化不平衡,这可能导致癌症的发生。
2.精神疾病表观遗传变异已证实与很多精神疾病有密切关系。
例如,有些研究表明,神经元柄状突起蛋白-1(SHANK1)的表观遗传调节异常与自闭症谱系障碍紧密相关。
3.肥胖症表观遗传变异在肥胖症的发生中也起到了非常重要的作用。
人类免疫细胞表观遗传学特征及其与疾病关系分析
人类免疫细胞表观遗传学特征及其与疾病关系分析免疫系统是人体重要的机能系统,对于体内外的病原体及异常细胞起到抗击及清除的作用。
人类免疫系统的正常运作需要免疫细胞、细胞外基质及分子的复杂相互作用。
而细胞的表观遗传学特征是影响人类免疫系统特异性的关键因素之一。
本文将简述人类免疫细胞表观遗传学特征及其与疾病关系的研究进展。
一、什么是表观遗传学特征?表观遗传学是研究细胞功能状态、生理及病理进程中,基因表达模式的可塑性影响因素的科学。
表观遗传学研究的是影响基因表达的调节机制,这些调节机制一般不会引起基因序列变化。
表观遗传学涉及到的因素包括了:DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等。
在人类免疫系统中,表观遗传学特征对于免疫细胞的成熟、增殖、分化、功能调节及细胞死亡等方面发挥着重要作用。
二、人类免疫细胞表观遗传学特征及其功能调节1.DNA甲基化DNA甲基化是目前研究得较为广泛的表观遗传学研究领域之一。
DNA甲基化通常是指在DNA的CpG二核苷酸上发生甲基化反应的生物学作用。
这种生物学作用会进一步影响DNA的加工,其结果是影响基因表达。
在人类免疫系统中,DNA 甲基化通常会影响免疫细胞的成熟、分化、功能调节、增殖等方面。
比如,在T细胞中,特定的DNA甲基化模式会抑制T细胞的分化和功能调节。
2.组蛋白修饰组蛋白修饰是指通过改变染色质上组蛋白的化学结构,调节蛋白质活性和基因表达的过程。
组蛋白修饰通常涉及到酰化、泛素化、锌指结构蛋白等过程,这些过程会引起基因的激活、抑制、遗传记忆和染色质的结构改变。
在人类免疫系统中,组蛋白修饰主要对T细胞、B细胞以及其中的淋巴细胞亚群的成熟、增殖等发挥着重要作用。
例如,在T细胞中,组蛋白修饰对于细胞增殖、细胞免疫反应的程度等方面都有重要的影响。
3.非编码RNA调控非编码RNA是指RNA分子,它们不参与到蛋白质的编码过程中。
一些非编码RNA通过调节蛋白RNA的表达来影响基因的表达与调控。
人类疾病的遗传与表观遗传机制分析
人类疾病的遗传与表观遗传机制分析人类疾病是指病因与生活环境因素相互作用所造成的各种生理与心理异常状况。
其中,遗传因素是重要的病因之一,与其相关的研究,对于人类健康和疾病预测、诊断、治疗有着重要的意义。
本文主要从人类遗传和表观遗传两个角度,探讨人类遗传疾病的病因机制。
一、遗传疾病的基本概念人类的疾病可分为遗传性和非遗传性。
遗传性疾病指由遗传突变和基因缺陷所引起的疾病,一般是由家族内部遗传而来,具有明显的遗传规律性。
而非遗传性疾病则是由环境污染、营养不良、生活方式等因素所引起的疾病。
在人类遗传疾病中,单基因遗传病是其中的一种类型。
其病因为染色体上的单基因突变所引起,对于疾病产生有着直接的影响。
例如,囊性纤维化、苯丙酮尿症等都是单基因疾病。
此外,染色体数目异常也可引起一些遗传疾病。
例如,唐氏综合症就是由于21号染色体三体所引起的异常。
(这里可以加一些唐氏综合症的介绍)二、单基因疾病的遗传机制单基因疾病是由单个基因发生突变所引起的疾病,其遗传方式主要有两种:显性遗传和隐性遗传。
显性遗传指得到一个患者的关键性状只需要有一个突变基因就可以,只需要在一个位点上就能表达出来,这种疾病的发生率较高。
例如,多指症、多指畸形等就是显性遗传。
隐性遗传则是指需要在父母某个位点的基因都有问题才会发生,只是大概率的表现。
而其中的每个孩子都有可能患上这种疾病,发生率较低。
例如,血友病就是隐性遗传。
单基因疾病的发生,除了突变基因的影响外,还与它所涉及的蛋白质或信使分子的功能有直接关系。
这是因为,即便是单基因突变,也会影响到疾病发生所需的复杂代谢途径与信号传递,进而导致遗传疾病的发生。
三、表观遗传机制与遗传疾病除了基因组的DNA序列对疾病的影响,人体的DNA序列本身具有遗传变异。
例如在同一基因区域,会出现不同的DNA序列,称为等位基因。
而这种等位基因对于基因的表达,进而影响疾病的发生,也是一个非常重要的话题。
表观遗传学就是研究等位基因影响基因表达的学科。
表观遗传学在人类疾病中的作用研究
表观遗传学在人类疾病中的作用研究随着科技的发展,人们对生命和疾病的深入理解也随之不断被推动。
其中,表观遗传学是进一步探究人类疾病的重要角色之一。
所谓表观遗传学,是指影响基因表达而非基因本身序列的物质和活动。
人类基因组是永恒不变的,但是表观遗传学则是一种可被影响、可被改变的遗传机制。
它涉及了DNA修饰、组蛋白修饰、非编码RNA、微型RNA和DNA甲基化等复杂的生化过程,其中许多过程在疾病的发生、发展和治疗中具有重要的作用。
表观遗传学在癌症中的作用表观遗传学在人类疾病研究中的一个重要应用是癌症研究。
癌症是因为基因变异导致的疾病,但影响基因表达的化学修饰也在癌症的发生中起到很重要的作用。
例如,在DNA甲基化水平升高的人群中,癌症的发病率就高于正常人群。
甲基化还可能影响基因的转录和翻译的速度,从而导致功能上的变化。
除了DNA甲基化,组蛋白修饰也是表观遗传学中一个重要的过程。
许多癌症针对组织特异性基因的表达与组蛋白乙酰化、甲基化和去乙酰化有关。
通过这些修饰,我们可以更加准确地预测癌症的发生和预后,以便采取更好的治疗措施。
表观遗传学在神经系统疾病中的作用神经系统疾病是严重影响人类生命质量的疾病之一。
近年来,人们对表观遗传学在神经系统疾病中的作用也越来越感兴趣。
例如,许多研究人员已经发现,多种神经系统疾病患者的DNA甲基化水平高于正常人群。
而这种甲基化与疾病的发展和预后有着密切的关系。
此外,一些研究者还发现,在神经系统疾病中,组蛋白乙酰化和去乙酰化也具有很重要的作用。
组蛋白乙酰化和去乙酰化的修饰会直接影响神经元的结构和功能,因此也会影响神经系统疾病的发作和发展。
表观遗传学在自身免疫疾病中的作用另一个表观遗传学的研究方向是自身免疫疾病。
自身免疫疾病是一种人体免疫系统错误地攻击自身组织和器官的疾病。
尽管疾病的本质仍然不清楚,表观遗传学在自身免疫疾病中的作用已经被广泛研究。
例如,研究人员已经发现,在患有自身免疫疾病的人中,某些基因区域的DNA甲基化水平要比正常人群高。
表观遗传学在人类疾病研究中的应用前景
表观遗传学在人类疾病研究中的应用前景随着人类基因组计划的完成和新技术的发展,研究人类疾病逐渐转向了表观遗传学。
表观遗传学是一门新兴领域,它探讨了基因和环境之间相互作用的效应,这种效应会影响到基因的表达和维护。
表观遗传学的研究方向包括DNA甲基化、染色质重构、RNA编辑、翻译后修饰和非编码RNA等,这些方向的研究都有助于我们更好地了解疾病的形成机制和治疗方法。
人类疾病的研究中,表观遗传学的应用前景非常广阔。
其中,以下几个研究方向现已成为该领域的重点。
1. 研究表观遗传学在癌症中的作用癌症是现代医学领域中最大的难题之一。
表观遗传学在癌症中的作用已经被广泛研究。
例如,DNA甲基化是癌症中常见的表观遗传学变化之一,癌细胞中的DNA甲基化状态与癌症的发生和发展密切相关。
此外,染色质修饰和非编码RNA 也有助于癌症的治疗。
2. 研究表观遗传学在神经系统疾病中的应用神经系统疾病在全球范围内都非常普遍,如阿尔茨海默症、帕金森病等等。
表观遗传学在神经系统疾病的研究中扮演着重要角色,例如:染色质修饰可以直接影响神经系统疾病的发生和发展,RNA编辑可以改变神经元的活动状态,这些都为神经系统疾病的治疗提供了新的思路。
3. 研究表观遗传学在基因疾病中的应用表观遗传学也对基因疾病的研究产生了很大的影响。
例如,DNA甲基化是基因疾病发生和发展中的重要环节,DNA甲基化状态的变化可能会导致基因的突变或失活,从而妨碍正常的基因表达。
此外,RNA编辑和翻译后修饰也对基因疾病的治疗提供了新的思路。
4. 研究表观遗传学在代谢疾病中的应用在代谢疾病的研究中,表观遗传学也扮演了重要角色。
例如,DNA甲基化与代谢紊乱密切相关,RNA编辑和非编码RNA也会影响到代谢物的运转和代谢途径。
这些研究有助于我们更好地了解代谢疾病的复杂性和治疗方法。
总之,表观遗传学在人类疾病研究中具有非常广泛的应用前景。
未来,随着技术的不断发展,我们相信表观遗传学研究会带来越来越多的突破和进展,从而更好地了解人类疾病的发生机制以及发展治疗方法。
表观遗传学对疾病治疗的影响
表观遗传学对疾病治疗的影响近年来,人们对表观遗传学的研究愈发深入。
表观遗传学是生命科学中的一个重要分支,研究基因组中的非编码信号对基因表达的调控。
这些非编码信号可以被内部或外部的环境因素所影响,从而改变基因表达谱,导致细胞功能和疾病进展的改变。
尽管表观遗传学相对分子生物学和遗传学来说较为年轻,但其却为人类疾病治疗和疾病发病机制的研究带来了新的视角和解决方案。
一、表观遗传学与疾病治疗随着表观遗传学的深入研究,人们发现其在疾病治疗和防治方面的潜力越来越大。
最为常见的应用包括:癌症疗效的提高、心血管疾病和神经系统疾病的治疗等。
以下是相关领域的案例介绍:1、癌症疗效的提高表观遗传学的应用在癌症领域起到了重要的作用。
人们通过调控癌症相关基因的表达水平,减少体内癌细胞的增殖和扩散,目前已经有很多可供选择的靶向表观遗传学药物。
其中最为常见的应用是通过影响DNA甲基化[1]。
在某些靶向表观遗传学药物被应用之前,许多癌症的治疗方法仅仅依靠化疗、放疗等手段。
2、心血管疾病表观遗传学的应用也可用于心脏病领域,比如冠心病、心肌梗死、糖尿病等。
心血管疾病是今天医学界面临的一个巨大挑战,大部分死亡案例都与该类疾病有关。
然而,在这一领域,表观遗传学还没有被广泛应用。
一项研究发现,SMARCA5和H3K9me3磷酸水平的变化是在缺氧性系统出现,因此治疗肿瘤的药物可能会有助于心臟病的治疗[2]。
3、神经系统疾病表观遗传学也可用于神经系统疾病的治疗。
多巴胺能神经元失去稳定性的一个例子是班格综合症。
它是一种常见的中风,而表观遗传学呈现在其染色质水平中,最近的研究表明,HDACi类药物已被证实可用于防止这种疾病的发生[3]。
总之,表观遗传学的发展使得人们对疾病治疗和防治的方式增多了一种途径。
虽然在某些领域的应用还仅仅处于研究阶段,但显然表观遗传学也为之前难以解决或解决较慢的疾病问题带来了崭新的思路。
二、表观遗传学的挑战即使表观遗传学是一个具有很大潜力的领域,但与其他领域相比,这一领域也面临着自己的困难和挑战。
表观遗传变异与人类疾病的关系
表观遗传变异与人类疾病的关系表观遗传学是研究基因表达调控及其对细胞和个体发育、生长、繁殖和适应环境的影响的学科。
表观遗传变异是指某一基因及其相应氨基酸序列保持不变,但是在表观层面上出现了不同的修饰模式,这种变异可以导致基因表达发生变化,可能影响到疾病的发生、发展和治疗。
近年来,越来越多的研究表明,表观遗传变异与人类疾病存在密切关系。
DNA甲基化是一种常见的表观遗传变异方式。
甲基化是指在DNA分子的胞嘧啶环上结合一个甲基基团,从而改变基因的表达模式。
研究表明甲基化状态与多种疾病的发生、发展有密切关系,包括肿瘤、心脑血管疾病、神经系统疾病等。
例如,高血压患者的血液中DNA甲基化的水平与血压升高程度呈正相关性。
另外,部分肿瘤细胞中DNA甲基化的异常也是肿瘤发生的关键因素之一。
通过治疗甲基化酶抑制剂,可以对肿瘤细胞进行治疗,这一方法被广泛应用于临床治疗。
除DNA甲基化外,组蛋白修饰也是一种常见的表观遗传变异方式。
在组蛋白修饰过程中,蛋白质翻译后与DNA分子相结合形成染色质,从而影响基因表达。
组蛋白修饰异常也与多种疾病的发生、发展有密切关系,例如糖尿病、肺癌、淋巴瘤等。
糖尿病患者的胰岛素基因缺陷与组蛋白修饰异常有关,通过修复这一异常,可以改善胰岛素分泌功能,从而帮助患者降低血糖水平。
除此之外,微小RNA也是一种表观遗传变异方式。
微小RNA是一类长约20~24个核苷酸的小RNA分子,能够与mRNA结合并抑制mRNA转译,从而影响基因的表达。
微小RNA与多种疾病的发生、发展有密切关系,例如乳腺癌、肝癌、心血管疾病、神经系统疾病等。
通过调控微小RNA的表达,可以改变基因的表达模式,从而影响人体的健康状况。
总的来说,表观遗传变异是一种重要的遗传变异方式,它能够影响基因的表达模式,从而影响人体的健康状况。
因此,对表观遗传变异的深入研究,有助于我们更好地了解疾病的发生、发展机制,从而提高疾病的治疗效果。
表观遗传学与人类疾病的关系
表观遗传学与人类疾病的关系随着科技的不断发展,新的研究领域不断涌现,其中表观遗传学是一个备受瞩目的学科。
表观遗传学是指在不改变DNA核苷酸序列的情况下,通过化学修饰(如DNA甲基化、组蛋白修饰等)来改变基因的表达情况。
近年来,越来越多的研究表明,表观遗传学与人类疾病之间存在着密切的关系。
(一)表观遗传学的基本原理表观遗传学是遗传和环境的相互作用的结果。
以DNA甲基化为例,DNA甲基化是利用甲基化酶将甲基基团添加到DNA分子上的一种化学修饰方式,这种修饰结果会影响DNA的可读性和可修饰性。
简单地说,DNA甲基化就是通过化学修饰来"打上标记",并使得DNA区域变得难以或不容易被转录,从而影响基因的表达。
这种基因表达的调控会随着后代的遗传而传递下去,从而构成了遗传信息的一种方式,称之为表观遗传.(二)表观遗传与疾病的联系表观遗传的改变是不可逆的,少量的表观遗传修饰变化可能会增加疾病的风险和易感性。
下面介绍几种常见的疾病与表观遗传学之间的联系。
1.癌症癌症的表观遗传学研究已经逐渐成为一个热点,特别是DNA甲基化和组蛋白修饰方面。
许多研究表明,癌症细胞中存在DNA甲基化和组蛋白修饰的异常变化,在这些异常变化中,大多数都是DNA甲基化程度的降低、组蛋白乙酰化和甲基化修饰程度升高。
例如,乳腺癌和肺癌患者的组织样本中发现了DNA甲基化及组蛋白修饰异常。
这些异常会改变某些肿瘤细胞中的基因表达,从而导致细胞增殖、转移和耐药等。
2. 心血管疾病心血管疾病(CVD)是一组心脏和血管疾病,包括高血压、冠心病、心脏病等。
表观遗传修饰与CVDs发生关联的研究在最近的几年中已经获得了各种证据。
例如,一个较早的研究表明,全基因组的DNA甲基化水平与动脉粥样硬化(一种常见的CVD)的发生有关。
最近的一项研究发现,血浆DNA中的甲基化的非编码RNA能够预测心血管疾病之类的疾病风险。
3. 神经系统疾病表观遗传调控在神经系统发育与稳定过程中起着重要的作用。
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表观遗传学与人类疾病张永彪,褚嘉祐(中国医学科学院中国协和医科大学医学生物学研究所遗传室,昆明 650118)GeneTex超过10年小鼠单克隆&杂交瘤技术, 国际领先的抗体生产线!快来申请多种抗体试用装>> >>表观遗传是指DNA序列不发生变化但基因表达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它可遗传物质发生的改变,即基因型未发生变化而表型却发生了改变,且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定传递。
表观遗传改变从以下3个层面上调控基因的表达,DNA修饰:DNA共价结合一个修饰基团,使具有相同序列的等位基因处于不同的修饰状态;蛋白修饰:通过对特殊蛋白修饰或改变蛋白的构象实现对基因表达的调控;非编码RNA的调控:RNA可通过某些机制实现对基因转录的调控以及对基因转录后的调控,如RNA干扰(RNA interference,RNAi)。
表观遗传学研究包括染色质重塑、DNA甲基化、X染色体失活,非编码RNA调控4个方面,任何一方面的异常都将影响染色质结构和基因表达,导致复杂综合征、多因素疾病以及癌症。
和DNA的改变所不同的是,许多表观遗传的改变是可逆的,这就为疾病的治疗提供了乐观的前景。
本文对表观遗传四个方面的研究进展以及表观遗传疾病的发病机制进行分析和总结。
1 染色质重塑与人类疾病核小体结构的存在为染色质包装提供了便利,但DNA与组蛋白八聚体紧密结合却为基因的表达设置了障碍,要打破这一障碍获得有活性的染色质结构,可通过染色质重塑来实现。
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。
染色质重塑的发生和组蛋白N端尾巴修饰密切相关,尤其是对组蛋白H3和H4的修饰。
修饰直接影响核小体的结构,并为其它蛋白提供了和DNA作用的结合位点。
染色质重塑和组蛋白修饰均由各自特异的复合物来完成,两者发生的先后顺序与启动子序列的特异性有关;后与启动子结合的复合物有助于维持两个复合物与启动子的稳定结合,且两复合物又可相互加强对方的功能。
染色质重塑复合物、组蛋白修饰酶的突变均和转录调控、DNA甲基化、DNA重组、细胞周期、DNA的复制和修复的异常相关,这些异常可以引起生长发育畸形,智力发育迟缓,甚至导致癌症。
1.1 ATP依赖的染色质重塑与人类疾病染色质重塑复合物依靠水解ATP提供能量来完成染色质结构的改变,根据水解ATP的亚基不同,可将复合物分为SWI/SNF复合物、ISW复合物以及其它类型的复合物。
这些复合物及相关的蛋白均与转录的激活和抑制、DNA的甲基化、DNA修复以及细胞周期相关。
ATRX、ERCC6、SMARCAL1均编码与SWI/SNF复合物相关的ATP酶。
ATRX突变引起DNA甲基化异常导致数种遗传性的智力迟钝疾病如:X连锁α-地中海贫血综合征、Juberg-Marsidi综合征、Carpenter-Waziri综合征、Sutherland-Haan 综合征和Smith-Fineman-Myers综合征,这些疾病与核小体重新定位的异常引起的基因表达抑制有关。
ERCC6的突变将导致Cerebro-Oculo-Facio-Skeletal综合征和B型Cockayne综合征。
前者表现为出生后发育异常、神经退行性变、进行性关节挛缩、夭折;后者表现出紫外线敏感、骨骼畸形、侏儒、神经退行性变等症状。
这两种病对紫外诱导的DNA损伤缺乏修复能力,表明ERCC6蛋白在DNA修复中有重要的作用。
SMARCAL1的突变导致Schimke免疫性骨质发育异常,表现为多向性T细胞免疫缺陷,临床症状表明SMARCAL1蛋白可能调控和细胞增殖相关的基因的表达。
BRG1、SMARCB1和BRM编码SWI/SNF复合物特异的ATP酶,这些酶通过改变染色质的结构使成细胞纤维瘤蛋白(Retinoblastoma protein, RB 蛋白)顺利的行使调节细胞周期、抑制生长发育以及维持基因失活状态的功能,这三个基因的突变可导致肿瘤形成。
1.2 组蛋白乙酰化、去乙酰化与人类疾病组蛋白乙酰化与基因活化以及DNA复制相关,组蛋白的去乙酰化和基因的失活相关。
乙酰化转移酶(HATs)主要是在组蛋白H3、H4的N端尾上的赖氨酸加上乙酰基,去乙酰化酶(HDACs)则相反,不同位置的修饰均需要特定的酶来完成。
乙酰化酶家族可作为辅激活因子调控转录,调节细胞周期,参与DNA损伤修复,还可作为DNA结合蛋白。
去乙酰化酶家族则和染色体易位、转录调控、基因沉默、细胞周期、细胞分化和增殖以及细胞凋亡相关。
CREB结合蛋白(CREB binding protein,CBP)、E1A结合蛋白p300(E1A binding protein p300,EP300)和锌指蛋白220(zinc finger 220,ZNF220)均为乙酰化转移酶。
CBP是cAMP应答元件结合蛋白的辅激活蛋白,通过乙酰化组蛋白使和cAMP应答元件作用的启动子开始转录,它的突变导致Rubinstein Taybi综合征,患者智力低下、面部畸形、姆指和拇趾粗大、身材矮小。
CBP和EP300均可抑制肿瘤的形成,在小鼠瘤细胞中确定了CBP的突变,在结肠和乳房瘤细胞系中确定了EP300的突变,另外ZNF220异常和人的急性进行性髓性白血病相关。
如果突变导致错误的激活去乙酰化酶或错误的和去乙酰化酶相互作用,将可能导致疾病的发生。
甲基化CpG-结合蛋白-2(methyl cytosine binding protein-2,MeCP2)可募集去乙酰化酶到甲基化的DNA区域,使组蛋白去乙酰化导致染色质浓缩,MeCP2的突变导致Rett综合征,患者出生即发病、智力发育迟缓、伴孤独症。
若阻碍去乙酰化酶的功能,则可抑制癌细胞的增殖和分化,可用于急性早幼粒细胞性白血病, 急性淋巴细胞性白血病和非何杰金氏淋巴瘤的治疗。
染色质重塑异常引发的人类疾病是由于重塑复合物中的关键蛋白发生突变,导致染色质重塑失败,即核小体不能正确定位,并使修复DNA损伤的复合物,基础转录装置等不能接近DNA,从而影响基因的正常表达。
如果突变导致抑癌基因或调节细胞周期的蛋白出现异常将导致癌症的发生。
乙酰化酶的突变导致正常基因不能表达,去乙酰化酶的突变或一些和去乙酰化酶相关的蛋白的突变使去乙酰化酶错误募集将引发肿瘤等疾病。
2 基因组印记与人类疾病基因组印记是指来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递给子代时发生了修饰,使带有亲代印记的等位基因具有不同的表达特性,这种修饰常为DNA甲基化修饰,也包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。
在生殖细胞形成早期,来自父方和母方的印记将全部被消除,父方等位基因在精母细胞形成精子时产生新的甲基化模式,但在受精时这种甲基化模式还将发生改变;母方等位基因甲基化模式在卵子发生时形成,因此在受精前来自父方和母方的等位基因具有不同的甲基化模式。
目前发现的印记基因大约80%成簇,这些成簇的基因被位于同一条链上的顺式作用位点所调控,该位点被称做印记中心(imprinting center, IC)。
印记基因的存在反映了性别的竞争,从目前发现的印记基因来看,父方对胚胎的贡献是加速其发育,而母方则是限制胚胎发育速度,亲代通过印记基因来影响其下一代,使它们具有性别行为特异性以保证本方基因在遗传中的优势。
印记基因的异常表达引发伴有复杂突变和表型缺陷的多种人类疾病。
研究发现许多印记基因对胚胎和胎儿出生后的生长发育有重要的调节作用,对行为和大脑的功能也有很大的影响,印记基因的异常同样可诱发癌症。
2.1 基因组印记与脐疝-巨舌-巨人症综合征(BWS )BWS患者表现为胚胎和胎盘过度增生,巨舌,巨大发育,儿童期易发生肿瘤。
该病主要是由11号染色体上的IGF2和CDKN1C两个印记基因的错误表达引发,IGF2为父本表达的等位基因,CDKN1C为母本表达的等位基因。
父本单亲二体型(uniparental disomies, UPDs)是引发BWS的主要原因,即IGF2基因双倍表达,CDKN1C基因不表达;次要原因是母本的CDKN1C等位基因发生突变[22];极少数病例是由于母本的染色体发生移位造成CDKN1C基因失活和(或)造成母本的IGF2基因表达。
其它一些印记基因在胚胎发育过程中的过量或缺失表达也可导致类似于BWS的综合征,如原来母本表达的IPL基因的不表达或母本的ASCL2基因逃避印记都将导致胚胎的过度发育。
这表明父本表达的等位基因对胚胎的生长有促进作用,而母本表达的等位基因对胚胎的发育起到限制作用。
2.2 基因组印记与Prader-Willi/Angelman综合征(PWS/AS)PWS表现为肥胖、身材矮小和轻度智力发育迟缓;AS表现为共济失调、过度活跃、严重智障、少语、表情愉悦,这两种疾病都和神经功能失调相关。
PWS是由于突变导致父本印记基因在大脑中高表达所致,如SNPNP基因高表达;AS 是由于母本的UBE3A基因的缺失或受到抑制所致,该基因编码泛素蛋白连接酶并在脑中表达。
父本表达的SNRNP基因的微缺失可导致PWS,而在其上游进一步缺失则可导致AS,这说明这两个区域就是印记中心所在的位置。
如果缺失父本染色体上的PWS印记中心将导致SNRNP基因以及附近的父本表达的等位基因被抑制,而缺失父本染色体上的AS印记中心则没什么变化,但若缺失母本染色体上的AS印记中心将导致UBE3A被抑制而导致AS。
2.3 基因组印记与癌症印记丢失不仅影响胚胎发育并可诱发出生后的发育异常,从而导致癌症发生。
如果抑癌基因有活性的等位基因失活便提高了发生癌症的几率,例如IGF2基因印记丢失将导致多种肿瘤,如Wilm’s 瘤。
和印记丢失相关的疾病还有成神经细胞瘤,急性早幼粒细胞性白血病,横纹肌肉瘤和散发的骨肉瘤等。
与基因组印记相关的疾病常常是由于印记丢失导致两个等位基因同时表达,或突变导致有活性的等位基因失活所致。
调控基因簇的印记中心发生突变将导致一系列基因不表达,引发复杂综合征。
基因组印记的本质仍为DNA修饰和蛋白修饰,所以和印记相关的蛋白发生突变也将导致表观遗传疾病。
3 X染色体失活与人类疾病3.1 X染色体失活女性有两条X染色体,而男性只有一条X染色体,为了保持平衡,女性的一条X染色体被永久失活,这便是“剂量补偿”效应。
哺乳动物雌性个体的X染色体失活遵循n-1法则,不论有多少条X染色体,最终只能随机保留一条的活性。
对有多条X染色体的个体研究发现有活性的染色体比无活性的染色体提前复制,复制的异步性和LINE-1元件的非随机分布有可能揭示染色体失活的本质[27]。
哺乳动物受精以后,X染色体发生系统变化。