表观遗传学
表观遗传学(共20张PPT)
• 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
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
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 1. 表观遗传学概念表观遗传是与DNA 突变无关的可遗传的表型变化，且是染色质调节的基因转录水平的变 化，这种变化不涉及DNA 序列的改变。
表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情 况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。
表观遗：传学内容包括DNA 甲基化、 组蛋白修饰、染色质重塑、遗传印记、随机染色体失活及非编码RNA 等调节研究表明，这些 表观遗传学因素是对环境各种刺激因素变化的反映， 且均为维持机体内环境稳定所必需。
它 们通过相互作用以调节基因表达，调控细胞分化和表型，有助于机体正常生理功能的发挥， 然而表观遗传学异常也是诸多疾病发生的诱因。
因此，进一步了解表观遗传学机 制及其生理病理意义，是目前生物医学研究的关键切入点。
别名：实验胚胎学、拟遗传学、 、外遗传学以及后遗传学表观遗传学是与遗传学 (ge netic) 相对应的概念。
遗传学是指基于基因序列改变所 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，如和染色质构象变化等；表观基因组学(epigenomics) 则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。
2. 表观遗传学现象(1) DNA 甲基化是指在DNA 甲基化转移酶的作用下， 合一个甲基基团。
正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的 并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为 CpG 二核苷酸的 CpG 岛则总是处于未甲基化状态， 关。
人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组Mb 就有5 — 15个CpG 岛，平均值为每 Mb 含10. 有良好的对应关系 [9]。
由于DNA 甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是 CpG 岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA 甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。
表观遗传学(研究生课件)
染色质重塑的研究方法
• 研究染色质重塑的方法包括遗传学方法、生物化学方法以及显 微镜技术等。遗传学方法包括基因敲除和转基因技术等，可以 用于研究染色质重塑酶和组蛋白修饰酶的功能。生物化学方法 包括蛋白质纯化和结晶化技术、质谱分析和代谢组学技术等， 可以用于研究染色质重塑酶和组蛋白修饰酶的相互作用和生物 化学性质。显微镜技术则可以用于观察染色质结构和动态变化。
基因组学方法
通过基因组学技术，研究非编码RNA的基因组位置、 序列和结构等信息。
转录组学方法
通过转录组学技术，研究非编码RNA的表达水平和转 录本信息。
蛋白质组学方法
通过蛋白质组学技术，研究非编码RNA对蛋白质表达 和功能的影响。
05
表观遗传学与疾病
表观遗传学与肿瘤
肿瘤表观遗传学
研究肿瘤发生发展过程中表观遗传机 制的改变，包括DNA甲基化、组蛋白 修饰和非编码RNA等。
表观遗传学的研究内容
总结词
表观遗传学的研究内容包括表观遗传修饰的机制、表观遗传与疾病的关系以及表观遗传修饰的干预策 略。
详细描述
表观遗传学研究DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA调控等机制，探讨这些修饰如何影响基因表达 和细胞功能。同时，研究表观遗传学与各种疾病的关系，包括癌症、神经退行性疾病和代谢性疾病等 。此外，还研究如何通过干预表观遗传修饰来治疗疾病。
表观遗传学的重要性
总结词
表观遗传学在理解生物学过程、疾病机制和治疗策略方面具有重要意义。
详细描述ห้องสมุดไป่ตู้
表观遗传学在理解细胞分化、胚胎发育和衰老等生物学过程中发挥关键作用。同时，表观遗传学与许多疾病的发 生和发展密切相关，为疾病的诊断和治疗提供了新的视角。此外，表观遗传修饰的可逆性为疾病治疗提供了潜在 的干预策略，有助于开发新的治疗方法和药物。
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
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；表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。
所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。
正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的CpG二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为100—1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且与56％的人类基因组编码基因相关。
人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组CpG岛约为28890个，大部分染色体每1 Mb就有5—15个CpG 岛，平均值为每Mb含10．5个CpG岛，CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系[9]。
由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。
染色质重塑表观遗传学重塑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A TP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。
名词解释 表观遗传学
名词解释表观遗传学
表观遗传学是指在不改变DNA序列的情况下，通过化学修饰（如甲基化、乙酰化等）或染色体结构改变（如DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等）来影响基因的表达和功能。
这些修饰可以影响DNA双螺旋的结构，从而影响到DNA与转录因子等蛋白质的相互作用，进而影响基因的转录和表达。
表观遗传学的修饰可以在细胞分裂过程中传递给子细胞，因此可以对细胞的基因表达和功能产生长期的影响。
表观遗传学在许多生物学过程中都起着重要的作用，如细胞分化、胚胎发育、肿瘤发生等。
通过研究表观遗传学，我们可以更好地理解这些生物学过程，并为疾病的治疗和预防提供新的思路和方法。
(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。
生命科学中的表观遗传学
生命科学中的表观遗传学表观遗传学是研究基因表达调控和细胞命运决定的一门学科。
它通常被定义为基因表达模型传递给下一代细胞和生物，但不包括DNA序列的改变。
这个学科领域正在扩大，研究者越来越多地将其应用于癌症和其他疾病的研究中。
表观遗传学是一个复杂的学科，它涉及到DNA序列上的化学修饰、遗传调控以及体内环境等多个因素。
表观遗传学是研究细胞分化的重要组成部分。
表观遗传学的研究可以精确的区分细胞类型，通过确定某些基因在特定细胞类型中是否表达来表征该细胞类型。
同样在癌症研究中，研究人员利用表观遗传学的研究深入探索细胞信号传导通路，以期发掘出更有效的癌症治疗手段。
表观遗传学可以促进我们对基因组的理解。
基因组序列是信息的存储库，但它并不足以解释我们为什么不会在每个细胞中表达每个基因，在某些细胞中，一些基因会特别活跃，而在其他细胞中则不是那样。
表观遗传学的研究解释了这种差异，从而使我们理解了细胞如何根据基因组序列来决定命运。
基因表达调控是表观遗传学的关键方面。
细胞对外界信号的感知和传递，导致某些基因的活性增加或减少，这是由于某些区域中DNA上化学修饰的改变。
比如在染色质水平上，组蛋白标记的修饰程度是基因表达调控的一个关键因素。
在转录水平上，非编码RNA（ncRNA）的表达使得RNA通常比蛋白质更加稳定，并且可能起到调节RNA的相互作用或干涉RNA翻译的作用。
表观遗传学对于人类健康及其疾病的理解有着重要的意义。
多种表观遗传修饰异常与许多疾病相关，从而可以为疾病的早期诊断和治疗提供指导。
例如，DNA甲基化异常已经在多种癌症中得到了广泛的研究，并且在癌症的早期诊断中有很大的潜力。
大量研究表明表观遗传学在所谓的成年病（包括糖尿病、肥胖和心血管疾病）中也存在异常，这为更好地理解疾病的起因和新的药物治疗策略提供了可能。
总而言之，表观遗传学研究对人类生命科学和健康具有重要意义。
它的研究可以帮助我们更好地理解基因通路和细胞命运，并为癌症和其他疾病的治疗提供新的思路和方法。
表观遗传学和表型
表观遗传学的重要性
总结词
表观遗传学在生物科学、医学和农学等领域具有重要意义，有助于深入理解生物发育、疾病发生和环 境适应等过程。
详细描述
表观遗传学在生物科学领域中有助于深入理解生物发育和进化的机制，在医学领域中有助于研究疾病 的发生和发展机制，为疾病诊断和治疗提供新的思路和方法。在农学领域中，表观遗传学有助于研究 植物对环境适应的机制，提高作物的产量和抗逆性。
生物多样性
表观遗传学在解释生物多样性方 面具有重要意义，不同物种或同 一物种不同种群的表型特征差异 与表观遗传修饰有关。
03
表观遗传学的研究方法
基因组学方法
基因组测序
通过全基因组测序技术，分析DNA序列变异和表观遗检测DNA甲基化水平，分析表观遗传修饰对基因表达的影响，揭示表观遗传调控机制。
表观遗传学的研究内容
总结词
表观遗传学的研究内容包括基因表达的调控机制、表观遗传学变化与疾病的关系以及环境因素对表观遗传的影响 等。
详细描述
表观遗传学研究基因表达的调控机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等对基因表达的调控作用。 同时，研究表观遗传学变化与疾病的关系，如癌症、神经退行性疾病等。此外，还研究环境因素如饮食、生活方 式等对表观遗传的影响。
帕金森病患者大脑中某些基因的表观遗传学修饰可能影响 多巴胺能神经元的生存和功能，进而导致疾病的发生。
表观遗传学与其他神经退行性疾病
其他神经退行性疾病如亨廷顿氏病、肌萎缩侧索硬化症等也存 在表观遗传学改变，这些改变对疾病的发生和发展具有重要影
响。
表观遗传学与其他疾病
表观遗传学与心血管疾病
表观遗传学改变在心血管疾病的发生和发展过程中发挥重要作用，如动脉粥样硬化、心 肌肥厚等。
表观遗传学
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.
2023年/101/01月4 14日
Quiz, J. nature. 2006
表观遗传学机制
11
DDNNAA 甲甲基基化化
2
组蛋白修饰
3
染色质重塑
4
RNA 调 控
2023年/101/01月4 14日
20
一、DNA甲基化
DNA甲基化DNA methylation是研究得最清 楚、 也是最重要的表观遗传修饰形式,主要是基因 组 DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基间的共价 结 合 , 胞 嘧 啶 由 此 被 修 饰 为 5 甲 基 胞 嘧 啶 5methylcytosine,5mC.
❖ 由边界子所确定的染色质片断是基因组调节的基 本单位,其构成染色质的功能与或区室,这即是染色 质区室化.
2023/10/14
44
四、RNA调控
❖ 1995,RNAi现象首次在线虫中发现.
❖ 1998,RNAi概念的首次提出.
❖ 1999,RNAi作用机制模型的提出.在线虫、果蝇、 拟南芥及斑马鱼等多种生物内发现RNAi现象.
❖ 基因表达模式有表观遗传修饰决定.
2023/10/14
16
概述
❖表观遗传学的研究内容：
基因选择性转录表达 的调控
DNA甲基化 基因印记 组蛋白共价修饰 染色质重塑
基因转录后的调控
基因组中非编码RNA 微小RNAmiRNA 反义RNA 内含子、核糖开关等
表观遗传学简介
表观遗传学的重要性
表观遗传学在生物医学领域具有重要意义，因为它可以通过影响基因的 表达来影响生物体的表型，进而影响生物体的发育、疾病和进化等方面。
表观遗传学在生物医学领域的应用包括疾病诊断、药物研发和个性化医 疗等方面。例如，通过研究癌症的表观遗传学特征，可以开发出针对特 定癌症的个性化治疗方案。
去甲基化的意义
去甲基化在表观遗传学中具有重要意义，可以逆转甲基化引起的基因沉默，恢复基因的正 常表达。
组蛋白乙酰化与去乙酰化
组蛋白乙酰化
指组蛋白上的某些赖氨酸残基被乙酰 基修饰的过程。
组蛋白乙酰化的作用
组蛋白乙酰化可以调控基因的表达， 影响细胞的功能和发育。
组蛋白去乙酰化
指将乙酰基从组蛋白上移除的过程。
2
甲基化测序技术包括亚硫酸氢盐测序、酶解法、 质谱分析等，可对全基因组范围内的甲基化水平 进行高精度检测。
3
甲基化测序在研究肿瘤、发育生物学、神经科学 等领域具有重要应用价值，有助于深入了解表观 遗传学机制。
染色质免疫沉淀技术（ChIP）
ChIP是一种用于研究蛋白质与DNA相互作用的 实验技术。
通过ChIP实验，可以检测特定蛋白质与基因组 特定区域的结合情况，了解基因表达调控的机 制。
作用，共同调控基因的表达。
miRNA在表观遗传学中的作用
03
miRNA可以通过影响DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传学过
程，调控基因的表达，影响细胞的功能和发育。
03
表观遗传学在生物体发育中的作用
胚胎发育过程中的表观遗传调控
基因表达的时空特异性
表观遗传学机制如DNA甲基化和组蛋 白修饰等，在胚胎发育过程中调控基 因的时空特异性表达，确保细胞分化 的正确进行。
表观遗传学
DNA的甲基化
5-甲基胞嘧啶 →
N6-甲基腺嘌呤→
7-甲基鸟嘌呤 →
DNA的甲基化
SAH, S-腺苷同型半胱氨酸; SAM, S-腺苷蛋氨酸
DNA的甲基化
DNA的甲基化
1.在全部的 CG 二核苷酸中，约 70%~80% 的胞嘧啶是呈甲基 化状态的，称为甲基化的 CpG 位点。 2.CpG岛：富含 CpG 区域，长度 300~3000bp，CpG 的含量可 以达到预计的平均值，甚至超过期望值的5倍以上。 非随机出现：超过 60% 的编码基因的 5’UTR区域（转录起 始区域）含有 CpG 岛。 CpG 的含量： (1)CG出现的期望值（百分比）：1/16 = 6.25% (2)观察值：很少（小于1%） (3)原因：CG具有很高的突变率
五、表观遗传与胚胎发育
发育的早期与细胞分化相关的基因被暂时性的 表观沉默，维持细胞多分化潜能的基因表达；伴 随着发育的过程，与维持细胞多潜能性相关的基 因被表观沉默而分化相关的基因在特定的阶段表 达。这个动态的过程受到不同转录因子及表观遗 传因素共同的精细调控
Thank You!
组蛋白乙酰化修饰
组蛋白乙酰化与去乙酰化
组蛋白乙酰化修饰
中和赖氨酸的正电荷，C=O 具有一定的负电，能够 增加与 DNA 的斥力，使得 DNA 结构变得疏松，从而 导致基因的转录活化。
组蛋白乙酰化修饰
组蛋白去乙酰基酶家族分为3类(按蛋白质大小、 生活特性、催化结构域、亚细胞定位及活化方式)： 1.HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8 (定位于细胞核) 2.HDAC4, HDAC5, HDAC6,HDAC7A, HDAC9, HDAC10 (能 够在细胞核与胞质间转运) 靠结合某些转录抑制因子发挥作用，如 Sin2、NCoR （核受体辅抑制因子）等。 3.Sir2（去乙酰化功能依赖NAD+,可被烟酰胺阻断）
表观遗传学
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及其结合的DNA片段。
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，具有高灵 敏度和高分辨率的优点。
表观遗传学
目录
• 表观遗传学概述 • 表观遗传机制 • 表观遗传与基因表达调控 • 表观遗传在生物发育中作用 • 表观遗传在疾病发生发展中作用 • 表观遗传学技术应用与前景展望
01 表观遗传学概述
定义与发展历程
表观遗传学定义
研究基因表达或细胞表现型的变化， 这些变化在不改变基因序列的情况下， 可通过细胞分裂和增殖进行遗传。
03 表观遗传与基因 表达调控
基因转录水平调控
转录因子
通过与DNA特定序列结合，激活 或抑制基因转录。
染色质重塑
改变染色质结构，影响转录因子与 DNA的结合。
组蛋白修饰
通过乙酰化、甲基化等修饰，影响 基因转录活性。
mRNA稳定性及翻译水平调控
mRNA降解
通过特定酶降解mRNA，调节基因表达。
microRNA
利用特异性抗体或亲和层析等方法，分离和鉴定与非编码RNA结 合的蛋白质，揭示其调控机制。
未来发展趋势预测
多组学整合分析
将表观遗传学数据与基因组学、转录组学、蛋白质组学等多组学数据 进行整合分析，更全面地揭示生物过程的调控机制。
单细胞表观遗传学研究
利用单细胞测序等技术，研究单个细胞水平上的表观遗传学变异和动 态变化过程。
非编码RNA在发育、细胞分化、 代谢等过程中发挥重要作用，同 时也与疾病的发生和发展有关。
表观遗传学
Epigenetics, SXMU
Epigenetics comes of age
“The major problem, I think, is chromatin… you can inherit something beyond the DNA sequence. That’s where the real excitement of genetics is now” (Watson, 2003).
Epigenetics, SXMU
DNA甲基化的特点
不改变DNA的碱基配对特性
不改变DNA的编码属性
增加额外的信息
体细胞可遗传
Epigenetics, SXMU
DNA甲基化与肿瘤
1、DNA甲基化整体与局部的悖论
癌基因组整体甲基化水平降低 Global hypomethylation
1. 遗传的基本功能单位 2. 基因由DNA编码 3. 一个基因编码一条蛋白质 4. 基因序列的改变可能导致功能及表型的改变
基因型 (Genotype) -> 表型 (Phenotype)
Epigenetics, SXMU
获得性遗传（ Inheritance of
acquired characteristics）
Epigenetics, SXMU
表观遗传(epigenetic inheritance)： 通过有丝
分裂或减数分裂来传递非DNA序列信息的现象。
表观遗传学(epigenetics)：则是研究不涉及
DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变化。
研究从基因演绎为表型的过程和机制的一门新兴
的遗传学分支。
2）靶向性DNA甲基化
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
表观遗传学
起源：表观遗传学（epigenetics）这个术语首次由研究胚胎发育的英国生物学家沃丁顿（Conrad Waddington）于1942 年提出，经过30 年的沉寂后，于70 年代中期被重新认识，并于80 年代后期被重新提出，90 年代末至今迅猛发展，成为生命科学领域中的研究热点之一。
概念：从经典遗传学理论上来讲，脱氧核糖核酸（DNA）是把生物的遗传信息传递给下一代的物质。
上一代的生活经历一般不会影响下一代，因为DNA 的序列不可能在如此短暂的时间内产生足以影响下一代性状的改变。
然而对人和动物的观察表明，上一代的生活经历可以通过DNA 序列以外的途径传给后代。
这些途径主要包括染色质修饰、DNA的甲基化、印记基因丢失和非编码RNA变化等。
它们不改变DNA 中核苷酸的序列，却能影响基因的表达。
这些不通过DNA 序列改变而影响身体性状，有时能遗传给后代的变化就叫做“表观遗传”（Epigenetic）修饰。
染色质修饰：染色质是由组蛋白与DNA组成的。
组蛋白是染色质的蛋白组分，DNA分子与其紧密结合，构成核小体。
组蛋白翻译后有多种修饰的方式，包括甲基化、乙酰化、磷酸化以及泛素化等。
这些修饰反应会影响组蛋白与DNA分子的相互作用，从而导致基因转录、DNA修复与复制、染色体的重排生理过程发生改变。
组蛋白修饰通过以下3种途径影响基因的表达: ①通过改变基因的生存环境( 如电荷量和p H 值等), 增强或减弱转录辅助因子对基因表达的作用; ②直接影响染色质的构造和存在状态, 进而对蛋白与基因的相互作用产生改变; ③作为信号影响其下游蛋白的表达，进而改变基因的表达。
DNA甲基化：表观遗传修饰的主要形式为DNA甲基化，是目前研究得较多、较清楚的表观遗传调控机制。
生物体内甲基化状态主要有3种: 基因的持续低甲基化状态( 如管家基因的甲基化状态)、基因的去甲基化状态( 如一些控制生长发育的特异性基因的激活) 和基因的高甲基化状态( 如人类女性生殖细胞内X 染色体失活的基因修饰)。
不同的甲基化状态所导致基因表达的程度不同, 一般来说, 去甲基化可导致部分基因激活, 而高度甲基化可致部分基因沉默, 持续的低甲基化对于维持基因的正常功能至关重要。
印记基因丢失：基因组印迹是一种在基因组DNA水平上对双亲等位基因特异性的修饰作用，这种作用发生在胚胎发育早期，具有不包括DNA序列变化，但影响基因调控以及引起两个等位基因不同表达的特性。
它是一个基因的特定亲本等位基因或其所在染色体在配子或受精卵中发生的基因外遗传学修饰，与该等位基因的表达或不表达密切相关。
绝大多数印记基因成簇地分布在很大的染色体区域，在发育过程中起着十分重要的作用。
印记基因具有单等位基因表达的特点，即仅从亲代中的一方获取拷贝体。
常染色体基因中大约1%的基因为印记基因。
由于基因表达仅仅取决于亲代中的一方，所以子代基因的表达在很大程度生依赖于亲代生活的环境条件。
非编码RNA变化：在真核生物中，有编码作用的RNA数量极少，不足1.5%，其余为非编码RNA( noncoding RNA,ncRNA )。
与基因修饰有关的ncRNA，根据其长度分类可分为long ncRNA (lncRNA ) 和small ncRNA (sncRNA)。
lncRNA的长度超过200nt，其长度在50kb到几百kb之间, 通过顺式作用元件来调节基因表达，达到基因沉默的作用，它们虽不具备蛋白编码作用，但可调节基因表达过程。
据报道，表观遗传修饰调节机制中lncRNA发挥着极其重要的作用，它们的表达可直接导致基因沉默，如Xist(17kb) RNA的表达可造成X染色体失活；另外，它们也可通过与染色质的相互作用，导致基因的失表达，sncRNA长度通常小于30 nt，
通过以下2种方式调节基因表达：①对转录的调节，又称为转录基因沉默(transcriptional gene silencing,TGS ) 作用；②对转录后蛋白表达的调节，即转录后的基因沉默(post-TGS,PTGS )。
TGS对染色质有修饰作用，还可引起异染色质化，进而导致基因沉默，PTGS 通过降解mRNA或阻止mRNA翻译来影响RNA的翻译, 阻止蛋白表达。
目前研究进展
表观遗传学与癌症：目前研究主要集中在DNA甲基化和组蛋白修饰方面, 并且它们可能与癌症的侵袭性行为有关。
表观遗传学在研究肿瘤的发生、发展、侵袭性、复发以及预后方面有着巨大贡献, 它的价值得到了越来越多的证实。
表观遗传学与糖尿病：研究基本也集中在糖尿病相关基因的DNA甲基化、乙酰化水平异常上。
表观遗传学与神经精神疾病：通过分析人群流行病学研究资料后发现，生命早期的环境因素可影响个体成年后的学习记忆能力、性格倾向、情绪表达以及应对应激事件的能力。
总结：表观遗传学被定义为研究可遗传的基因表达改变的一门遗传学分支学科。
它既不同于基因突变，也不依赖DNA 序列的改变。
基因表达的表观遗传调控对人类健康具有长远而广泛的影响。
饮食及环境因素可能会潜在的改变表观遗传调节的水平及范围，因此，对于表观遗传的深入研究有助于解释生活习惯与疾病发生间的关系。
此外，DNA 表观遗传修饰变化可以作为早期癌症及癌前病变检测的生物标志物，对于癌症的诊断、预后及治疗大有裨益。
逆转表观遗传对基因的调控代表一种新的治疗策略或药物设计模式。