表观遗传学 Epigenetics
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
遗传学中的表观遗传学和遗传流和激素调控
遗传学中的表观遗传学和遗传流和激素调控遗传学是生物学的一个重要分支，它研究的是基因遗传和变异现象。
在遗传学研究中，表观遗传学、遗传流和激素调控都是非常重要的概念。
一、什么是表观遗传学？表观遗传学的英文名称是epigenetics，它研究的是基因的表达和基因表达调控机理。
通过研究基因的表达和基因表达调控机制，我们可以更好地了解基因的功能和遗传信息传递。
在生物中，细胞需要对基因进行调控，以确保生命正常运转。
这个调控过程是通过表观遗传学机制实现的。
表观遗传学与基因的DNA序列无关，而是与遗传物质DNA上的各种化学修饰有关。
这些化学修饰可以影响基因转录和翻译，最终影响基因表达，从而影响细胞的生理功能。
表观遗传学机制在生物体内发生的过程非常复杂，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调节等多种方式。
同时，外部环境因素也会对表观遗传学产生影响。
例如，饮食、生活方式、药物和化学物质等，都会导致基因的表达水平和组织功能发生变化。
二、什么是遗传流？遗传流的英文名称是gene flow，它是指基因从一种群体流入另一种群体，从而导致基因频率变化的过程。
遗传流是基因演化的重要因素之一，它能够不断地增加种群的基因多样性，推动物种的进化。
遗传流的发生与群体的迁移或接触有关。
当不同种群之间的迁移或接触增加时，群体之间的遗传流量也会增加。
遗传流的大小取决于不同群体之间的遗传距离和遗传流动的阻碍程度。
三、激素调控在遗传学中的作用激素是生物体内的一种化学物质，它能够调节许多生理过程，包括身体发育、生殖、代谢和行为等方面。
在遗传学研究中，激素的调控机制也很重要。
激素通过与细胞表面的受体结合来完成其生理调节功能，这个过程被称为激素信号转导。
激素信号转导可以影响基因的表达和转录，从而影响细胞的生理特征。
例如，性激素可以影响第二性征的发育和维持，胰岛素可以影响葡萄糖的代谢和储存，甲状腺素可以影响代谢和体温调节等。
激素调控在生物体内的作用非常广泛和重要，它与许多遗传性疾病的发生和发展相关。
表观遗传学与基因表达调控
表观遗传学与基因表达调控生物的遗传信息主要是存储在DNA中的，而基因表达则是一系列复杂的过程，包括转录、RNA加工、蛋白质合成等等，这些过程在不同的细胞和时期，针对不同的需要被精密地调控和协调。
其中，表观遗传学（epigenetics）作为一种新兴的生物学领域，正在引起越来越多的关注。
本文将从以下几个方面来介绍表观遗传学和基因表达的调控机制：一、表观遗传学的定义和历史表观遗传学的定义是指在不改变DNA序列的情况下，通过影响DNA结构和染色质的状态来调控基因表达的过程。
表观遗传学研究的内容包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA（ncRNA）等等。
它的出现可以追溯到上世纪50年代，但当时仅仅是由一些少数科学家所关注的领域，直到1980年代以后才逐渐被人们所认同。
在此之后，表观遗传学出现了爆发性的成长，有越来越多的科学家加入了这一领域的研究。
二、表观遗传学调控基因表达的机制表观遗传学会通过不同的机制，调控基因的表达。
其中，最为重要和常见的是DNA甲基化与组蛋白修饰。
DNA甲基化是指在DNA链上的C基团上加上一个甲基，而组蛋白修饰则是通过改变组蛋白的结构来调控基因表达的。
同时，还有其他的一些影响基因表达的非编码RNA，如microRNA（miRNA）和long non-coding RNA（lncRNA）等等。
三、表观遗传学和环境的关系人们长期以来都认为基因是决定生物特征的最重要的因素。
然而，随着表观遗传学的发展，我们意识到环境因素对基因表达的影响同样重要。
比如，这些因素包括化学物质、高温、低温、辐射等等。
这种对环境的敏感性，也可以被遗传给后代，从而产生一种类似于“记忆”的效应，被称为“表观遗传遗传传递”。
四、表观遗传学对疾病研究的意义表观遗传学与多种疾病存在着密切的联系。
比如，DNA甲基化异常与许多肿瘤的发生和发展密切相关。
组蛋白修饰也被研究证实是许多疾病的发展和治疗过程中的一项关键机制。
因为表观遗传学机制与疾病密切相关，所以表观遗传学也成为了疾病研究的重要领域之一。
分子生物学之表观遗传学
分子生物学：表观遗传学表观遗传学( epigenetics):指非基因序列变化导致的基因表达的可遗传的改变。
细胞中生物信息的表达受两种因素的调控：遗传调控提供了“生产’维持生命活动所必需的蛋白质的“蓝本”，而表观遗传调控则指导细胞怎样、何时和何地表达这些遗传信息。
表观遗传学研究的主要内容：DNA的甲基化，染色质的物理重塑和化学修饰，非编码RNA基因调节。
依赖ATP的染色质的重塑由ATP水解释放的能量可以使DNA和组蛋白的构象发生改变；包括DNA的甲基化和组蛋白N端尾巴上特殊位点的化学基团修饰，同样可以直按或间接地影响染色质的结构和功能。
二者之间相互渗透，相互作用，共同影响着染色质的结构和基因的表达。
此外，近些年发现转录组(transcriptome)中组有多种非编码RNA广泛参与基因表达调控，非编码RNA的基因调节也可属于表观遗传学的研究的范畴。
DNA甲基化的概况DNA的甲基化既可以发生在腺嘌呤的第6位氮原子上，也可以发生在胞嘧啶的第5位碳原子上。
*在真核生物中，DNA甲基化只发生在胞嘧啶第5位碳原子上。
真核DNA甲基化由DNA甲基转移酶(Dnmt, DNA methyltransferase)催化，S-腺苷甲硫氨酸(SAM, S-adenosyl methionine)作为甲基供体，将甲基转移到胞嘧啶上，生成5一甲基胞嘧啶(5-mC)。
在哺乳动物中，DNA甲基化主要发生在CpG双核苷酸序列，全部CG二核苷酸中约70%~80%的C是甲基化（mCpG), 所以CpG称为甲基化位点。
CG抑制:DNA中CG的排列出现的概率小于期望值1/16（A42+4=16），如人的基因组中CG排列小于1%，而非随机期望的约6%（1/16）.基因组中的CpG位点并非均一分布。
在某些区域中(大约有300～3 000 bp)，CpG位点出现的密度高(50%或更高），这些区域即所谓的CpG岛。
大部分CpG岛(>200bp, C+G含量=/>50%. CpG观测值/期望值=/>0.6) 位于基因的5’端，包括基因的启动子区域和第一外显子区，而且60%的人类(哺乳动物40%)基因组的启动子区都含有CpG岛(几乎所有管家基因都存在CpG岛），它们在基因表达调控中可能发挥着重要的作用。
表观遗传学(epigenetics)
n. 均衡丟平静丟保持平衡的能力
2.染色质重构模型（Chromatin remodeling）
染色质重构模型主要涉及真 核生物基因的转录调控 真核生物的启动子可能出现 两种情况： （1）失活状态 核小体的存在 阻碍基本因子和RNA聚 合酶与启动子结合 （2）激活状态 基本转录装置 占据启动子，组蛋白八聚 体不能与其结合 在以上两种情况中染色体结 构是稳定的。
3.组蛋白修饰是关键 组蛋白的修饰 控制基因活性。
修饰发生在组蛋 白N-端末尾，特别是 H3和H4。 组蛋白N－端末尾 20个氨基酸组成， 其中有很多修饰位置
乙酰化 甲基化 磷酸化
在组蛋白修饰中 一般乙酰化与活性染色质相联系， 甲基化与失活染色质相联系
All the core histones can be acetylated. The major targets for acetylation are lysines in the N-terminal tails of histones H3 and H4. Acetylation occurs in two different circumstances: · during DNA replication; · and when genes are activated.
（1）.甲基化:是指在DNA甲基化转移酶的作用下，将一个甲
基添加在DNA分子的碱基上： C
mC
5-甲基胞嘧啶是高诱导基因突变的自发突变位点，可以通 过自发脱氨，使CG TA，结果导致人类DNA的甲基化受体位点的 强烈抑制，因而造成基因沉默。 人类基因组70％的5-甲基胞嘧啶在CpG岛，但由于其发布散 在，所以CpG岛呈非甲基化。 CpG岛甲基化可直接导致相关基因的表观遗传学沉默。异常 CpG重新甲基化，被认为是人类癌症发生早期的一个特征。
第十一章-表观遗传学PPT课件
二、基因组印迹(genomic imprinting)
概念：依赖于父、母源性的等位基因的差异性 表达，即父亲和母亲的基因组在个体发育中有 着不同的影响，这种现象称基因组印迹。
两个亲本的等位基因差异性甲基化是基因组印 迹现象的基础。
疾病的基础： 15q11-13 微缺失
Prader-Willi syndrome, PWS（父源）：肥胖、矮 小, 中度智力低下
2. 表遗传（epigenetic）信息
，提供何时、何地、如何应
用遗传学信息的指令，保证
基因适时启闭
One genome--------multiple epigenome
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一、表观遗传修饰
表达模式的信息标记： DNA特定碱基的修饰：胞嘧啶的甲基化； 染色质构型重塑：如，组蛋白的乙酰化、 甲基化
果蝇中的杂色（眼）位置效应（positioneffect variegation）： 野生红眼基因W+（显性） 突变白眼基因w（隐性）
基因定位于X染色体长臂末端
W+
“W+/W+”和“W+/w”均表现正常红眼 意外情况： W+异位至着丝粒附近（异染
色质区）， “W+/w”杂合体表现为花斑 眼（杂色），即：部分细胞正常红色， 部分少量红色，部分白色。
设计实验拟解决：“RNA 干扰”是否与转入的RNA 结构有关。
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意外发现：导入双链RNA的产生功能干扰的有效 性远高于导入单链RNA, sense or antisense RNA导入均如此。
仅需少数分子即可产生干扰效应，提示酶促反 应或分子扩增的存在。
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上述现象提示： 1. 存在超越简单反义RNA作用的机理。 2. RNA靶向的作用也不能排除。 3. 同时可能存在RNA与染色质的直接作用，影 响RNA的转录。
表观遗传学简介课件
DNA甲基化
DNA 甲基化是生物关闭基因表达的一种有效手段，也是印迹遗传的主要 机制之一；基因的去甲基化可能使得印迹丢失，基因过度表达，甚至引起 肿瘤或癌症的发生，如促肿瘤生长因子IGF2基因过度表达引发大肠癌。
在特定组织中，非甲基化基因表达,甲基化基因不表达,基因选择性的去甲 基化形成特异的组织类型。
表观遗传有三个密切相关的含义：
(1) 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；
(2) 可逆性的基因表达调节； (3) 没有DNA序列的变化或不能用DNA序列变化来解释。
表观遗传学的研究内容
主要包括：
(1)基因选择性转录表达的调控：DNA 甲基化、组蛋白共价修饰等所导致 的基因组印迹、染色质重构（塑）等; (2)基因转录后的调控： 针对mRNA的调控。如基因组中非编码RNA（主 要来源于内含子和转录的基因间序列）、miRNA（能够自我折叠形成发夹 状结构，通过RNAi或类似于RNAi的机制起作用）、反义RNA、内含子和 核糖体开关等
表观遗传学治疗
由于表观遗传学修饰机制参与人类多种疾病的致病，且表观遗传学的改 变在一定程度上具有可逆性（reversibility），这就要求我们寻找逆转基 因沉默的有效治疗方法，因此，表观遗传学治疗（epigenetic therapy） 应运而生。如，DNA甲基化抑制剂和组蛋白去乙酰化酶抑制剂等。
表观遗传学 Epigenetics
miRNA
? 结构：21-25nt长的单链小分子RNA ，5′端有一个磷 酸基团，3′端为羟基，由具有发夹结构的约70-90个 碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成。
? 特点：具有高度的保守性、时序性和组织特异性 。
? 功能：
siRNA 介导的RNAi
相同点/联系点
siRNA
miRNA
? 核小体核心DNA并不是随机的，其具备一定 的定向特性。
? 核小体定位机制：
? 内在定位机制：每个核小体被定位于特定的DNA片断。 ? 外在定位机制：内在定位结束后，核小体以确定的长
度特性重复出现。
? 核小体定位的意义：
? 核小体定位是DNA正确包装的条件。 ? 核小体定位影响染色质功能。
? 重塑因子调节基因表达机制的假设有两种:
? siRNA功能：是RNAi 作用的重要组分，是 RNAi发生的中介分子。内源性siRNA是细 胞能够抵御转座子、转基因和病毒的侵略 。
siRNA 介导的RNAi
? siRNAi 的特点：
? 高效性和浓度依赖性 ? 特异性 ? 位置效应 ? 时间效应 ? 细胞间RNAi 的可传播性 ? 多基因参与及 ATP 依赖性
（2）转录抑制复合物干扰基因转录。甲基化DNA结合蛋 白与启动子区内的甲基化CpG岛结合，再与其他一些 蛋白共同形成转录抑制复合物（TRC），阻止转录因 子与启动子区靶序列的结合，从而影响基因的转录。
（3）通过改变染色质结构而抑制基因表达。染色质构型 变化伴随着组氨酸的乙酰化和去乙酰化，许多乙酰化 和去乙酰化本身就分别是转录增强子和转录阻遏物蛋 白。
胞嘧啶甲基化反应
? 哺乳动物基因组中5mC占胞嘧啶总量的2%-7%，约70% 的5mC存在于CpG二连核苷。
表观遗传学简介
表观遗传学简介 （Introduce to Epigenetics）
什么是表观遗传学
表观遗传学(epigenetics) 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、组蛋白乙酰化等。
在基因组中除了DNA和RNA序列以外，还有许多调控基因的信息，它 们虽然本身不改变基因的序列，但是可以通过基因修饰，蛋白质与蛋白 质、DNA和其它分子的相互作用，而影响和调节遗传的基因的功能和 特性，并且通过细胞分裂和增殖周期影响遗传的一门新兴学科。因此表 观遗传学又称为实验遗传学、化学遗传学、特异性遗传学、后遗传学、 表遗传学和基因外调节系统，它是生命科学中一个普遍而又十分重要的 新的研究领域。
DNA甲基化
DNA 甲基化是生物关闭基因表达的一种有效手段，也是印迹遗传的主要 机制之一；基因的去甲基化可能使得印迹丢失，基因过度表达，甚至引起 肿瘤或癌症的发生，如促肿瘤生长因子IGF2基因过度表达引发大肠癌。
在特定组织中，非甲基化基因表达,甲基化基因不表达,基因选择性的去甲 基化形成特异的组织类型。
(二) 位点特异性甲基化分析 目前多采用亚硫酸氢盐作前期的基因组DNA预处理。亚硫酸氢盐修饰是 众多序列特异性甲基化检测方法的基础。胞嘧啶（C）与亚硫酸氢钠的 反应可以迅速鉴别出以任何序列存在的5mC，修饰后单链DNA中的C通 过磺酸基作用脱氨基形成U，而CmG不变。
（三）新甲基化位点ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ寻找
遗传物质的表观遗传学与表观遗传修饰
遗传物质的表观遗传学与表观遗传修饰遗传物质DNA（脱氧核糖核酸）构成了人类基因组的全部，然而，作为定量遗传特征的DNA序列并不能解释生物个体间的差异性，很多基因的表达和功能也不仅仅由DNA序列决定。
表观遗传学（epigenetics）是研究遗传物质表面的化学修饰如何影响基因表达和功能的学科。
表观遗传学的研究内容重点在于DNA上的化学修饰及其所导致的基因表达和功能差异。
表观遗传学不同于基因序列无变化的传统遗传学，它表征着生命体细胞中表观修饰的存在和参与。
而表观遗传学的深入研究对于疾病的诊断、治疗等方面也具有重要的意义。
表观遗传学框架下的表观遗传修饰表观遗传修饰指的是上述的表面化学修饰，这些化学修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及染色质可及性等。
在DNA甲基化中，甲基（-CH3）会在甲基转移酶的催化下与脱氧核糖核酸中的胞嘧啶（C）连接起来，生成甲基化脱氧核糖核酸（mDNA）。
mDNA出现的位置并不会影响基因序列，但是它的分布则能够影响基因表达。
若某基因上方存在表观修饰，比如一段mDNA序列，那么这个基因的表达及其剪接模式就会受到调控，因为mDNA的存在会促进转录因子的黏附，从而产生变化。
这种重要的DNA修饰方式对人类的基因表达和功能至关重要。
组蛋白修饰也是表观遗传学的一个重要方面。
组蛋白是一类非常基础的核心蛋白质，它的主要功能是将DNA紧密的包裹起来，防止基因序列的逸出。
组蛋白的表面也存在着各种化学修饰，如醋酸甲基化、甲基化、磷酸化等等。
通过化学单元的添附、移除和替换等方式，组蛋白的疏密性和释放度将被协调操纵，从而进一步调控基因表达。
根据这些修饰的组合方式，可以大致推断出基因的表达状况，从而更好地理解生命活动的起源。
表观遗传学和人类健康的关系表观遗传学的重要性之一在于它与人类健康的关系。
许多表观修饰方式因环境因素、饮食及生活习惯等因素而发生变化，如父母的吸烟、酗酒等行为都会影响孩子的表观修饰，有时会导致患上癌症、心脏病等疾病的风险。
基因组表观遗传
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基因组印记的特点
基因组印迹依靠单亲传递某种性状的遗传信息， 被印迹的基因会随着其来自父源或母源而表现不 同，即源自双亲的两个等位基因中一个不表达或 表达很弱。 不遵循孟德尔定律，是一种典型的非孟德尔遗传， 正反交结果不同。
父本PWS印记中心缺失
母本AS印记中心缺失
近年来人们对高等生物基因组甲基化咋基因表达 与调控中的重要作用表现出极大的兴趣与关注， Feinverg为此提出了一个专门的名词用来描述活 细胞中基因组甲基化的状态——甲基化组，并认 为它们与转录物组和蛋白组一样对阐明基因组活 性具有同等意义。 高等生物基因组甲基化有三个显著的特征 （1）范围广 （2）可逆性 （3）组织特异性
这一实验结果表明： ①细胞命运的确定与基因组的甲基化状态有关； ②DNA甲基化是决定基因表达模式的重要因素； ③DNA甲基化模式可以在上下代细胞间传递； ④DNA甲基化只限于碱基的修饰，并不改变DNA的 序列组成。
基因组印记
概念： 传给子代的亲本基因在子代中表达的状况取决于基 因来自母本还是父本的现象。该现象在合子形成时 已经决定，是涉及基因表达调控的遗传。 机制： 基因组在传递遗传信息的过程中，通过基因组的化 学修饰（DNA的甲基化；组蛋白的甲基化、乙酰 化、磷酸化、泛素化等）而使基因或DNA片段被 标识的过程。
一、表观遗传学（epigenetics）定义：
对表观遗传学的定义在所包含的内容方面有 宽泛和狭窄之别，但在两个主要点上是一致 的： ①表观遗传学研究基因如何发挥其功能以及基 因之间的互作关系； ②表观遗传学研究的范畴仅涉及DNA序列之外 的使基因表达模式发生改变并可使之在世代 之间稳定遗传的因素。
1992年Hall将其定义为：在发育过程中遗传因 子和非遗传因子作用与细胞使其选择性控制基 因的表达，并逐步增加表型复杂性的过程。 20世纪90年代中期之后， epigenetics的定义 逐步向狭义方向发展，Russo等将其描述为： 不涉及DNA序列的变异但基因的表达模式发生 了可遗传的改变，并能通过有丝分裂和减数分 离将改变的基因表达模式传递给子细胞或下一 代的过程。
表观遗传学
第五章：哺乳动物基因 组印记
第六章：哺乳动物X染色 体失活
第七章：表观遗传学和 人类疾病
第一章：染色质修饰及其作用机理
1.核小体和染色质高级结构
染色质：DNA+组蛋白 组蛋白（Histone）：小分子强碱性蛋白。由球状结构域
和可变的（相对无结构域的）从核小体表面伸出的“组蛋 白尾部”组成，组蛋白序列相当保守 核小体（Nucleosome）：染色质重复单位，由核心组蛋 白（H2A、H2B、H3和H4）组成的一个蛋白八聚体和一 段147bp包绕在外周的DNA组成
组蛋白修饰因子和染色体重塑因子 染色体重塑时的修饰酶：ISWI家族和SWI家族
染色体重塑机制（共价修饰与ATP依赖）
2. 组蛋白变体和表观遗传学
因为巨大的DNA长度，演化出结构性蛋白进行包装 染色质因为组蛋白变体的装入和置换而多样化 组蛋白变体在基因表达、染色体分离、DNA修复和真核
赖氨酸甲基化酶
与着丝粒和端粒周围异染色质形成有关
通过chromo结构域与HP1因子结合介导异染色质形成 与DNA甲基化协同存在
H3K9与DNA甲基化互相依赖，缺失DNA甲基化酶的哺乳动物 癌细胞中H3K9甲基化水平下降 在常染色质基因抑制中也有功能
3.3.2 赖氨酸去甲基化
2004年，去甲基化酶LSD1的发现提供了细胞内可发生去 甲基化的证据
模型3中，一个组蛋白翻译 后修饰可以为一个染色质结 合因子提供特异性结合
3. 组蛋白翻译后修饰类型
3.1 乙酰化（acetylation）与去乙酰化 实验证据： 转录活跃区或准备转录的染色质区域倾向于开放构想，可被
核酸酶降解； 实验发现鸡红细胞中活跃球蛋白基因处核酸酶高敏位点和组
蛋白高乙酰化位点有高度的相关性 酿酒酵母中，转录沉默区域有降低的转录水平
2024年表观遗传学(研究生课件)
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。
罕见的名词解释
罕见的名词解释在我们的日常生活中，很多时候我们会遇到一些罕见的名词，这些名词给我们带来了困惑和困扰。
有些名词在学术领域中被广泛使用，但对于一般大众而言却是陌生的。
在本文中，我将探讨一些罕见的名词，并为读者提供解释。
一、Epigenetics（表观遗传学）Epigenetics，即表观遗传学，指的是通过调控基因活性而非基因序列本身而对基因表达进行影响的科学领域。
简单来说，它是研究环境和生活方式对基因表达产生的影响的一门学科。
在过去的几十年中，科学家们发现，我们的基因不仅仅受到我们的DNA序列的影响，还受到环境因素的影响。
这意味着，我们的生活方式和环境可以影响我们的基因表达，从而对我们的健康和疾病风险产生影响。
表观遗传学的发现为我们理解疾病的复杂性提供了新的途径，同时也提出了个性化医疗的可能性。
二、Selkie（西尔基）Selkie，这个独特的名词来自苏格兰和爱尔兰传说，指的是一种海洋生物，被认为是能够在海中和陆地上变成人类形态的海豹。
传说中，Selkie在海滩上脱去皮囊，化身为美丽的人形，并与人类结婚。
然而，如果他们的皮囊被偷走，他们将被迫留在人类世界无法返回海洋。
这个名词引发了人们的幻想和好奇心，也成为了文学作品和电影的题材。
三、Sonnet（十四行诗）Sonnet，源于意大利诗歌传统，是一种特定格式的诗歌形式。
它由14行组成，通常分为四个字母，其中前两个字母称为八行诗（octave），后两个字母称为六行诗（sestet）。
十四行诗通常遵循特定的韵律和韵脚模式，例如莎士比亚的十四行诗通常采用抑扬格和韵脚交替的形式。
十四行诗是一个充满激情和感情的形式，经常用来表达爱情、思考人生和探索存在的意义。
著名诗人莎士比亚的十四行诗《十四行十八首》被广泛认为是英语文学中最重要的作品之一。
四、Synesthesia（共感觉）Synesthesia，即共感觉，指的是一种感官交叉活动的现象。
在这种情况下，一个感官的刺激会引发其他感官的体验。
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
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? 哺乳动物基因组中5mC占胞嘧啶总量的2%-7%，约70% 的5mC存在于CpG二连核苷。
? 在结构基因的5' 端调控区域, CpG二连核苷常常以成簇串 联形式排列，这种富含CpG二连核苷的区域称为CpG岛 (CpG islands)，其大小为500-1000bp，约56%的编码基 因含该结构。
? 甲基化-- 发生在H3、H4的 Lys 和 Arg残基上，可以 与基因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往往 取决于被修饰的位置和程度。
? 磷酸化-- 发生与 Ser 残基，一般与基因活化相关。
? 泛素化-- 一般是C端Lys修饰，启动基因表达。
? SUMO（一种类泛素蛋白）化-- 可稳定异染色质。
? DNA甲基化
? 基因组中非编码RNA
? 基因印记
? 微小RNA（miRNA）
? 组蛋白共价修饰
? 反义RNA
? 染色质重塑
? 内含子、核糖开关等
表观遗传学机制
? DNA甲基化 ? 组蛋白修饰 ? 染色质重塑 ? RNA调控 ? 其他表观遗传机制
? 遗传印记 ? X染色体失活
一、DNA甲基化
? 基因调控元件(如启动子)所含CpG岛中的5mC会阻碍转录 因子复合体与DNA的结合。
? DNA 甲基化一般与基因沉默相关联；
? 非甲基化一般与基因的活化相关联；
? 而去甲基化往往与一个沉默基因的重新激活相关联。
CpG
率频
5'
Rb基因
3'
? CpG岛主要处于基因5'端调控区域。
? 启动子区域的 CpG岛一般是非甲基化状态的，其非甲基 化状态对相关基因的转录是必须的。
表观遗传学 Epigenetics
闵捷 21014007
概念
? 表观遗传学
? 研究不涉及DNA 序列改变的基因表达和调控的可遗传 变化的，或者说是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。
? 表观遗传
? 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。
结构。
? DNA去甲基化
? 主动去甲基化
? 复制相关的去甲基化
? 在复制过程中维持甲基化酶活性被关闭或维持甲基化酶 活性被抵制。
DNA
化基甲去 的关相制复
DNA全新甲基化
DNA主动去甲基化
DNA甲基化状态的保持
二、组蛋白修饰
? 组蛋白修饰是表观遗传研究的重要内容。
? 组蛋白的 N端是不稳定的、无一定组织的亚单位，其 延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，这种修 饰往往与基因的表达调控密切相关。
? DNA甲基化状态的遗传和保持：
? DNA 复制后，新合成链在DNMT1 的作用下，以 旧链为模板进行甲基化。（缺乏严格的精确性， 95% ）
? 甲基化并非基因沉默的原因而是基因沉默的结果， 其以某种机制识别沉默基因，后进行甲基化。
? DNA 全新甲基化。引发因素可能包括：
? DNA 本身的序列、成分和次级结构。 ? RNA 根据序列同源性可能靶定的区域。 ? 特定染色质蛋白、组蛋白修饰或相当有序的染色质
（2）转录抑制复合物干扰基因转录。甲基化DNA结合蛋 白与启动子区内的甲基化CpG岛结合，再与其他一些 蛋白共同形成转录抑制复合物（TRC），阻止转录因 子与启动子区靶序列的结合，从而影响基因的转录。
（3）通过改变染色质结构而抑制基因表达。染色质构型 变化伴随着组氨酸的乙酰化和去乙酰化，许多乙酰化 和去乙酰化本身就分别是转录增强子和转录阻遏物蛋 白。
? 其他修饰（如ADP的核糖基化）
? 组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰类型被 称为组蛋白密码（ histone code ），遗传密码的表 观遗传学延伸，决定了基因表达调控的状态，并且 可遗传。
Bryan M. Turner, nature cell biology, 2007
三、染色质重塑
? 核小体核心DNA并不是随机的，其具备一定 的定向特性。
? 核小体定位机制：
? 内在定位机制：每个核小体被定位于特定的DNA片断。 ? 外在定位机制：内在定位结束后，核小体以确定的长
表观遗传学的特点：
? 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；
? 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；
? 没有DNA 序列的改变或不能用 DNA 序列变化 来解释。
表观遗传学的研究内容：
?基因选择性转录表达 ?基因转录后的调控 的调控
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(5-methylcytosine ，5mC)。
DNMT1
胞嘧啶
S- 腺苷S甲AM硫氨酸
5-甲基胞嘧啶
? 目前认为基因调控元件（如启动子）的 CpG岛中发生 5mC 修饰会在空间上阻碍转录因子复合物与 DNA的结合。因 而DNA甲基化一般与基因沉
（1）直接干扰特异转录因子与各自启动子结合的识别位 置。DNA的大沟是许多蛋白因子与DNA结合的部位 ，胞嘧啶的甲基化干扰转录因子与DNA的结合。
? 被组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组蛋白 的修饰状态，使其与DNA的结合由紧变松，这样靶基 因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重要 的染色体结构维持单元和基因表达的负控制因子。
? 组蛋白修饰种类
? 乙酰化-- 一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修 饰大多发生在H3、H4的 Lys 残基上。
? 染色质重塑（chromatin remodeling）是 一个重要的表观遗传学机制。
? 染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的 一系列以染色质上核小体变化为基本特征 的生物学过程。
? 组蛋白尾巴的化学修饰（乙酰化、甲基化 及磷酸化等）可以改变染色质结构，从而 影响邻近基因的活性。
核小体
? 核小体定位是核小体在DNA上特异性定位的 现象。