表观遗传学 ppt课件

表观遗传学( epigenetics)
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 基因的功能和特性
概念：指基因的DNA序列不发生改变的情况下， 基因的表达水平与功能发生改变，并产生可遗传 表型的遗传学分支学科。
表观遗传学特点
基因的DNA序列不发生改变的情况下，基因表 达水平与功能发生改变，并产生可遗传的表型。 •可遗传的 •基因表达的改变 •没有DNA序列的改变
历史沿革
1942 年沃丁顿 (Waddington) 在 Endeavour 杂志首次提出表观遗传 学。基因型的遗传(heredity)或传承 (inheritance)是遗传学研究的主旨，
MeCP2
Model for methylation-dependent gene silencing. The structural element of chromatin is the nucleosomal core, which consists of a 146-bp DNA sequence
Βιβλιοθήκη Baidu因调控元件(如启动子)所含CpG岛中的5-mC会阻碍转录因 子复合体与DNA的结合，所以DNA甲基化一般与基因沉默 (gene silence)相关联。而非甲基化(non-methylated)一般与基 因的活化(gene activation)相关联。而去甲基化(demethylation) 往往与一个沉默基因的重新激活(reactivation)相关联。
遗传信息的传递：中心法则
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。
遗传类型
1. 遗传编码信息： 提供生命必需蛋白质的模板
2. 表观遗传学信息： 何时、何地、以何种方式去应用遗传信息
实际情形：
一些孪生子的情况并不符合预期的理论 。往往在长大成人后出现性格、健康方面的 很大差异。这种反常现象长期困扰着遗传学 家。
晏子春秋·杂下之十——《橘逾淮为枳》
晏子使楚……晏子至，楚王赐晏子酒，酒酣，吏二缚 一人诣王。王曰：“缚者曷为者也？”对曰：“齐人也， 坐盗。”王视晏子曰：“齐人固善盗乎？”晏子避席对曰 ：“婴闻之，橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相 似，其实味不同。所以然者何？水土异也。今民生长于齐 不盗，入楚则盗，得无楚之水土使民善盗耶？”王笑曰： “ 圣人非所与熙也，寡人反取病焉。”
wrapped around core histones. Acetylation of the histones causes an open chromatin config-uration that is associated with transcriptional activity.
表观遗传学的研究内容
1. 基因选择性转录表达的调控 2. 基因转录后的调控 3. 蛋白质的翻译后修饰
第二节 表观遗传修饰及调控机制
机制
表观遗传修饰
DNA甲基化 组蛋白修饰 基因组印迹 X染色体失活 染色体构型重塑 siRNA与miRNA介导的调控
DNA甲基化
DNA methylation
DNA甲基化是研究得最清楚、 也是最重要的表观遗传修 饰形式,在 DNA甲基转移酶的催化下，利用S-腺苷蛋氨酸 提供的甲基，将胞嘧啶第5位碳原子甲基化，从而使胞嘧 啶转化为5甲基胞嘧啶(5-Methylcytosine，5-mC)。
表观遗传学
epigenetics
提纲
第一节 表观遗传概述 第二节 表观遗传修饰及调控机制 第三节 表观遗传研究的医学应用
第一节 表观遗传概述
一、表观遗传现象
基因表达模式
相同基因型
不同表型
从母鼠中继承的“agouti基因”甲基化程度高低决定皮毛的颜色
人类同卵双生的孪生子：
具有完全相同的基因组，在同样的环境下 成长，俩人的气质和体质应该非常相似。
直接抑制机制
TF
Prevent the binding of transcription factors
间接机制
The methyl-CpG-binding proteins MeCP1 and MeCP2能够与甲基化的 DNA结合 MeCP2能够招募Sin3a, HDACs，形成复合物， 阻遏转录
DNA甲基化抑制基因转录的机制
基因启动子区的甲基化可影响转录激活因子和其识 别序列的结合，直接抑制基因表达。
甲基化的CpG双核苷酸序列可被甲基结合蛋白家族 (MBD)识别，而后者通过吸引组蛋白去乙酰化酶 (HDAC)和组蛋白甲基化转移酶(HMT)等组蛋白修饰 蛋白来改变染色质活性（染色质重塑），间接影响基 因表达。
5
4 SAM
DNMT
dCMP (~C~)
CH3
dmCMP (~mC~)
在哺乳动物基因组中，DNA甲基化的主要位点是CpG二 核苷酸。
甲基化CpG二核苷酸在整个基因组中分布不均匀，在基 因组大部分区域中CpG序列出现频率较低，但在某些特 定区域，如结构基因5’-端(启动子区)，CpG二核苷酸呈 高频率成串排列，此区域称为CpG岛。
而基因型产生表型的过程则是属于 表观遗传学研究的范畴。
Waddington's epigenetics
基因型
表型
• 1961年，Mary Lyon发现X染色体失活现象。 • 1983年，DNA甲基化的发现。 •1987 年，霍利德( Holliday) 一步指出可在两个层面上研究高 等生物的基因属性。第一个层面是基因的世代间传递的规 律 ——遗传学。第二个层面是生物从受精卵到成体的发育过 程中基因活性变化的模式 ——表观遗传学。 • 2003 年10月正式宣布开始投资和实施人类表观基因组计划 （Human Epigenome Project , HEP）。 • 2010年全球最大表观遗传学项目——Epitwin启动，以肥胖、 糖尿病、过敏反应、心脏病、骨质疏松症和长寿等为主要研 究对象，但研究方法可应用于各种常见性状和疾病。