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表观遗传学 （epigenetics ）
微生物与生化药学 21140811040 崔小清
1
随着对实验动物特别是克隆动物生物学性状的了解以 及人们对众多疾病的深入研究，科学家发现，除了基 因组DNA外，还有基因组之外的大量遗传学信息调控 着基因的表达，表观遗传学(epigenetics)应运而生。
DNA低甲基化：整个基因组普遍低甲基化，这种广泛
的低甲基化会造成基因的不稳定，这与多种肿瘤的发生
有关。
DNA的低甲基化也可能在异常组蛋白修饰的协同下引
起某些T细胞基因的异常活化、导致自身免疫性疾病的
发生。
13
肿瘤类型 肺癌
乳腺癌 食管癌 胃癌 肝癌
结直肠癌
肾癌 膀胱癌
前列腺癌 卵巢癌
神经胶质瘤 淋巴瘤
2
• 表观遗传学(epigenetic)：DNA的序列不发生变化、基因表达改变、并且这种 改变可稳定遗传。
• 表观遗传学研究的内容： 基因选择性转录、表达的调控。
1. 基因转录后调控。 2. 基因转录后调控。
表观遗传修饰从多个水平上调控基因表达：
1. DNA水平：DNA甲基化 2. 蛋白质水平：组蛋白修饰 3. 染色质水平：染色质重塑 4. RNA水平：miRNA、RNA干扰
1958年，R.A.Brink发现paramutation现象。
1961年，Mary Lyon发现X染色体 失活现象。
1983年，DNA甲基化的发现。
7
近年来，现代分子生物学 认为细胞中信息的表达受两 种因素控制：一种是传统意 义上的遗传调控，另一种是 表观遗传调控—何时、何地、 以何种方式去应用遗传信息 的指令。
表观遗传学（epigentics） 被认为是遗传学领域中探讨 基因型与表现型之间相互关 系的一个新的研究方向。
8
• 人类表观基因组和疾病联合会 于2003 年10月正式宣布开始 投资和实施旨在解析人类全基 因组中表观遗传信息及其与疾 病状态相关的特定表观遗传修 饰的人类表观基因组计划
(Human Epigenome Project , HEP) 。
白血病
表观遗传修饰改变
基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（p16INK4a、DAPK1、RASSF1A）、CBP基因组及染色体重组因子BRG1的缺失
基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（BRCA1、E-cadherin、TMS1、雌激素受体） 组蛋白去甲基基因JMJD2C/GASC1扩增、CpG岛高甲基化（p16INK4a、p14ARF） CpG岛高甲基化（hMLH1、E-cadherin、p14ARF、p16INK4a）
• HEP 的提出和实施，标志着与 人类发育和肿瘤疾病密切相关 的表观遗传学(epigenetic) 和 表观基因组(epigenome) 研究 跨上了一个新的台阶。
9
全球最大表观遗传学项目启动 2010/09/07
南都讯 记者刘凡 通讯员王静思 昨日，深圳华大基因研究院与伦敦国王学院的知名双胞胎研究团队 TwinsUK共同发起一项专门针对双胞胎的遗传学项目———Epitwin。该项目为 目前全球最大的表观遗传学项目，将对全球5000对双胞胎进行深入研究。 据介绍，这个项目计划对双胞胎中的基因进行分别研究，并且在同卵双胞 胎间进行比较。与以往研究不同的是，此次研究不是寻找相似之处，而是寻找 那些能够解释为什么同卵双胞胎不得同样疾病的差异。这个项目首先将以肥胖、 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。
11
DNA复制后甲 基化型的维持
CpG岛（CpG island）
CH
CH
3
3
CH
3
DNA
复制
CH
3
酶
DNA
CH
3
甲基 CH
3
转移
CH
3
酶
CH
3
甲基化抑制基因的 表达
12
DNA高甲基化：基因启动子区的CpG岛在正常状态下一般 是非甲基化的，当发生甲基化时，基因转录沉寂，使一些 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调控失常以及DNA损伤不能被及时 修复，这与多种肿瘤形成密切相关。
直被正统的生物学家拒之门外。
瑞典一个科学家小组的研 究: 对于生于1890- 1920年 的瑞典男人的孙辈而言， 如果其祖父在青少年期间 吃得很好， 那么孙辈因糖 尿病而死亡的概率就很高； 如果其祖父是在饥饿中长 大的．那么孙辈死于心脏 病的机会就很少。也就是 说，祖父辈的饮食状态影 响到了孙辈的健康状态。
10
表观遗传修饰
1. DNA甲基化(DNA methylation)
通 过 甲 基 供 体 ——S- 腺 苷 甲 硫 氨 酸 ， 并 在 DNA 甲 基 转 移 酶 (DNA
methyltransferase，DNMT)的催化下，CpG二核苷酸中的胞嘧啶环上5’位置
的氢被活性甲基所取代，从而转变成5-甲基胞嘧啶(5-mC) 。
基因表达的变 化（或性状的 变化）一定是 DNA序列变异 的结果吗？
3
获得性遗传（ Inheritance of
acquired characteristics）
Jean-Baptiste Lamarck
(1744-1829)
4
问题 环境的作用能否改变个体的遗传特性，并传递给下
一代? 这种被称为“拉马克学说”(Lamarckism) 的观点一
6
二、表观遗传学的发展wenku.baidu.com史
1941年，Hermann J. Muller发现Position effect variegation (PEV) —— 第一种表观遗传学现象。 1942 年 ， Waddington 提 出 现 代 Epigenetics 的概念，认为基因型通过一些“偶然的、不 确定的机制”决定了不同的表型。
一种结论：个体在发育和 生长过程中获得的环境影 响，被遗传给了后代。 什么决定基因？大自然(环 境)如此丰富多彩、如此变 化不停，很难想象，对于 一个开放的复杂生命系统， 不会打上它的烙印。
5
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。 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。 现在科学家们发现：可以在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修 饰．这种改变不仅可以影响个体的发育，而且还可以遗传下去。
微生物与生化药学 21140811040 崔小清
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随着对实验动物特别是克隆动物生物学性状的了解以 及人们对众多疾病的深入研究，科学家发现，除了基 因组DNA外，还有基因组之外的大量遗传学信息调控 着基因的表达，表观遗传学(epigenetics)应运而生。
DNA低甲基化：整个基因组普遍低甲基化，这种广泛
的低甲基化会造成基因的不稳定，这与多种肿瘤的发生
有关。
DNA的低甲基化也可能在异常组蛋白修饰的协同下引
起某些T细胞基因的异常活化、导致自身免疫性疾病的
发生。
13
肿瘤类型 肺癌
乳腺癌 食管癌 胃癌 肝癌
结直肠癌
肾癌 膀胱癌
前列腺癌 卵巢癌
神经胶质瘤 淋巴瘤
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• 表观遗传学(epigenetic)：DNA的序列不发生变化、基因表达改变、并且这种 改变可稳定遗传。
• 表观遗传学研究的内容： 基因选择性转录、表达的调控。
1. 基因转录后调控。 2. 基因转录后调控。
表观遗传修饰从多个水平上调控基因表达：
1. DNA水平：DNA甲基化 2. 蛋白质水平：组蛋白修饰 3. 染色质水平：染色质重塑 4. RNA水平：miRNA、RNA干扰
1958年，R.A.Brink发现paramutation现象。
1961年，Mary Lyon发现X染色体 失活现象。
1983年，DNA甲基化的发现。
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近年来，现代分子生物学 认为细胞中信息的表达受两 种因素控制：一种是传统意 义上的遗传调控，另一种是 表观遗传调控—何时、何地、 以何种方式去应用遗传信息 的指令。
表观遗传学（epigentics） 被认为是遗传学领域中探讨 基因型与表现型之间相互关 系的一个新的研究方向。
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• 人类表观基因组和疾病联合会 于2003 年10月正式宣布开始 投资和实施旨在解析人类全基 因组中表观遗传信息及其与疾 病状态相关的特定表观遗传修 饰的人类表观基因组计划
(Human Epigenome Project , HEP) 。
白血病
表观遗传修饰改变
基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（p16INK4a、DAPK1、RASSF1A）、CBP基因组及染色体重组因子BRG1的缺失
基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（BRCA1、E-cadherin、TMS1、雌激素受体） 组蛋白去甲基基因JMJD2C/GASC1扩增、CpG岛高甲基化（p16INK4a、p14ARF） CpG岛高甲基化（hMLH1、E-cadherin、p14ARF、p16INK4a）
• HEP 的提出和实施，标志着与 人类发育和肿瘤疾病密切相关 的表观遗传学(epigenetic) 和 表观基因组(epigenome) 研究 跨上了一个新的台阶。
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全球最大表观遗传学项目启动 2010/09/07
南都讯 记者刘凡 通讯员王静思 昨日，深圳华大基因研究院与伦敦国王学院的知名双胞胎研究团队 TwinsUK共同发起一项专门针对双胞胎的遗传学项目———Epitwin。该项目为 目前全球最大的表观遗传学项目，将对全球5000对双胞胎进行深入研究。 据介绍，这个项目计划对双胞胎中的基因进行分别研究，并且在同卵双胞 胎间进行比较。与以往研究不同的是，此次研究不是寻找相似之处，而是寻找 那些能够解释为什么同卵双胞胎不得同样疾病的差异。这个项目首先将以肥胖、 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。
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DNA复制后甲 基化型的维持
CpG岛（CpG island）
CH
CH
3
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CH
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DNA
复制
CH
3
酶
DNA
CH
3
甲基 CH
3
转移
CH
3
酶
CH
3
甲基化抑制基因的 表达
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DNA高甲基化：基因启动子区的CpG岛在正常状态下一般 是非甲基化的，当发生甲基化时，基因转录沉寂，使一些 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调控失常以及DNA损伤不能被及时 修复，这与多种肿瘤形成密切相关。
直被正统的生物学家拒之门外。
瑞典一个科学家小组的研 究: 对于生于1890- 1920年 的瑞典男人的孙辈而言， 如果其祖父在青少年期间 吃得很好， 那么孙辈因糖 尿病而死亡的概率就很高； 如果其祖父是在饥饿中长 大的．那么孙辈死于心脏 病的机会就很少。也就是 说，祖父辈的饮食状态影 响到了孙辈的健康状态。
10
表观遗传修饰
1. DNA甲基化(DNA methylation)
通 过 甲 基 供 体 ——S- 腺 苷 甲 硫 氨 酸 ， 并 在 DNA 甲 基 转 移 酶 (DNA
methyltransferase，DNMT)的催化下，CpG二核苷酸中的胞嘧啶环上5’位置
的氢被活性甲基所取代，从而转变成5-甲基胞嘧啶(5-mC) 。
基因表达的变 化（或性状的 变化）一定是 DNA序列变异 的结果吗？
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获得性遗传（ Inheritance of
acquired characteristics）
Jean-Baptiste Lamarck
(1744-1829)
4
问题 环境的作用能否改变个体的遗传特性，并传递给下
一代? 这种被称为“拉马克学说”(Lamarckism) 的观点一
6
二、表观遗传学的发展wenku.baidu.com史
1941年，Hermann J. Muller发现Position effect variegation (PEV) —— 第一种表观遗传学现象。 1942 年 ， Waddington 提 出 现 代 Epigenetics 的概念，认为基因型通过一些“偶然的、不 确定的机制”决定了不同的表型。
一种结论：个体在发育和 生长过程中获得的环境影 响，被遗传给了后代。 什么决定基因？大自然(环 境)如此丰富多彩、如此变 化不停，很难想象，对于 一个开放的复杂生命系统， 不会打上它的烙印。
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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。 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。 现在科学家们发现：可以在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修 饰．这种改变不仅可以影响个体的发育，而且还可以遗传下去。