表观遗传学主要调控方式研究进展

表观遗传学主要调控方式研究进展
摘要：表观遗传学是指在DNA序列不发生改变的情况下基因表达发生的稳定、
可遗传的变化。

环境因素也会通过影响基因表达的调控，对个体产生可遗传的表
型影响。

本文将对主要的调控方式，DNA甲基化，组蛋白修饰，非编码RNA修饰进行综述。

关键词：表观遗传学，DNA甲基化，组蛋白修饰，非编码RNA
中图分类号：G662.7 文献标识码：A 文章编号：ISSN1672-6715（2018）06-0084-01
表观遗传学是指在DNA序列不发生改变的情况下基因表达发生变化，而且这种变化是稳定的、可以遗传的。

表观遗传学的研究内容主要包含DNA甲基化（DNA methylation）、组蛋白修饰（histone modification）、非编码RNA （non-coding RNA）、X染色体失活（X chromatin inactivation）、基因组印记（genomic imprinting）、染色质重塑（chromatin remodeling）等多种修饰方式。

1 DNA甲基化
DNA甲基化是一个将甲基加到DNA上的修饰过程。

在此过程中，腺嘌呤（A）或胞嘧（C）碱基在甲基转移酶（DNA methyltransferase， DNMT）的催化下与甲
基发生共价结合，并且可以通过细胞分裂和生殖传递给子代。

研究发现在脊椎动
物中，DNA甲基化修饰是建立在整个基因组水平上的，其中可遗传的甲基化只发
生在胞嘧啶-鸟嘌呤（G）二核苷酸（CpG）位点上[1]。

在DNA分子复制的过程中，相比母链，新合成的DNA不具有相应的甲基化修饰，而DNMT1可以特异性识别CpG并且通过识别已修饰的甲基基团迅速将对称位置的胞嘧啶转换为5-mC，从而达到维持子代DNA分子与母代分子具有相同甲基化修饰的效果[2]。

DNA甲基化
对基因的调控功能主要包括两种方式：全基因组低甲基化及特定位点的DNA高甲基化。

其中，全基因组甲基化的功能主要是稳定DNA的正常结构状态及其功能的稳定性；DNA高甲基化主要发生在启动子区域，通过调节转录因子与启动序列的
结合而调控基因的表达[3]。

2组蛋白修饰
组蛋白（histone）是构成染色质的基本结构蛋白。

组蛋白以八聚体的形式与DNA结合形成核小体（nucleosome），其N端尾部的15~38个氨基酸残基是翻译
后修饰的主要位点[4]。

组蛋白的表观遗传修饰主要包括组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等。

组蛋白的修饰主要发生在基因的启动子序列区域，可通过组
蛋白乙酰化或去乙酰化的修饰作用改变染色质的结构，并使转录因子的结合作用
发生异常，从而影响基因转录的发生[5]。

3非编码RNA
非编码RNA是指不能翻译为蛋白质的功能RNA分子，按大小可分为sncRNA
和IncRNA。

表观遗传修饰调节机制中IncRNA发挥着极其重要的作用，它们的表
达可直接导致基因沉默；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。

ncRNA参与了表观遗传修饰的建立，并且提示ncRNA在细胞水平和个体
水平的表观遗传信息的传递中可能起着重要的作用。

cRNA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（TGs）作用；②对转录后
蛋白表达的调节，即转录后的基因沉默（PTGS）。

综上所述，ncRNA参与了表观
遗传修饰的建立，并且提示ncRNA在细胞水平和个体水平的表观遗传信息的传递
中可能起着重要的作用。

4结语与展望
表观遗传学的调控方式，大多数都是可逆的，其调控不仅受自身遗传的影响，也受环境变化的影响。

在个体发育过程中，发育早期的环境因素也会对生物体后
期甚至是后代都产生一些表型的影响。

随着对表观遗传学研究关注的增多，何种
干预会对表观遗传产生有益影响，如何目标性调控表观遗传学修饰，成为我们越
发关注的重点。

总之，表观遗传学如何调控基因表达，关键位点与信号通路仍是
我们进一步研究的方向。

参考文献
[1]Schübeler D. Function and information content of DNA methylation. [J].Nature, 2015, 517: 321–326
[2]Smith S S, Kaplan B E, Sowers L C, et al. Mechanism of human methyl-directed DNA methyltransferase and the fidelity of cytosinemethylation. [J].Proc Natl AcadSci USA, 1992, 89: 4744–4748
[3]Eden A，Gaudet F，Waghmare A，et al. Chromosomal instabilityand tumors promoted by DNA hypomethylation.[J].Science，2003，300( 5618) : 455.
[4]Peterson C L, Laniel M A. Histones and histone modifications. [J].CurrBiol, 2004, 14: R546–R551
[5]HenikoffS,FuruyamaT.The unconventional structure of centromeric Nucleosomes.[J].Chromosoma,2012,121( 4) : 341-352.。