分子遗传学-表观遗传学讲课稿

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(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。

分子遗传学和表观遗传学关系解析遗传学是研究遗传现象及其变异的科学。

在遗传学的领域中，分子遗传学和表观遗传学是两个重要的研究分支，它们都关注遗传信息在生物体内的传递和表达。

本文将深入探讨分子遗传学和表观遗传学之间的关系及其在生物学中的意义。

首先，分子遗传学是研究遗传信息传递和变异的过程。

它主要涉及到基因的结构和功能，研究基因如何通过DNA和RNA的转录和翻译来编码蛋白质，并且如何通过基因突变产生不同的遗传变异。

分子遗传学通常使用分子生物学和基因工程技术，如PCR、DNA测序和基因编辑等方法来研究基因的功能和调控机制。

通过分子遗传学的研究，我们可以更好地理解基因的编码和传递机制，揭示遗传变异对生物体结构和功能的影响。

与此同时，表观遗传学是研究不依赖于DNA序列的遗传信息传递的学科。

与传统遗传学所关注的基因序列不同，表观遗传学关注的是表观修饰如何在细胞和个体水平上调控基因的表达和功能。

这些表观修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控等。

表观遗传学研究的重点是揭示这些表观修饰在细胞命运、发育和疾病过程中的作用。

通过表观遗传学的研究，我们可以了解环境和生活方式如何通过调控基因表达模式来影响个体的可塑性和适应性。

虽然分子遗传学和表观遗传学是独立的研究领域，但它们在遗传学中有着密切的关系。

首先，在遗传信息传递的过程中，DNA序列是一个重要的媒介，而不同的分子遗传学技术可以帮助我们更好地理解和分析DNA序列的结构和功能。

这些技术包括DNA测序、基因编辑和基因表达分析等。

通过这些技术，我们可以通过分析基因的突变和变异来揭示基因的功能和遗传变异对个体的影响。

此外，分子遗传学还可以通过转基因技术和基因治疗方法来改变或修复个体的遗传信息，为遗传疾病的治疗提供新的途径。

同时，表观遗传学也与分子遗传学密切相关。

在细胞内，基因的表达和功能往往受到表观修饰的调控。

例如，DNA甲基化可以阻止转录因子结合到基因启动子上，从而抑制基因的转录和表达。