医学分子遗传学第四章 表观遗传学与疾病

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。

表观遗传与人类疾病辛阳阳 2010458136 10护本2班摘要没有DNA序列变化的基础上，基因表达的可遗传性的改变。

关键词表观遗传学DNA甲基化表观基因异常上个世纪50年代初，Watson和Crick建立了DNA分子结构模型，极大程度地促进了生命科学的发展。

自此遗传学便成为现代医学研究领域中一个重要的分支。

人类已经认识到基因突变可以导致疾病的发生，如慢性进行性舞蹈病(Huntington's chorea, Hc)和囊性纤维化等。

近年来在遗传学中还兴起了一个新的具有深远意义的前沿学科——表观遗传学，主要研究在没有DNA序列变化的基础上，基因表达的可遗传性的改变。

这一迅速发展的学科在分子水平揭示了复杂的临床现象，为解开生命奥秘及征服疾病带来希望。

表观遗传学的基本原理：DNA甲基化和组蛋白的修饰人类基因组大约含有23000个功能基因，细胞的生长需要这些功能基因在特定的时间条件下准确表达。

真核细胞基因组和组蛋白紧密地包装在一起，形成一个个核小体，核小体是构成染色质的基本单位。

基因的表达需要改变染色质的状态：染色质压缩程度高时基因沉默（即无转录活性），染色质压缩程度较低时基因表达（即有转录活性）。

染色质这种动态的转换是靠DNA甲基化和组蛋白修饰可逆的调节的。

这个表观遗传修饰过程涉到及几个酶，包括：DNA甲基转移酶(DNMTs)、组蛋白去乙酰化酶(HDACs)、组蛋白乙酰化酶、组蛋白甲基转移酶和甲基结构域结合蛋白MECP2。

DNA和组蛋白正常表型的改变调节着功能基因的转录，最终导致临床出现相应的表现。

DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶(DNMTs)的作用下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基供体，将甲基基团转移到胞嘧啶和鸟嘌呤(CpG)二核苷酸的胞嘧啶。

CpG相对集中的区域称为CpG岛。

CpG岛存在于组织特异基因或者管家基因。

生理情况下，CpG 岛是非甲基化的。

当CpGs异常甲基化会导致所在基因沉默，阻遏甲基化敏感蛋白与基因的结合，使基因很容易发生变异。

表观遗传学对人类发育及健康影响解析表观遗传学是研究基因组范围内可遗传的变化，但不涉及基因序列改变的科学领域。

这些变化可以通过外部环境和个体内在机制产生，从而对基因表达产生影响。

近年来，研究人员在探索表观遗传学的作用和机制方面取得了重大突破。

在人类发展和健康方面，表观遗传学的研究对于理解起源、疾病发生机制以及干预健康问题具有重要意义。

表观遗传学中的一项重要研究领域是DNA甲基化。

DNA甲基化是通过在DNA分子中添加甲基基团来调控基因表达的一种方式。

这种化学修饰可以改变基因的表达模式，从而影响细胞活性和组织特化过程。

研究发现，DNA甲基化与人类发育和健康之间存在着密切的关系。

例如，胚胎发育过程中的DNA甲基化可以决定细胞命运和组织发展的方向。

此外，DNA甲基化在成年人中也发挥着重要的作用，调控着器官发育、免疫应答和生理功能。

除了DNA甲基化，组蛋白修饰也是表观遗传学研究的重要内容之一。

组蛋白是DNA上包裹着的蛋白质，可以通过不同的化学修饰来调节基因的表达。

研究发现，组蛋白修饰在人类发育和健康中发挥着重要作用。

例如，在胚胎发育过程中，组蛋白修饰可以影响基因活性和胚胎干细胞的命运决定。

此外，组蛋白修饰还与生长、免疫系统发育以及慢性疾病的发生有关。

了解表观遗传学对人类发育和健康的影响有助于我们更好地理解疾病发生的机制。

研究发现，环境因素如营养、毒物暴露和应激等与表观遗传学的调控有密切关系。

这些环境因素可以影响个体基因表达模式，从而导致疾病的发生。

例如，营养不良在胚胎期和早期生命阶段对DNA甲基化和组蛋白修饰的影响可能会引起一系列的健康问题，包括心血管疾病、肥胖症和代谢紊乱等。

此外，研究还发现，母亲在怀孕期间的环境暴露（如化学物质、毒品和烟草）也可能通过表观遗传学机制影响后代的健康。

表观遗传学的研究使我们对健康问题的干预提供了新的思路。

通过对表观遗传学的理解，我们可以找到干预措施来预防或治疗一些疾病。

例如，通过改善营养状况、优化环境暴露和应对应激，我们可以调整表观遗传学标记，从而降低特定疾病的风险。

人类疾病的基因突变和表观遗传学每个人的身体都存在着数以亿计的细胞，而每个细胞都含有一个遗传密码——基因。

然而，由于某些原因，基因的序列会产生变异，使人类疾病得以深入人心，导致人类的生存、健康和命运都受到了巨大的威胁。

与此同时，表观遗传学也成为了日益受到重视的领域。

之所以如此，是因为表观遗传学不仅可以帮助解决病因问题，还能揭示人类生命、健康和疾病的复杂过程。

一、什么是基因突变？基因突变是一个生物基因序列的改变。

这种改变可以在DNA序列的单个碱基或更大的段或有机体的染色体水平上发生。

基因突变是遗传变异的重要因素之一。

例如，如果有机体的某个基因有突变，可能会导致有机体产生异常或不完整的蛋白质，从而影响其生命体系的正常运行。

基因突变与许多疾病密切相关。

例如，细胞和分子的研究表明，DNA复制在部分基因组中不稳定，导致基因重复或缺失。

这些变异与各种癌症、自闭症和其他神经系统疾病密切相关。

此外，还有一些继承性疾病与基因突变直接相关，如囊性纤维化、息肉病、血友病和镰状细胞病等。

二、什么是表观遗传学？表观遗传学是研究基因表达和表观遗传变化之间的关系的学科。

表观遗传学的研究重点是如何维持和调控基因表达状态，而这种表达状态往往会影响一个细胞、一组细胞或整个有机体的运作。

与传统意义上的遗传学不同，表观遗传学更专注于环境对基因表达的影响，而非基因本身。

表观遗传学在理解人类疾病方面起着至关重要的作用。

研究表明，表观遗传变化可能是基因突变的一个重要后果或贡献因素。

此外，表观遗传变化还能够通过削减基因表达或增强基因表达来影响某些疾病，例如肥胖症、糖尿病和白血病等。

三、基因突变和表观遗传的交互作用虽然基因突变和表观遗传学在疾病发展中发挥着不同的作用，但二者并不孤立存在。

这两个领域交互作用，共同影响着人类疾病的发病机制。

例如，某些基因突变可能影响表观遗传变化的产生和发展。

同时，表观遗传变化又能够对基因突变的发生和发展产生影响，例如，它可以通过调节基因表达来平衡基因突变。

表观遗传学与疾病李光雷中国农业科学院棉花研究所摘要：表观遗传学是在基因组DNA 序列不发生变化的条件下，基因表达发生的改变也是可以遗传的，导致可遗传的表现型变化。

表观遗传学主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、非编码RNA调控、基因组印记、假基因、内含子、核糖开关等。

和表观遗传学相关的疾病主要有肿瘤、心血管病、成瘾、自身免疫系统性病等。

本文就表观遗传学与疾病进行综述。

关键词：表观遗传学疾病一、表观遗传学的基本概念经典遗传学认为遗传的分子基础是核酸，生命的遗传信息储存在核算的碱基序列上，碱基序列的改变会引起生物体表现型的改变，而这种改变可以从上一代传递到下一代。

然而，随着遗传学的发展，人们发现，DNN、组蛋白、染色体水平的修饰也会造成基因表达模式的变化，并且这种改变是可以遗传的。

这种通过有丝分裂或减数分裂来传递非DNA序列遗传信息的现象成为表观遗传，表观遗传学是研究不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传修饰，即探索从基因演绎为表型的过程和机制的一门学科[1]。

Epigenetics这一名词的中文译法有多种，常见的有“表观遗传学”、“表现遗传学”、“后生遗传学”、“外因遗传学”、“表遗传学”、“外区遗传学”等等。

表观遗传学是Waddington于1942年在描述生物体的基因型与表型之间的因果关系时提出的，他指出基因型的遗传(heredity)或传承(inheritance)是遗传学研究的主旨，而基因型产生表型的过程则属于表观遗传学研究的范畴，他把表观遗传学描述为一个控制从基因型到表现型的机制。

随着遗传学的快速发展，这个词的意思越来越窄[ 2]。

1987年，Holliday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，这是遗传学；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，这是表观遗传学。

1994年，Holliday又指出基因表达活性的变化不仅发生在发育过程中，而且也发生在生物体已分化的细胞中；基因表达的某种变化可通过有丝分裂的细胞遗传下去，他进一步指出表观遗传学研究的是“上代向下代传递的信息，而不是DNA 序列本身”，是一种“不以DNA序列的改变为基础的细胞核遗传”。

表观遗传学与疾病一、表观遗传学的基本概念经典遗传学认为遗传的分子基础是核酸，生命的遗传信息储存在核算的碱基序列上，碱基序列的改变会引起生物体表现型的改变，而这种改变可以从上一代传递到下一代。

然而，随着遗传学的发展，人们发现，DNN、组蛋白、染色体水平的修饰也会造成基因表达模式的变化，并且这种改变是可以遗传的。

这种通过有丝分裂或减数分裂来传递非DNA序列遗传信息的现象成为表观遗传，表观遗传学是研究不涉及DNA 序列改变的基因表达和调控的可遗传修饰，即探索从基因演绎为表型的过程和机制的一门学科[1]。

Epigenetics这一名词的中文译法有多种，常见的有“表观遗传学”、“表现遗传学”、“后生遗传学”、“外因遗传学”、“表遗传学”、“外区遗传学”等等。

表观遗传学是Waddington于1942年在描述生物体的基因型与表型之间的因果关系时提出的，他指出基因型的遗传(heredity)或传承(inheritance)是遗传学研究的主旨，而基因型产生表型的过程则属于表观遗传学研究的范畴，他把表观遗传学描述为一个控制从基因型到表现型的机制。

随着遗传学的快速发展，这个词的意思越来越窄[ 2]。

1987年，Holliday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，这是遗传学；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，这是表观遗传学。

1994年，Holliday又指出基因表达活性的变化不仅发生在发育过程中，而且也发生在生物体已分化的细胞中；基因表达的某种变化可通过有丝分裂的细胞遗传下去，他进一步指出表观遗传学研究的是“上代向下代传递的信息，而不是DNA序列本身”，是一种“不以DNA序列的改变为基础的细胞核遗传”。

1999年，Wollfe把表观遗传学定义为研究没有DNA 序列变化的、可遗传的基因表达的改变。

表观遗传学(epigenetics) 与遗传学是一个对应的关系，是研究表观遗传变异的遗传学分支的学科。

分子遗传学和表观遗传学在肿瘤治疗中的应用肿瘤是一种严重的疾病，它可以在人体内部形成异常的组织，它们往往是无序的和无法控制的。

然而，现代医学研究与治疗技术的发展，为患者提供了越来越多的治疗方法。

分子遗传学和表观遗传学是两种新颖的治疗手段，对于肿瘤治疗有着一定的应用。

分子遗传学是一门研究生物分子之间相互作用的学科。

它探究生物分子在细胞中的作用机制，将分子层面的信息研究应用到医学领域。

这里最常见的应用是抗肿瘤药物的研究和开发。

肿瘤细胞的分子机制不同于正常细胞，它们会产生各种异常的蛋白质，影响细胞分裂和生长。

因此，科学家经常将正常细胞与肿瘤细胞进行比对，寻找与肿瘤相关的蛋白质，这也称为分子标记。

随着技术的进步，研究人员可以更加准确地检测和分析这些标记物，以便制备更精确的药物，利用药物释放到体内，直接作用于癌细胞。

在肺癌等一些难治肿瘤的研究中，科学家把重点放在寻找抗衰老基因之一的P53样蛋白。

这个蛋白质分子与生长因子有关，能够控制多种信号通路。

具体到肿瘤治疗，利用药物来抑制癌细胞中的P53样蛋白既可以阻止细胞增长，又可以抑制癌细胞的转移。

研究表明，这种药物在破坏癌细胞的同时，对正常细胞的负面影响也很小。

表观遗传学是指研究分子标记与基因表达之间的关系的学科。

它探索基因在不同状态下的表达情况、细胞响应和环境压力的反应，以期寻找与肿瘤相关的分子标记。

例如，一些基因的转录和翻译过程可以通过DNA甲基化和乙酰化进行调节，表观标记的变化会直接导致基因表达的改变。

因此，通过研究这些分子标记，可以找到影响肿瘤进展的关键因素。

由于多数癌症的病因极其复杂，表观遗传学的治疗方法至今尚且处于起步阶段。

但我们仍有理由相信，科学家找到的一些新药物会对治疗癌症产生革命性的影响。

例如，目前正研究的一种神经生长因子，它与肿瘤恶化之间有着密切的联系。

在细胞分泌这种神经生长因子的同时，即可利用化学或生物药物抑制它的功能，恢复正常细胞的生长，治疗肿瘤。

表观遗传学与人类健康表观遗传学是一门研究基因表达和功能可塑性如何被环境和生活方式影响的学科。

它解释了为什么一些环境因素（例如饮食、运动、化学物质等）会影响基因表达，这导致了一些与健康相关的变化。

随着对表观遗传学的研究不断深入，我们正日益认识到影响表观遗传学的环境因素对个体健康的潜在影响。

影响表观遗传学的环境因素作为人类，我们生活在一个不断变化的环境中。

这个环境包括饮食、运动、大气污染、化学物质等多个方面。

研究表明，这些环境因素可以影响我们的表观遗传学。

例如，在环境中暴露于高含量的化学物质会导致DNA甲基化，这会影响基因表达和调节。

同样的，一些饮食和运动行为也会影响我们的表观遗传学。

科学家们已经发现，不同的环境因素对表观遗传学的影响不同，但它们都有可能影响个体的健康。

表观遗传学与疾病风险研究已经表明，表观遗传学对人类健康的影响是非常显著的。

许多研究都证实，与表观遗传学有关的变化可以增加很多疾病的风险。

例如，许多癌症和心脏病都与表观遗传学的变化有关。

一个长期的研究显示，在高盐饮食的人们中，高盐摄入会导致血管内皮细胞发生表观遗传学变化，这会增加心血管疾病的风险。

表观遗传学与生活方式的联系表观遗传学的研究结果表明，饮食和运动习惯、药物使用以及化学物质接触等因素会影响表观遗传学。

这些发现提示我们，通过改变我们的生活方式，我们可以改变我们的表观遗传学，从而改善我们的健康。

例如，一项研究显示，维生素D的摄入可以降低DNA甲基化水平，提高细胞的DNA稳定性，从而预防癌症和心血管疾病的风险。

表观遗传学的未来研究尽管表观遗传学的研究已经得到了广泛的关注，但我们仍然需要更多的研究来探索表观遗传学和健康之间的复杂联系。

我们需要进一步探索环境因素、基因和表观遗传学之间的复杂交互作用，以及如何影响健康和疾病的发生和发展。

此外，我们也需要更多的研究来探索改变生活方式如何影响表观遗传学变化，以及这种变化如何改善个体的健康。

结论表观遗传学作为一门新的学科，在人类健康领域中扮演着越来越重要的角色。