1第十一章 表观遗传学
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1.表观遗传学概念表观遗传是与DNA 突变无关的可遗传的表型变化,且是染色质调节的基因转录水平的变化,这种变化不涉及DNA 序列的改变。
表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。
表观遗传学内容包括DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、遗传印记、随机染色体失活及非编码RNA 等调节。
研究表明,这些表观遗传学因素是对环境各种刺激因素变化的反映,且均为维持机体内环境稳定所必需。
它们通过相互作用以调节基因表达,调控细胞分化和表型,有助于机体正常生理功能的发挥,然而表观遗传学异常也是诸多疾病发生的诱因。
因此,进一步了解表观遗传学机制及其生理病理意义,是目前生物医学研究的关键切入点。
别名:实验胚胎学、拟遗传学、、外遗传学以及后遗传学表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。
遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化,如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等;而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如和染色质构象变化等;表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。
2.表观遗传学现象(1)DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下,在基因组CpG 二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。
正常情况下,人类基因组“垃圾”序列的CpG 二核苷酸相对稀少,并且总是处于甲基化状态,与之相反,人类基因组中大小为100—1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态,并且与56%的人类基因组编码基因相关。
人类基因组序列草图分析结果表明,人类基因组CpG岛约为28890个,大部分每1 Mb就有5—15个CpG岛,平均值为每Mb含10.5个CpG岛,CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系[9]。
由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系,特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题,DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。
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。
什么是表观遗传学什么是表观遗传学,简述其研究进展表观遗传学(epige***ics)——主要研究任务是通过对生活习惯、饮食习惯等因素的研究,寻找在没有改变dna序列的前体下,环境如何影响我们的基因的答案。
比如说,空气中的污染物如何改变一个人的dna的表达,从而导致像肺气肿或肺癌之类的疾病。
在基因组中除了dna和rna序列以外,还有许多调控基因的资讯,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,而影响和调节遗传的基因的功能和特性,并且通过细胞**和增殖周期影响遗传。
因此表观遗传学又称为实验遗传学、化学遗传学、特异性遗传学、后遗传学、表遗传学和基因外调节系统,它是生命科学中一个普遍而又十分重要的新的研究领域。
它不仅对基因表达、调控、遗传有重要作用,而且在肿瘤、免疫等许多疾病的发生和防治中亦具有十分重要的意义。
表观遗传学(epige***ics)研究转录前基因在染色质水平的结构修饰对基因功能的影响,这种修饰可通过细胞**和增值周期进行传递。
表观遗传学已成为生命科学中普遍关注的前沿,在功能基因组时代尤其如此。
免疫系统被认为是一个解析表观遗传学调控机制的良好模型,而且免疫细胞伯分化及功能表达和表观遗传学的联络甚密,无疑使这一交叉领域的发展一开始就置身于一片沃土之中。
为此,本文对表观遗传学的免疫学意义作一简介,侧面重于t细胞分化特别是th1、th2及相关细胞因子基因表达中的表观遗传学调控。
研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达了可遗传的变化什么是表观遗传学,简述其研究进展表观遗传学,研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达的可遗传的变化的一门遗传学分支学科。
发展一直以来人们都认为基因组dna决定着生物体的全部表型,但逐渐发现有些现象无法用经典遗传学理论解释,比如基因完全相同的同卵双生双胞胎在同样的环境中长大后,他们在性格、健康等方面会有较大的差异。
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。