第十六章-表观遗传学(答)

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。

表观遗传学概概述述? 表观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DNADNA甲基化和染色质构象变化等；甲基化和染色质构象变化等；甲基化和染色质构象变化等；甲基化和染色质构象变化等；? ? 定义定义定义定义：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：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：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：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的变化的一门遗传学分支学科。

的变化的一门遗传学分支学科的变化的一门遗传学分支学科。

的变化的一门遗传学分支学科的变化的一门遗传学分支学科。

的变化的一门遗传学分支学科的变化的一门遗传学分支学科。

2015年2015年年9月年9月月2日月2日日日1 11 1? 决定细胞类型的不是基因本身，而是基因表达模式，通过细胞分裂来传递和稳定地维持具有组织和细胞特异性的基因表达模式对于整个机体的结构和功能协调是至关重要的。

结构和功能协调是至关重要的。

决定细胞类型的不是基因本身，而是基因表达模式，通过细胞分裂来传递和稳定地维持具有组织和细胞特异性的基因表达模式对于整个机体的? 基因表达模式在细胞世代之间的可遗传性并不依赖细胞内基因表达模式在细胞世代之间的可遗传性并不依赖细胞内DNA的序列信息。

息。

的序列信? 基因表达模式有表观遗传修饰决定。

基因表达模式有表观遗传修饰决定。

概概述述?表观遗传学的特点表观遗传学的特点：?可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间遗传；分裂，能在细胞或个体世代间遗传；可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数?可逆性的基因表达调节，也有较少的学者描可逆性的基因表达调节，也有较少的学者描述为基因活性或功能的改变；述为基因活性或功能的改变；2015年2015年年9月年9月月2日月2日日日2 22 22 2?没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来解释。

表观遗传学Epigenetics1.达尔文“自然选择”：过度繁殖、生存竞争、遗传和变异、适者生存2.表观遗传学：没有DNA序列的变化，可发生生物体表现型的可遗传的改变。

表观遗传学是在以孟德尔式遗传为理论基石的经典遗传学和分子遗传学母体中孕育的、专门研究基因功能实现的一种特殊机制的遗传学分支学科。

表观遗传研究进一步促进了遗传学和基因组学的研究。

3.染色质DNA或蛋白质的各种修饰（染色质水平的基因表达调控）DNA修饰；组蛋白修饰；RNA干扰；基因组印迹；X染色体失活。

4.DNA甲基化（DNA methylation）甲基化位点：CpG中胞嘧啶第5位碳原子。

DNA甲基转移酶。

甲基来源：一碳单位；S-腺苷蛋氨酸；环境和饮食因素：叶酸、B121)基因组DNA CpG：70％～80％甲基化状态，CpG甲基化与基因组稳定性相关。

2)CpG岛：CpG双核苷酸局部聚集，形成GC含量较高、CpG双核苷酸相对集中的区域。

CpG岛CpG多为非甲基化状态；CpG岛CpG甲基化与基因表达抑制相关。

3)CpG岛分类：转录起始点附近的CpG岛（TSS–CGIs），正常组织是非甲基化的，肿瘤组织发生甲基化，与转录抑制相关。

转录起始点外的CpG岛（non-TSS CpG），正常组织：通常呈高度的甲基化。

肿瘤组织：甲基化程度降低，程度与患病程度相关。

4)CpG岛的分析：长度大于200 bp、GC含量大于50％、CpG含量与期望含量之比大于0.6的区域。

5)DNA甲基化转移酶DNMT：DNMT1：催化子链DNA半甲基化位点甲基化，维持复制过程中甲基化位点的遗传稳定性．DNMT3a和DNMT3b：催化从头甲基化，以非甲基化的DNA为模板，催化新的甲基化位点形成．6)甲基来源：S-腺苷蛋氨酸（胞嘧啶甲基化供体、蛋氨酸是必需氨基酸），一碳单位叶酸：参与一碳单位代谢，间接提供甲基。

补充Ｓ－腺苷蛋氨酸。

叶酸摄入不足时可导致DNA低甲基化。

7)DNA甲基化抑制基因转录的机制①直接抑制基因表达：启动子区CpG序列甲基化，影响转录激活因子与启动子识别结合。

高中生物学中的表观遗传学1900 年，孟德尔规律的再发现诞生了经典遗传学，其影响之广泛、传播之迅速不亚于进化学说的提出。

此后10年，大量遗传学数据相继发表，孟德尔的拥趸者与反对者各执其词。

结束上述争论的是摩尔根及其同事的果蝇杂交实验，随后，染色体遗传学说的提出标志着经典遗传学的兴起。

20世纪60年代，随着对基因本质的阐明和中心法则的扩充和完善，“基因如何控制性状”这一核心问题仿佛已然被解决。

然而，近年来越来越多的证据表明，除去基因（碱基排序）之外，还存在一系列复杂和精细的调控机制，共同决定着性状的形成。

科学家将后者称为表观遗传学（Epigenetics），区别于以基因为核心的经典遗传学。

21世纪的表观遗传学崭新且富有活力，已经成为遗传学领域中不可或缺的组成。

为了紧跟科学前沿，2019年版人教版《必修2·遗传与进化》中增加了表观遗传概念，旨在帮助学生更深入地理解基因表达与性状的关系。

那么，在高中生物教学过程中，教师如何在学生所熟悉的（经典遗传）概念体系中引入新的表观遗传概念呢？对于前者而言，后者是挑战还是完善呢？在讨论上述问题之前，先来看教科书中提供的两个“令人困惑”的遗传现象。

1 小鼠毛色杂交实验教材案例1：纯合黄色小鼠（AvyAvy）与纯合黑色小鼠（aa）杂交，F1代没有表现出黄色，反而呈现出介于黄、黑色的一系列过渡类型。

不难想象，上述现象曾给遗传学家们带来过怎样的困扰。

自然界中类似的现象比比皆是，就连摩尔根都曾因为小鼠体色的遗传问题对孟德尔规律产生过怀疑。

遗传学家们将这种F1代“融合”了双亲性状的现象统称为“不完全显性”。

在表观遗传概念建立之前，人们无法解释上述现象的内在机制。

1999年，Emma Whitelaw等通过对上述案例的分析，终于揭开了表观遗传机制的冰山一角。

此前，科学家们已经知道小鼠毛色的深浅主要由Avy基因所决定。

当Avy基因正常表达时，小鼠毛色呈现黄色，反之则为黑色。

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。

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DNA甲基化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。

所谓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，大部分染色体每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。

染色质重塑表观遗传学重塑依赖的染色质重塑与人类疾病染色质重塑复合物依靠水解A TP提供能量来完成染色质结构的改变，根据水解ATP的亚基不同，可将复合物分为SWI/SNF复合物、ISW复合物以及其它类型的复合物。

这些复合物及相关的蛋白均与转录的激活和抑制、DNA的甲基化、DNA修复以及细胞周期相关。

ATRX、ERCC6、SMARCAL1均编码与SWI/SNF复合物相关的ATP酶。

ATRX突变引起DNA甲基化异常导致数种遗传性的智力迟钝疾病如：X连锁α-地中海贫血综合征、Juberg-Marsidi综合征、Carpenter-Waziri综合征、Sutherland-Haan综合征和Smith-Fineman-Myers综合征，这些疾病与核小体重新定位的异常引起的基因表达抑制有关。