表观遗传学-遗传学论文
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我对表观遗传学的研究【概念】在基因组中除了DNA和RNA序列以外,还有许多调控基因的信息,它们虽然本身不改变基因的序列,但是可以通过对基因DNA和组蛋白的化学修饰、RNA干扰、蛋白质与蛋白质、DNA和其它分子间的相互作用,而影响和调节基因的功能和特性,并通过细胞分裂和增殖周期遗传给后代,这就是表观遗传学。
【表观遗传学和人类健康】在过去的几十年中,人们发现几种表观遗传调节以及表观遗传特征变化同多种疾病相关。
通常地说,表观遗传相关疾病的遗传特点不能用精确遗传方式来完全解释。
表观遗传疾病也表现出遗传印迹。
例如,孕期母体的食谱以及其它作用于孕期子宫的因素能影响到子代成年后的发育。
由于DNA甲基化在长时期内的错误不断积累,受到表观遗传机制影响的疾病会随着衰老而发生患病人数增加的现象。
被认为受到表观遗传影响的疾病主要包括几种癌症。
例如,乳腺癌、肝癌、肺癌、结肠癌、Ⅱ型糖尿病、肠道疾病和心血管疾病。
表现遗传学是针对不涉及到DNA顺序变化而表现为DNA甲基化谱、染色质结构状态和基因表达在细胞亲代与子代间传递的遗传现象的一门科学。
在真核细胞的正常发育中,DNA甲基化谱和染色质状态的确定和时空变化受着精细的调控。
同时,组蛋白的修饰和染色质高级结构的监控机制之间有着密切联系,由此调控有关基因的表达。
表观遗传学调控主要涉及DNA甲基化、组蛋白的修饰、染色质高级结构的重建等,以及这些机制之间的密切联系,以此实现有时间和空间特色的基因表达调控。
高等真核细胞的正常发育取决于表现遗传学调控机制的准确无误的运行,该机制的失误可引起对包括肿瘤和神经退行性病变在内的多种疾病。
在整个基因组中的基因表达由所有上述那些机制共同调节,同时还与其它一些罕见的现象相关,其中包括雌性哺乳动物中发生的X染色体上一个拷贝的关闭及亲本印记现象,即某个基因的活性依赖于其遗传自父亲还是母亲。
【表观遗传学和作物改良】植物天然群体中存在大量遗传变异,这些变异是随机突变和自然选择的结果,也是物种赖以生存和进化的原料。
DNA甲基化调控表观遗传学论文素材1. 研究背景DNA甲基化是一种重要的表观遗传调控机制,它在基因表达的调控、细胞分化和进化过程中起着关键作用。
DNA甲基化通过将甲基基团添加到DNA分子上,来调节基因的启动和停止。
2. DNA甲基化的作用机制DNA甲基化主要通过三个机制来影响基因表达:一是直接阻止转录因子与DNA序列结合,从而抑制基因的转录;二是通过异染色质形成来改变染色体结构,进而影响基因的可及性;三是通过甲基化与蛋白质结合,来招募某些转录因子或核酸酶,从而调节基因表达。
3. DNA甲基化与疾病关联DNA甲基化在多种疾病中扮演着关键角色。
例如,在肿瘤发生中,可发现DNA甲基化的异常改变。
部分肿瘤细胞会发生DNA甲基化的全基因组丧失,导致某些肿瘤抑制基因的失活和癌基因的激活。
此外,DNA甲基化也与心血管疾病、神经退行性疾病等多种疾病有关联。
4. DNA甲基化的调控因素DNA甲基化的调控与多个因素相关。
其中,DNA甲基转移酶(DNMTs)是最重要的调控因素之一,它们通过将甲基基团添加到DNA上,实现DNA甲基化的过程。
此外,还有一些辅助因子参与了DNA甲基化的调控,如甲基化阅读蛋白(MBDs)、去甲基化酶(TETs)等。
5. DNA甲基化的检测方法目前常用的DNA甲基化检测方法主要包括甲基化特异性PCR (MSP)、亚硫酸测序(Bisulfite Sequencing)、甲基化芯片(Methylation arrays)等。
这些方法可以在全基因组水平或个别基因水平上进行DNA甲基化的检测,为表观遗传学研究提供了重要工具。
6. 表观遗传学在人类疾病治疗中的应用前景随着对DNA甲基化调控机制的深入研究,我们对表观遗传学的了解也不断增加。
表观遗传学的异常调控与多种疾病的发生和发展密切相关,因此,有望通过调控表观遗传学来治疗某些疾病。
例如,通过使用DNA甲基化抑制剂来恢复某些癌基因的正常表达,从而实现肿瘤治疗的目标。
遗传学中的表观遗传学研究表观遗传学是一门相对新兴的学科,它研究的是在不改变基因序列的情况下,细胞核内某些化学修饰对基因表达和功能的影响。
随着遗传学研究的深入,表观遗传学在科学研究中的重要性逐渐受到认可,成为了一个备受关注的研究领域。
在遗传学中,基因转录被认为是十分重要的生物学过程之一,确保了基因的表达和功能。
然而,表观遗传学显示出基因表达和功能发生改变不一定需要改变基因序列的事实,同时表明了基因表达和功能的可塑性。
基因表达和功能如何被调控和影响,是表观遗传学的核心研究问题。
目前,表观遗传学的研究主要集中在 DNA 甲基化、组蛋白修饰、非编码 RNA 等方面。
DNA 甲基化是表观遗传学研究中的一个热点,它是一种将甲基基团加到 DNA 分子上的化学改变,可以影响基因的表达和功能。
组蛋白修饰则是指对核染色质上的蛋白质进行化学修饰,从而对基因的表达和功能进行调控。
非编码RNA 是生物体内一类不具有编码蛋白质的 RNA 分子,能够调控基因表达和功能。
最近,表观遗传学研究的重点逐渐转向了在不同生命阶段中的表观遗传转录调控模式以及其与疾病的关系。
这项研究通常在同一种动物或人物种的细胞或组织中进行比较。
比如说,研究人们的基因表达在不同年龄段和性别之间的差异,在研究老年痴呆和癌症等疾病中表现出的性别差异时,表观遗传学发现对于干细胞的过程可以成为重要的研究领域。
这样做的好处是会发掘出生命活动和疾病的转录调控规律,并借以发掘新的治疗目标。
我们现在也看到越来越多的研究围绕着表观遗传学而进行,例如进行群体研究,研究人口在某些环境条件下表观遗传转录调控的变化,这项研究不单单可以去重新评估基因表达差异及其与疾病的关系,也能为环境污染对人类、动物和植物健康的影响带来启示。
更为重要的是,我们可以进行代际数十年的长期研究来分析表观遗传的遗传性以及其可能对后代健康造成的影响。
总之,表观遗传学的研究对于我们对生命活动和疾病的理解是非常重要的,而这一领域的研究也在不断地发展,不断推进我们对生命活动的认知。
遗传疾病的表观遗传学研究随着科学技术的发展,人们对遗传疾病的认识也越来越深入。
然而,遗传疾病的发生机制依然是一个复杂的问题。
近年来,表观遗传学作为一门新兴的研究领域受到越来越多的关注,它揭示了遗传疾病与环境因素之间的密切关联。
本文将探讨遗传疾病的表观遗传学研究的重要性及其对疾病的发生机制和治疗的潜在影响。
一、遗传疾病的表观遗传学背景表观遗传学是研究基因在表达水平上的变化,而不涉及基因序列本身的一门学科。
表观遗传学主要研究基因组中DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA等修饰与调控的关系。
近年来的研究表明,这些表观遗传学调控机制与遗传疾病之间存在着密切的联系。
二、表观遗传学与遗传疾病发生的关系1. DNA甲基化与遗传疾病DNA甲基化是表观遗传学中最为重要的一种表观修饰方式之一,它通常发生在基因组的CpG岛上。
甲基化修饰的变化会影响基因的可读性,从而改变基因的表达水平。
许多研究已经发现DNA甲基化异常与遗传疾病之间存在着紧密的关系,如癌症、心血管疾病和神经退行性疾病等。
2. 组蛋白修饰与遗传疾病除了DNA甲基化之外,组蛋白修饰也是调控基因表达的重要机制之一。
组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化和乙酰化等多种方式,它们可以在染色体上形成“表观遗传标记”,进而调控染色体结构和基因活性。
研究发现,组蛋白修饰异常会导致遗传疾病的发生,如染色体畸变和染色体缺失等。
三、表观遗传学对遗传疾病治疗的潜在影响1. 表观遗传学标记作为潜在治疗靶点表观遗传学标记在遗传疾病的治疗中具有巨大的潜力。
通过干预DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA等表观修饰方式,可以恢复基因的正常表达水平,从而实现对遗传疾病的治疗。
因此,研究表观修饰与遗传疾病之间的关系以及相关的治疗方法具有重要的意义。
2. 表观遗传学在遗传疾病预测和筛查中的应用表观遗传学研究的进展为遗传疾病的预测和筛查提供了新的思路。
通过分析遗传疾病个体与正常个体之间的表观遗传学差异,可以建立预测模型,从而实现对风险个体的早期干预和治疗。
遗传学中的表观遗传学遗传学是研究遗传现象的一门学科,而表观遗传学则是一种较新的遗传学分支,它主要研究外部环境和内部信号对基因表达的影响,并且这种影响会传递到下一代。
表观遗传学解释了一些传统遗传学无法解释的现象,如同样基因产生不同表型。
它的涉及领域很广,可以涉及从植物病原体和人类心理和行为等众多方面,但本文将主要关注人类。
表观遗传学的研究对象是表观遗传现象。
表观遗传现象是指基因表达及其遗传效应在不更改DNA序列的情况下受到可逆的外部和内部因素(如环境、生活方式等)影响的现象。
表观遗传现象部分是通过DNA甲基化和组蛋白修饰等机制实现的。
这些机制可以影响染色体的外观和结构,从而影响基因表达和遗传效应。
表观遗传学的研究内容包括五个方面:全基因组测序(whole-genome sequencing),表观转录组学(epigenetic transcriptomics),表观蛋白组学(epigenetic proteomics),表观代谢组学(epigenetic metabolomics)和表观表型学(epigenetic phenomics)。
其中最重要的是全基因组测序,因为它可以提供基因组序列的精确信息,为其他方面的研究提供了基础信息。
表观遗传学的研究进展和应用广泛。
它被广泛应用于疾病诊断和治疗方面。
例如,人类表观遗传变异普遍存在于许多疾病中,包括心血管疾病、肿瘤、神经退行性疾病和自闭症等。
通过研究表观遗传变异可拓展新的治疗手段,如利用甲基化剂、组蛋白去乙酰化剂等药物以及RNAi等手段。
表观遗传学在临床应用中也发挥了重要作用。
例如,在肝脏移植中,表观遗传修饰的表型识别可帮助医生确定最佳供体。
此外,表观遗传学还可以提供一种还原精神创伤后代遗传变异的手段。
比如研究带有同样精神创伤的受影响家族,可以确定潜在表观遗传病因和未来治疗方案。
表观遗传学的挑战仍然存在。
首先是标准化。
表观遗传学的实验方法和数据分析技术尚不完全统一,因此利用不同实验室生产的数据进行综合研究困难很大。
表观遗传学的主要机理及其与遗传进化-自然辩证法论文-哲学论文——文章均为WORD文档,下载后可直接编辑使用亦可打印——一、引言自20世纪40年代以来,生物进化论以现代进化论综合的形式被广泛接受。
其主要内容是,生物进化是一个种群内不同基因所占频率的改变和轵累过程。
相应地,现代分子遗传学认为生命的遗传信息储存在DNA序列或基因上,基因型决定了生物体的表现型。
所谓种瓜得瓜,种豆得豆,正是因为特定的基因从母代传递到了子代。
因而,遗传被认为是基因从亲代到后代的传递。
然而,近年来科学家对有些遗传现象的研究发现,遗传并不是那么简单。
瑞典北博滕镇地处偏僻、人烟稀少,由于19世纪时交通很不便利,若是某一年收成不好,当地便会发生。
紧随灾年而来的常常是一个丰收年,人们在熬过了一个食不果腹的寒冬之后往往会饕餮暴食达数月之久。
20世纪80年代,预防保健专家Lars Olove Bygren尝试利用该地区19世纪的历史数据,研究人们孩童时期的营养状况可能对后代产生的影响。
经过数据统计和分析,他发现,那些曾在某个冬季经历了从正常饮食到过量饮食的男孩,他们孙子的寿命竟比正常进食男孩的孙子平均短32年之久〔1〕。
这种情况也发生在母系的代系传递中。
也就是说,若某人在孩童时期的某个冬天曾有过量饮食的情况,那么他们孩子的孩子将会过早去世。
这个研究结果无疑是令人震惊的,人们没有想到,自己在身体发育前的饮食习惯居然会影响后代的寿命。
但这是何以可能的呢?根据现代遗传学,人们的日常活动和饮食习惯等并不会改变他们的基因,而子代从亲代遗传得到的正是基因。
因而亲代未发育前的行为不可能对子代有影响。
类似于上述例子的研究表明,子代从亲代遗传得到的绝不仅仅是基因,还有基因之外的其他信息。
这种非DNA序列信息的遗传现象通常被称为表观遗传。
这使人们开始关注曾一度被冷落的学科--表观遗传学。
在过去二三十年间出现了大量的表观遗传学的研究,文献数量急剧上升。
近年来,关于表观遗传学的哲学讨论也越来越受到关注,可以说是当下的一个热点。
经典遗传学与表观遗传学关联之思考示例文章篇一:《经典遗传学与表观遗传学关联之思考》嘿,小伙伴们!你们知道吗?在神奇的生命科学世界里,有两个特别重要的家伙,一个叫经典遗传学,另一个叫表观遗传学。
这俩可有意思啦,就像一对欢喜冤家,既相互关联,又各有特点。
先来说说经典遗传学吧!这就好比是我们的“先天之本”。
就像我从爸爸妈妈那里继承了眼睛的颜色、头发的卷直,这都是经典遗传学在起作用呀!它告诉我们,基因就像是生命的密码,从祖辈一代代传下来,决定了我们的很多基本特征。
那表观遗传学又是啥呢?这就像是给我们的基因穿上了一件“神奇的外套”。
比如说,同样是有容易长胖的基因,为啥有的人胖得快,有的人却能保持苗条呢?这可就是表观遗传学在捣鬼啦!它能让基因的表达发生变化,就好像给基因这个“密码锁”加上了不同的开关。
有一次,我和小伙伴们一起讨论这个问题。
“哎呀,这经典遗传学和表观遗传学到底谁更厉害呢?”小明皱着眉头问。
“我觉得都重要!”我赶忙回答,“就像我们跑步,基因给了我们腿的长短,这是经典遗传学;而表观遗传学呢,就像是我们跑步的姿势和训练,也能影响我们跑得快慢呀!”“对呀对呀!”小红也点头赞同,“那是不是环境对表观遗传学的影响很大呢?”“那当然啦!”我提高了声音,“比如压力大的时候,可能就会影响我们身体里的一些基因表达,这就是表观遗传学在变化呢!”想想看,经典遗传学像是一座坚固的城堡,决定了我们的基础架构;而表观遗传学就像是城堡里的装饰和布置,可以根据外界的情况不断改变。
它们相互配合,共同塑造着我们的生命。
经典遗传学给了我们生命的蓝图,而表观遗传学让这个蓝图有了更多的可能性。
它们不就像是画画的时候,线条勾勒出了大致的形状,而色彩的运用让画面更加生动多彩吗?所以呀,我们可不能小瞧了这两者的关联。
它们就像是一对默契的搭档,共同演绎着生命的奇妙故事。
我觉得,只有深入了解它们,我们才能更好地理解生命的奥秘,你们说是不是?示例文章篇二:《经典遗传学与表观遗传学关联之思考》嘿,同学们!你们知道吗?在科学的世界里,有两个超级有趣的家伙,一个叫经典遗传学,一个叫表观遗传学。
目录1 表观遗传学概述 (2)2 肿瘤的发生与表观遗传学 (2)2.1DNA甲基化修饰 (3)2.2组蛋白乙酰化修饰 (3)2.3染色体重塑 (4)2.4非编码RNA (4)3 肿瘤诊断与表观遗传学 (5)3.1DNA甲基化与肿瘤诊断 (5)3.2组蛋白修饰与肿瘤诊断 (5)4 肿瘤治疗与表观遗传学 (6)4.1DNA 甲基化转移酶抑制剂与肿瘤治疗 (6)4.2组蛋白去乙酰化酶抑制剂与肿瘤治疗 (6)5 应用前景 (6)表观遗传学与肿瘤林业与生物技术学院生物科学102 钟莹莹摘要:表观遗传学是指不须要基因序列改变而产生的可遗传的基因表达改变。
表观遗传学的机制主要包括DNA甲基化修饰和组蛋白氨基酸的末端修饰。
近年来,随着人们对表观遗传学认识的深入,尤其是DNA甲基转移酶抑制物、组蛋白乙酰化抑制剂等在治疗肿瘤患者的成功临床应用,表观遗传学逐渐成为肿瘤研究的热点。
主要对DNA甲基化和组蛋白修饰两种表观遗传修饰的分子调控机制与肿瘤的发生、诊断和治疗作一综述。
关键词:表观遗传学;肿瘤;DNA甲基化;组蛋白乙酰化1表观遗传学概述表观遗传的概念是1942年由Waddington提出的。
目前,表观遗传被定义为DNA序列发生变化但基因表达却发生了可遗传的改变,也就是说基因型未变化而表型却发生了改变。
这种变化是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质的改变,并且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定地传递下去。
该表现型变化因没有直接涉及基因的序列信息,因而是“表观”的,称为表观遗传修饰,又叫表观遗传变异。
于是,遗传学的研究又开辟了一个新的领域——表观遗传学。
表观遗传对人体组织中多种类型细胞的生长和分化都是至关重要的,像X 染色体失活等一些正常细胞生理过程都是由表观遗传决定。
包括肿瘤细胞在内,表观遗传在控制细胞行为方面扮演着重要的角色。
表观遗传修饰主要包括DNA以及一些与DNA密切相关的蛋白质(例如组蛋白)的化学修饰,另外,某些非编码的RNA也在表观遗传修饰中起着重要的作用。
表观遗传学陈静西南大学生物技术专业 222011*********摘要表观遗传学是指表观遗传学改变(DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA如miRNA)对表观基因组基因表达的调节,这种调节不依赖基因序列的改变且可遗传表观遗传学。
表观遗传学因素如DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA等相互作用以调节基因表达,控制细胞表型,所有这些表观遗传学因素都是维持机体内环境稳定所必需的,有助于正常生理功能的发挥。
目前表观遗传学的研究成果已经应用于一些疾病的研究特别是癌症的治疗上。
因此了解表观遗传学机制在人类疾病发生中的作用和表观遗传学调节剂对疾病治疗的价值将会迎来生物医学研究的表观遗传学时代。
本文就其中的DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、X染色体失活、遗传印记和表观遗传学研究的应用前景进行了综述,并对表观遗传作了介绍。
关键词表观遗传学 DNA甲基化组蛋白修饰染色质重塑X染色体失活遗传印记表观遗传(epigenefie variation)是指DNA序列不发生变化,但基因表达却发生了可遗传的改变。
这种改变是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质发生的改变,且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定传递。
在基因的DNA序列没有发生改变的情况下,基因功能发生了可遗传的变化,并最终导致了表型的变化。
它是不符合孟德尔遗传规律的核内遗传。
由此我们可以认为,基因组含有两类遗传信息,一类是传统意义上的遗传信息,即DNA序列所提供的遗传信息,另一类是表观遗传学信息,它提供了何时、何地、以何种方式去应用遗传信息的指令。
表观遗传学的现象很多,DNA 甲基化、组蛋白修饰、基因组印记、RNA 编辑、基因沉默、核仁显性、休眠转座子激活和性别相关性基因剂量补偿效应等都是典型的表观遗传现象。
1939年,Waddington CH 首先在《现代遗传学导论》中提出了epihenetics这一术语。
1942年定义为生物学的分支,研究基因与决定表型的基因产物之间的因果关系。
浅谈表观遗传学摘要:表观遗传学改变包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA作用等,产生基因组印记、母性影响、基因沉默、核仁显性、休眠转座子激活等效应。
表观遗传变异是环境因素和细胞内遗传物质间交互作用的结果,其效应通过调节基因表达,控制生物学表型来实现。
本文则从以上几个方面简述了表观遗传学的改变以及基本原理。
经典遗传学认为,核酸是遗传的分子基础,生命的遗传信息储存在核酸的碱基序列。
每个个体内虽然所有细胞所含有的遗传信息是相通的,但由于基因的选择性表达,即不同细胞所表达的基因种类不同,这些来源相同的细胞经过增殖分化后将变成功能形态各不相同的细胞,从而组成机体内不同的组织和器官。
几年来发现,在DNA序列不发生改变的情况下,基因表达也可发生能够遗传的改变,这种现象就被定义为表观遗传。
它的主要论点是生命有机体的大部分性状是由DNA序列中编码蛋白质的基因传递的,但是DNA序列以外的化学标记编码的表观遗传密码,对于生命有机体的健康及其表型特征,同样也有深刻的影响。
表观遗传学的调节机制主要包括组蛋白修饰、DNA甲基化、非编码RNA作用等,通过这些调节模式,影响基因转录和(或)表达,从而参与调控机体的生长、发育、衰老及病理过程。
这些调节模式相比核酸蛋白质的经典遗传途径更容易受环境的影响,因此表观遗传学更加关注环境诱导的表观遗传变异。
因为表观遗传的这些调节机制易受环境影响,而任何一种调节机制发生异常都可能导致细胞状态、功能等发生紊乱,进而引起各种疾病,同时又由于许多表观遗传变异是可逆的,导致表观遗传异常引发的疾病相对容易治疗,因此近年来表观遗传学致病的研究成为了热门的话题之一。
组蛋白在DNA组装中发挥了关键作用, 利用核心组蛋白的共价修饰包括组蛋白甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、ADP-核糖基化及特定氨基酸残基N-末端的SUMO化传递表观遗传学信息。
修饰的主要靶点是组蛋白氨基末端上的赖氨酸、精氨酸残基,这些组蛋白翻译后修饰对基因特异性表达的调控,是其表观遗传学的重要标志。
表观遗传学
陈静
摘要表观遗传学是指表观遗传学改变(DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA如miRNA)对表观基因组基因表达的调节,这种调节不依赖基因序列的改变且可遗传表观遗传学。
表观遗传学因素如DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA等相互作用以调节基因表达,控制细胞表型,所有这些表观遗传学因素都是维持机体内环境稳定所必需的,有助于正常生理功能的发挥。
目前表观遗传学的研究成果已经应用于一些疾病的研究特别是癌症的治疗上。
因此了解表观遗传学机制在人类疾病发生中的作用和表观遗传学调节剂对疾病治疗的价值将会迎来生物医学研究的表观遗传学时代。
本文就其中的DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、X染色体失活、遗传印记和表观遗传学研究的应用前景进行了综述,并对表观遗传作了介绍。
关键词表观遗传学 DNA甲基化组蛋白修饰染色质重塑X染色体失活遗传印记
表观遗传(epigenefie variation)是指DNA序列不发生变化,但基因表达却发生了可遗传的改变。
这种改变是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质发生的改变,且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定传递。
在基因的DNA序列没有发生改变的情况下,基因功能发生了可遗传的变化,并最终导致了表型的变化。
它是不符合孟德尔遗传规律的核内遗传。
由此我们可以认为,基因组含有两类遗传信息,一类是传统意义上的遗传信息,即DNA序列所提供的遗传信息,另一类是表观遗传学信息,它提供了何时、何地、以何种方式去应用遗传信息的指令。
表观遗传学的现象很多,DNA 甲基化、组蛋白修饰、基因组印记、RNA 编辑、基因沉默、核仁显性、休眠转座子激活和性别相关性基因剂量补偿效应等都是典型的表观遗传现象。
1939年,Waddington CH 首先在《现代遗传学导论》中提出了epihenetics这一术语。
1942年定义为生物学的分支,研究基因与决定表型的基因产物之间的因果关系。
1975年,Hollidy R 对表观遗传学进行了较为准确的描述。
1996年James G Herman 和Stephen B Baylin 发明 MSP技术,并发现肿瘤细胞中抑癌基因启动子区CpG呈高甲基化状态。
表观遗传的特征是可遗传的,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;是可逆性的基因表达调节;没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来解释。
它在三个层面调控基因表达。
DNA修饰、蛋白修饰、非编码RNA调控。
任何一个层面异常,都将影响染色质结构和基因表达,导致复杂综合征、多因素疾病以及癌症。
和DNA序列改变不同的是,许多表观遗传的改变是可逆的,这就为疾病的治疗提供乐观的前景。
这就是它的意义所在。
一、DNA甲基化
DNA甲基化,为DNA化学修饰的一种形式,能够在不改变DNA序列的前提下,改变遗传表现。
DNA的含氮碱基胞嘧啶的结构中有6个碳原子,其中第五个碳原子上原来连接有一个氢原子,在DNA甲基转移酶的作用下,这个氢原子被一个甲基(—CH3)取代了。
这就叫做DNA甲基化。
这个变化是一种对碱基的修
饰(成为5-甲基化胞嘧啶),并不改变碱基的排列顺序。
正是这种DNA甲基化造成了同样DNA但表现的性状不同的情况出现,因为甲基化的存在能够抑制基因的表达。
甲基化是基因组DNA 的一种主要表观遗传修饰形式,是调节基因组功能的重要手段。
在脊椎动物中,CpG二核苷酸是DNA 甲基化发生的主要位点。
在细胞分化的过程中,基因的甲基化状态将遗传给后代细胞。
二、组蛋白修饰
组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白,是一类小分子碱性蛋白质。
组蛋白有两个活性末端: 羧基端和氨基端。
羧基端与组蛋白分子间的相互作用和DNA缠绕有关,而氨基端则与其他调节蛋白和DNA 作用有关,且富含赖氨酸,具有极度精细的变化区,这类变化由乙酰化、磷酸化、甲基化等共价修饰引起。
组蛋白质修饰)是透过改变蛋白结构,而引致蛋白质产生不同的作用和特性,例如:疯牛症蛋白异变。
三、染色质重塑
染色质重塑是指在能量驱动下核小体的置换或重新排列。
它改变了核小体在基因启动子区的排列,增加了基础转录装置和启动子的可接近性。
染色质重塑的发生和组蛋白N端尾巴修饰密切相关,尤其是对组蛋白H3和H4的修饰。
修饰直接影响核小体的结构,并为其它蛋白提供了和DNA作用的结合位点。
染色质重塑和组蛋白修饰均由各自特异的复合物来完成,两者发生的先后顺序与启动子序列的特异性有关;后与启动子结合的复合物有助于维持两个复合物与启动子的稳定结合,且两复合物又可相互加强对方的功能。
四、基因组印记
人们在研究中发现,来自双亲的某些等位基因,在子代的表达不同,有些只有父源的基因有转录活性,而母源的同一基因则始终处于沉默状态,另一些基因的情况则相反。
这是由于源自某一亲本的等位基因或它所在染色体发生了表观遗传修饰,导致不同亲本来源的两个等位基因在子代细胞中表达不同。
在基因组中的这类现象就是基因组印记。
印记丢失不仅影响胚胎发育并可诱发出生后的发育异常,从而导致癌症发生。
如果抑癌基因有活性的等位基因失活便提高了发生癌症的几率,例如IGF2基因印记丢失将导致多种肿瘤,如Wilm’s 瘤。
和印记丢失相关的疾病还有成神经细胞瘤,急性早幼粒细胞性白血病,横纹肌肉瘤和散发的骨肉瘤等。
五、X染色体失活
女性有两条X染色体,而男性只有一条X染色体,为了保持平衡,女性的一条X染色体被永久失活,这便是“剂量补偿”效应。
哺乳动物雌性个体的X染色体失活遵循n-1法则,不论有多少条X染色体,最终只能随机保留一条的活性。
研究表明在给定的体细胞有丝分裂谱系中,有一条X染色体是完全失活
并呈异染色质状态,而在另一个细胞谱系中同一条X染色体又可以是活化的且呈常染色质状态。
X染色体失活的选择和起始发生在胚胎发育的早期,这个过程被X 失活中心所控制,是一种反义转录调控模式。
和X染色体失活相关的疾病多是由X染色体的不对称失活,使携带有突变等位基因的X染色体在多数细胞中具有活性所致。
Wiskott-Aldrich综合征表现为免疫缺陷、湿疹、伴血小板缺乏症,该病是由于WASP基因突变所致。
因为染色体随机失活导致女性为嵌合体,携带有50%的正常基因,通常无症状表现,该病患者多为男性。
六、遗传印记
基因组印迹依靠单亲传递某种性状的遗传信息,被印迹的基因会随着其来自父源或母源而表现不同,即源自双亲的两个等位基因中一个不表达或表达很弱。
这是基因组在传递遗传信息的过程中,通过基因组的化学修饰(DNA的甲基化;组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等)而使基因或DNA片段被标识的过程
表观遗传学补充了“中心法则”忽略的两个问题,即哪些因素决定了基因的正常转录和翻译以及核酸并不是存储遗传信息的唯一载体;在分子水平上,表观遗传学解释了DNA序列所不能解释的诸多奇怪的现象。
如: 同一等位基因可因亲源性别不同而产生不同的基因印记疾病,疾病严重程度也可因亲源性别而异。
表观遗传学信息还可直接与药物、饮食、生活习惯和环境因素等联系起来,营养状态能够通过改变表观遗传以导致癌症发生,尤其是维生素和必需氨基酸。
此外,表观遗传学信息的改变,对包括人体在内的哺乳动物基因组有广泛而重要的效应,如转录抑制、基因组印记、细胞凋亡、染色体灭活等。
DNA 甲基化模式的改变,尤其是某些抑癌基因局部甲基化水平的异常增加,在肿瘤的发生和发展过程中起到了不容忽视的作用。
研究发现,肿瘤细胞DNA 存在广泛的低甲基化和局部区域的高甲基化共存现象,以及总的甲基化能力增高,这3个特征各以不同的机制共同参与甲基化在肿瘤发生、发展中的作用。
如胃癌、结肠癌、乳腺癌、肺癌、胰腺癌等众多恶性肿瘤都不同程度地存在一个或多个肿瘤抑制基因CpG 岛甲基化。
而表观遗传学改变在本质上的可逆性,又为肿瘤的防治提供了新的策略。
所以,随着表观遗传学研究的深入,肯定会对人类生长发育、肿瘤发生以及遗传病的发病机制及其防治做出新的贡献,也必将在其他领域中展示其不可估量的作用和广阔的前景。
从表观遗传现象的认识到对表观遗传学的深入研究和现在开始不久的人类表观基因组计划,一套体系完整的
表观遗传学学科蓝图已经展现在世人的面前。
这些研究成果正激励着人们去探索这片有着巨大潜力的前沿领域。
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