表观遗传学—基因组印记
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表观遗传学第五章 基因组印记Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC内容纲要r1. r2. r3. r4. r5. r6.基那印印配印因些记记子记组基是基发的印 因 如 因 育 维生记 是 何 的 过 持物印 判 介 程 和w秀w记 读 绍 中 修-w基 的 印 改专.b因 ? 记心b? 机i做o制o生.c是物o如m何启动的?Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC基因印记物 r1. 由表观遗传修饰决定的,来源于双亲 (Parent生 of-origin) 的特异性表达的基因。
心做 .com |A. 两个等位基因中只有一个印记基因表达 -专 ioo |B. 可遗传的修饰,并且不改变基因序列的组成生物w秀ww.bb r2. 由双亲基因组功能的不对称性所决定Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC基因印记r1. 父系印记基因:物 |来自父系的等位基因的表达被抑制 做生om |来自母系的等位基因表达 (mono-allelic) -专心bioo.c r2. 母系印记基因: 秀 .b |来自母系的等位基因的表达被抑制 生物www |来自父系的等位基因表达 (mono-allelic)Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC印记基因物 r1. 在小鼠中已发现>80个印记基因 生 |一般认为在人中具有大致相等数量的印记基因 做 om |基因表达谱的分析结果表明可能有更多的印记基因-专心bioo.c r2. 主要功能: 出生前的生长发育; 秀 .b |父系基因的表达 à 胚胎发育能力增强 生物 ww |母系基因的表达 à 胚胎发育能力削弱w r3. 在特定细胞系及神经发育方面有重要功能Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC基因组印记的相关理论r1. 两性之战 (Kinship),遗传斗争 (Genetic Conflict),物 双亲投资 (Parental Investment) 做生 m |1. 许多印记基因与胎儿 (fetus) 和胎盘 (placenta)的生长和 心 .co 发育相关 -专 ioo |2. 父系:希望后代健康,能够延续基因的存在。
基因组印记由印迹中心调控基因组印记是一种表观遗传学现象,它通过调控基因的表达来影响个体的发育和功能。
印迹中心是基因组印记的关键调控区域,它在胚胎发育和成体维持中起着重要的作用。
基因组印记是父母基因在子代中不对称表达的现象。
在基因组的一些特定区域,只有来自父亲的基因表达,而母亲的基因则被沉默。
同样,在其他区域,只有来自母亲的基因表达,而父亲的基因则被沉默。
这种不对称的表达是通过DNA甲基化来实现的。
DNA甲基化是一种化学修饰,通过在DNA分子上添加甲基基团来改变基因的表达。
在基因组印记的区域,父母基因的DNA甲基化模式是不同的,这导致了基因的不对称表达。
印迹中心是基因组印记调控的关键区域。
在印迹中心,一组特定的基因被调控,这些基因的表达直接影响了基因组印记的形成和维持。
印迹中心通常包含一个或多个印迹基因,这些基因的表达受到DNA 甲基化和其他表观遗传修饰的调控。
印迹基因可以是编码蛋白质的基因,也可以是非编码RNA基因。
印迹中心的功能是在胚胎发育和成体维持中维持基因组印记的稳定。
在胚胎发育早期,印迹中心负责建立基因组印记的初级状态。
在这个过程中,父母基因的DNA甲基化模式被传递给子代细胞,从而确保基因组印记的遗传稳定性。
在胚胎发育后期和成体维持阶段,印迹中心则负责维持基因组印记的稳定状态。
它通过调控印迹基因的表达,监测和修复基因组印记的异常,从而确保基因组印记的稳定性和正常功能。
印迹中心的调控机制非常复杂。
它涉及到DNA甲基转移酶、DNA 甲基化修饰酶、组蛋白修饰酶等多种酶的活动。
这些酶通过添加或去除DNA甲基化和组蛋白修饰,调控印迹基因的表达。
此外,印迹中心还受到多种调控因子的调控,包括转录因子、非编码RNA 和其他表观遗传修饰酶。
这些调控因子可以与印迹中心的DNA结合,直接或间接地影响印迹基因的表达。
研究人员对印迹中心的调控机制进行了广泛的研究。
他们发现,印迹中心的异常活动与多种疾病的发生和发展密切相关。
表观遗传学对医学的影响张小蔫摘要:随着人们对表观遗传学的深入了解,人们对表观遗传疾病的机理及表观遗传治疗的研究也得到了进一步发展。
这些疾病与基因印记、DNA的甲基化、组蛋白修饰等表观遗传过程相关。
这些非DNA序列的改变导致了可遗传的表型变化,也引发了一些疾病的产生。
本文就表观遗传学及其在医学方面的研究进展做一综述。
关键词:表观遗传;DNA甲基化;组蛋白修饰;基因印记;表观遗传治疗The Impact of Epigenetics on Medical Abstract:With in-depth understanding of the epigenetics, mechanism of epigenetic disease and the study of epigenetic therapy has been further developed. These diseases are related to genomic imprinting , DNA methylation, histone modifications and other epigenetic processes. These non - DNA sequence changes lead to heritable phenotypic changes also led to the generation of a number of diseases . In this paper, epigenetics and its progress in medical research are reviewed .Keywords:epigenetics;DNA methylation; histone modifications; genomic imprinting;epigenetic therapy在经典遗传学的理论中,遗传的分子基础是核酸,生命的遗传信息贮存在核酸的碱基序列上,几乎所有的生命活动都受基因调控,甚至人类的精神活动也与基因表达有关。
表观遗传学表观遗传(epigenetics)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。
概述在表观遗传中,DNA序列不发生变化,但基因表达却发生了可遗传的改变。
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'碳位以共价键结合一个甲基基团。
正常情况下,人类基因组中的“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。
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。
特点DNA双螺旋结构的发现和重组DNA技术、PCR技术的产生促进了分子遗传学的发展。
几十年来,人们一直认为基因决定着生命过程中所需要的各种蛋白质,决定着生命体的表型。
但随着研究的不断深入,科研人员也发现一些无法解释的现象:马、驴正反交的后代差别较大;同卵双生的两人具有完全相同的基因组,在同样的环境中长大后,他们在性格、健康等方面却会有较大的差异。
这些现象并不符合经典遗传学理论预期的结果,提示在某些情况下,基因的碱基序列不发生改变,但生物体的一些表型却可以发生了变化。
此外,研究还发现有些特征只是由一个亲本的基因来决定,而源自另一亲本的基因却保持“沉默”。
人们对于这样一些现象都无法用经典的遗传学理论去阐明。
遗传学中的一个前沿领域:表观遗传学(Epigenetics),为人们提供了解答这类问题的新思路。
表观遗传学摘要: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。
表观遗传的现象很多,已知的有DNA甲基化(DNA methylation),基因组印记(genomic impriting),母体效应(maternal effects),基因沉默(gene silencing),核仁显性,休眠转座子激活和RNA编辑(RNA editing)等。
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。
表观遗传的现象很多,已知的有DNA甲基化(DNA methylation),基因组印记(genomic impriting),母体效应(maternal effects),基因沉默(gene silencing),核仁显性,休眠转座子激活和RNA编辑(RNA editing)等。
目录[隐藏]• 1 简介• 2 染色质重塑• 3 基因组印记• 4 染色体失活• 5 非编码RNA表观遗传学简介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]。
表观遗传学的作用机制一、DNA甲基化DNA甲基化是指在DNA序列中,位于胞嘧啶碱基上的一个甲基基团,这种甲基化修饰可以影响DNA的转录活性,从而调控基因的表达。
在表观遗传学中,DNA甲基化是一种重要的调控机制,可以调控基因的表达水平,参与多种生物学过程,如胚胎发育、细胞分化、肿瘤发生等。
二、染色质重塑染色质重塑是指通过改变染色质的结构和组分,从而调控基因的表达。
染色质重塑的主要机制包括DNA的磷酸化、组蛋白的乙酰化、甲基化和磷酸化等。
这些修饰可以改变染色质的构象,影响转录因子的结合,从而调控基因的表达。
染色质重塑在胚胎发育、细胞分化、肿瘤转移等方面具有重要的调控作用。
三、非编码RNA调控非编码RNA是指不能翻译成蛋白质的RNA分子,包括microRNA、siRNA、piRNA等。
这些非编码RNA可以通过与靶mRNA结合,抑制其表达或者诱导其降解,从而调控基因的表达。
非编码RNA在许多生物学过程中都发挥着重要的调控作用,如胚胎发育、细胞分化、肿瘤发生等。
四、蛋白质修饰蛋白质修饰是指通过共价键将氨基酸残基或低相对分子质量物质与蛋白质进行连接,从而改变蛋白质的结构和功能。
蛋白质修饰的方式包括磷酸化、泛素化、糖基化等。
这些修饰可以影响蛋白质的活性、稳定性、定位和相互作用等,从而调控基因的表达和细胞功能。
蛋白质修饰在许多生物学过程中都发挥着重要的调控作用,如信号转导、细胞周期调控、肿瘤发生等。
五、基因组印记基因组印记是指在基因组上标记父源和母源等位基因的一种表观遗传学现象。
基因组印记可以通过甲基化或者特殊的蛋白质标记等机制来影响基因的表达,从而导致不同来源的等位基因在表达上存在差异。
基因组印记可以影响许多生物学过程,如胚胎发育和肿瘤发生等。
六、X染色体失活X染色体失活是指在雌性哺乳动物中,一条X染色体上的基因被沉默的现象。
这种失活是通过一种称为X染色体失活中心的区域来实现的,该区域可以诱导整个染色体上的基因沉默。
表观遗传学表观遗传学是与遗传学相对应的概念。
遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平的变化;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的变化,表观遗传的现象很多,已知的有DNA甲基化、染色质重塑、基因组印记、X染色体失活、非编码RNA等。
一、DNA甲基化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。
DNA甲基化能关闭某些基因的活性,去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。
DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变,从而控制基因表达。
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的重要研究内容。
例题1.(17分)表观遗传是指DNA序列不改变,而基因的表达发生可遗传的改变。
DNA甲基化是表观遗传中最常见的现象之一。
某些基因在启动子上存在富含双核苷酸“CG”的区域,称为“CG 岛”。
其中的胞嘧啶在发生甲基化后转变成5-甲基胞嘧啶但仍能与鸟嘌呤互补配对。
细胞中存在两种DNA甲基化酶(如图1所示),从头甲基化酶只作用于非甲基化的DNA,使其半甲基化;维持甲基化酶只作用于DNA的半甲基化位点,使其全甲基化。
(1)由上述材料可知,DNA甲基化(选填“会”或“不会”)改变基因转录产物的碱基序列。
(2)由于图2中过程①的方式是,所以其产物都是甲基化的,因此过程②必须经过的催化才能获得与亲代分子相同的甲基化状态。
(3)研究发现,启动子中“CG岛”的甲基化会影响相关蛋白质与启动子的结合,从而抑制_________。
(4)小鼠的A基因编码胰岛素生长因子-2(IGF-2),a基因无此功能(A、a位于常染色体上)。
IGF-2是小鼠正常发育必需的一种蛋白质,缺乏时小鼠个体矮小。
在小鼠胚胎中,来自父本的A及其等位基因能够表达,来自母本的则不能表达。
基因组印记名词解释基因组印记是指以DNA为原料,由一定的结构和方式而形成的生物记录。
它们是细胞的进化历史,由古代细胞经过几十亿年的演化而形成的模式。
该模式结合了发育生物学、遗传学、分子生物学和其他生命科学研究中的概念,可以描述一个物种在它的特定历史时间内被进化和维持的过程,以了解不同物种之间的关系,以及人类和其他物种之间的关系。
基因组印记有着多种形式,可以划分为三类:发育印记、表观遗传学印记以及分子遗传学印记。
发育印记指的是物种的发育过程中,形成的形态和结构特点。
这种印记可以帮助描述和分析动物的进化历史,用于识别物种。
表观遗传学印记指的是基因组中有着特殊表观效应的基因和组合,它们可以调控和影响基因组中特定基因的表达。
最后,分子遗传学印记指的是基因组中的某些分子特征,比如基因的次序或特定标记,它们可以用来鉴别物种的祖先本身的特殊特征。
基因组印记在进化及系统发育研究上有着重要的意义,因为它们可以提供有关一个物种进化及发育的详细信息。
同时,研究者还可以利用基因组印记来比较不同物种之间的相似性和差异性,从而推断它们之间的亲缘关系。
基因组印记也可用于生物通用性检测与鉴定,用于特定物种的识别,也可用于动物及植物在环境变化中的生物迁移研究。
基因组印记也可以用于病原微生物的识别,微生物病毒的基因组印记可以用于对病毒的风险评估,以此来识别潜在的病毒或细菌。
同时,基因组印记也可用于植物的认证,用来识别植物品种、判断品种的可传输性,以及优化植物种质资源的利用。
基因组印记不仅用于描述物种的历史和进化,而且也可以被用于鉴定和标记物种,甚至可以用于预测物种的未来变化情况。
它是一种深入了解物种真实起源和种群演化历史的有力工具。
因此,基因组印记功能的开发和研究不仅有助于鉴定物种,还有助于更好地理解物种的进化和变化情况,进而为更好的生物多样性保护,物种保护,气候变化适应提供重要的理论支持和实践经验。