表观遗传学—基因组印记23页PPT

异性降解的现象。PTGS是启动了细胞质内靶mRNA序列特异性的降解机制。
• 近几年来RNAi研究取得了突破性进展，被《Science》杂志评为2001年的十大科 学进展之一，并名列2002年十大科学进展之首。由于使用RNAi技术可以特异性剔 除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及 恶性肿瘤的基因治疗领域。
表观遗传学 EPIGENETICS
什么是表观遗传学？
表观遗传学是研究除DNA序列 变化外的其他机制引起的细胞表 型和基因表达的可遗传的改变。 表观遗传学调控真核基因表达， 与人类重大疾病，如肿瘤、神经 退行性疾病、自身免疫性疾病等 密切相关。
举两个例子~
在胚胎发育过程中，果蝇存在很多体节。对 Hox 基因来 说，在有些体节中表达，有些中不表达。一开始，这种表 达或不表达经不在了，由原来不 表达（Hox 基因）的细胞衍生的后代呢，这些基因仍然不 表达；表达那些 Hox 基因的细胞衍生的细胞，仍然表达。
• 最常见的DNA甲基化形式是将甲基加到胞嘧啶环的 5‘位置上，形成5’-甲基胞嘧啶。哺乳动物中大约有 5%的胞嘧啶被甲基化，而甲基化与否，基因的转录活 性相差了上百万倍。
• DNA甲基化的作用主要体现于抑制基因转录活性，而具 体的抑制机制还尚未明确
• MeCP1所结合的DNA序列常需要有10个以上的甲基化CpG, 这一蛋白广泛存在于许多组织。
工蜂和蜂王都由同种受精卵发育而来，如 果能吃到蜂王浆，就变成蜂后；吃不到就 变成工蜂。
与工蜂相比，蜂王的成熟期短平均在半
个月左右，而工蜂则需要二十天以上；
寿命长蜂王可以活几年，而工蜂则只有
几十天的寿命；有生殖能力蜂王每天可
蜂王
工蜂
以产下几百枚卵，而工蜂一般终生都不

Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC
If a corresponding maternal DNA sample is also available for study, then the parental origin of the active allele can be determined. If the gene is not imprinted, that is biallelic in some tissues, then both alleles will be represented in the RNA.
Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC
Because imprinting is important for normal fetal development, and might occur only during gestation, fetal tissue samples are needed to determine which parental allele a gene is transcribed from. If the fetal genomic DNA is heterozygous for an exonic polymorphism within the gene under study, then imprinted expression from one parental allele can be detected by visualisation of a single allele in the RNA.
Epigenetics, 2008-2009, Semester 1, USTC

遗传信息的传递：中心法则
• 1. DNA自身通过复制传递遗传信息；
• 2. DNA转录成RNA； • 3. RNA自身能够复制 (RNA病毒)；
• 4. RNA能够逆转录成DNA；
• 5. RNA翻译成蛋白质。
• 1939年，生物学家 Conrad Hal Waddington首先在《现代遗传学导论》
微小RNA(microRNA ,miRNA—单链)。
• RNA干扰（RNAi）：是通过小RNA分子在mRNA水平上介导mRNA 的降解诱导特异性序列基因沉默的过程。
• 诱导染色质结构的改变,决定着细胞的分化命运,还对 外源的核酸序列有降解作用以保护本身的基因组。
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2.长链非编码RNA (long noncoding RNA, lncRNA)
DXPas34 长度超过200bp；
DNA甲基化状态的保
持
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• （一）DNMTs(DNA methyltransferases)
DNA甲基转移酶 结构特点：
-NH2末端调节结构域，介导胞核定位，调节与其他蛋白相互 作用。DNMT2无。
-COOH末端催化结构域，参与DNA甲基转移反应。 • 1.DNMT1
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• 三、其他表观遗传过程
• （一）非编码RNA的表观遗传学
• 非编码RNA（non-protein-coding RNA,ncRNA)
• tRNA,rRNA;短链非编码RNA,长链非编码RNA。
• 短链RNA(又称小RNA)，小干涉RNA(short interfering RNA ,siRNA—双链) 和
S-腺苷甲硫氨酸: S-adenosylmethionine,SAM S-腺苷同型半胱氨酸:S-adenosylhomocysteine，SAH

特点
基因组表观遗传学涉及到DNA甲基化 、组蛋白修饰和非编码RNA等机制， 这些机制可以调控基因的表达，影响 生物体的发育和疾病发生。
表观遗传学的重要性
疾病发生
01
表观遗传学异常可以导致多种疾病，如癌症、神经退行性疾病
和代谢性疾病等。
药物研发
02
理解表观遗传学机制有助于开发新的药物，针对特定的表观遗
通过染色质免疫沉淀技术，研究 蛋白质与DNA的相互作用和染色 质结构的变化。
02
甲基化检测技术
利用甲基化检测技术，了解DNA 甲基化水平及其在基因表达调控 中的作用。
03
蛋白质相互作用研 究
通过蛋白质相互作用研究，揭示 蛋白质之间的相互作用和功能关 联。
遗传学技术
遗传分离分析
利用遗传分离分析技术，研究基因与性状之间的遗传关系和遗传 规律。
基因组表观遗传学
目录
• 基因组表观遗传学概述 • 表观遗传学的主要机制 • 表观遗传学与疾病 • 表观遗传学的研究方法 • 表观遗传学的应用前景 • 表观遗传学的挑战与展望
01
基因组表观遗传学概 述
定义与特点
定义
基因组表观遗传学是一门研究基因表 达方式如何在基因序列不发生变化的 情况下发生可遗传变化的科学。
数据挖掘
利用数据挖掘技术，从大规模基因组数据中提取 有意义的信息，揭示基因组中的模式和规律。
统计分析
通过统计分析方法，对基因组数据进行处理和解 释，以发现其中的统计学规律和关联性。
3
数据库和资源
利用生物信息学数据库和资源，存储、管理和查 询基因组数据，提供数据共享和交流的平台。
分子生物学技术
01
染色质免疫沉淀技 术

核小体
• 核小体定位是核小体在DNA上特异性定位的现象。 • 核小体核心DNA并不是随机的，其具备一定的定向特性。 • 核小体定位机制：
内在定位机制：每个核小体被定位于特定的DNA片断。 外在定位机制：内在定位结束后，核小体以确定的长度 特性重复出现。
• 核小体定位的意义：
核小体定位是DNA正确包装的条件。 核小体定位影响染色质功能。
• 组蛋白修饰种类
乙酰化-- 一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修饰 大多发生在H3、H4的 Lys 残基上。
甲基化-- 发生在H3、H4的 Lys 和 Arg残基上，可以与 基因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往往取决 于被修饰的位置和程度。 磷酸化-- 发生与 Ser 残基，一般与基因活化相关。 泛素化-- 一般是C端Lys修饰，启动基因表达。 SUMO（一种类泛素Байду номын сангаас白）化-- 可稳定异染色质。 其他修饰（如ADP的核糖基化）
组蛋白修饰的检测方法
1.免疫染色
2.染色质免疫共沉淀
3.质谱
三、染色质重塑
• 染色质重塑（chromatin remodeling）是一个重要的表观遗传学 机制。 • 染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的一系列以染色质上核小 体变化为基本特征的生物学过程。 • 组蛋白尾巴的化学修饰（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变 染色质结构，从而影响邻近基因的活性。
ton) 在 Endeavour 杂志
首次提出表观遗传学。
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
表型的过程则是属于表观
遗传学研究的范畴。
1987 年 ,霍利德( Holliday) 进一步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 ——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

表观遗传学—基因组印记
1
? 一直以来人们认为DNA的双螺旋结构决定着 物种生命的表型。
? 公驴和母马杂交会生下近似于马的马骡； 而公马和母驴杂交，则会生下近似于驴的 驴骡。
? 同卵双生的双胞胎，在胚胎时期虽然其细 胞核DNA序列完全一致，但是在生长发育过 程中，却会培养出不同的性格，而且身体 健康状况也不尽相同。
9
X染色体的失活
10
?人和小鼠的印记基因相类似，到2010年4月为 止，已被证实的人类印记基因有61个，小鼠 印记基因和印记候选基因约有120多个 (/IGC)。
11
印记基因的特点
? 单等位表达，即性别特异性； ? 很少单独存在，约有80％以上是呈簇排列，印记区
2
发展历史
? 1939年，生物学家 Waddington CH 首先在 《现代遗传学导论》中提出了 epigenetics 这一术语。
?并于 1942年定义表观遗传学为“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”。
3
发展历史
? 1975年，Hollidy对表观遗传学进行了较为 准确的描述。
因此母源和胚胎dnmt1提供保护使印记基因抵御植入前早期胚胎被动去甲基化的影响这个作用得以实现可能是通过zfp57识别并结合icr中甲基化的tgccgc序列trim28与zfp57结合这样zfp57kap1复合物再招募与其相关的染色质修饰因子如dnmt1setdb1hp1及np95等从而阻止了icr的完全去甲基化但是确切的机制仍然不清楚10与印记异常的相关疾病印记的基因只占人类基因组中的少数但在胎儿的生长和行为发育中起着至关重要的作用
? 他认为表观遗传学不仅在发育过程，而且 应在成体阶段研究可遗传的基因表达改变， 这些信息能经过有丝分裂和减数分裂在细 胞和个体世代间传递，而不借助于 DNA序列 的改变，也就是说表观遗传 是非DNA序列差 异的核遗传。

差异甲基化母源 染色体上的ICs的甲基化呈现出分化状态。
Beckwith-Wiedemann综合征(BWS)是一种过度生长综合 征,常伴有肥胖和先天性脐疝等症状，并有儿童期肿瘤 易患倾向。
它起源于染色体11p15.5区段的多种能造
成该区段印迹基因表达失衡的遗传学和表观遗
在PWS和AS患者中发现，微小染色体缺失集中 的区域有成簇排列的富含CpG岛的基因表达调控元 件，称为印迹中心(imprinting centers , ICs)。
在父源和母源染色体上，这些调控元件的CpG 岛呈现甲基化型的明显差异。
例如 SNRPN的23个 母源 完全甲基化
CpG二联核苷 父源 非甲基化
closed structure that can no longer be accessed by the transcriptional machinery.
组成核小体的组蛋白可以被多种化学加合物所 修饰，如磷酸化、乙酰化和甲基化等，组蛋白的这 类结构修饰可使染色质的构型发生改变，称为染色 质构型重塑。组蛋白中不同氨基酸残基的乙酰化一 般与活化的染色质构型常染色质(euchromatin)和 有表达活性的基因相关联；而组蛋白的甲基化则与 浓缩的异染色质(hetero-chromatin)和表达受抑的 基因相关联。
activity. Methylated cytosines are recognized by methyl-CpG-binding proteins (MBDs), which in turn recruit histone deacetylases (HDACs) to the site of methylation, convert-ing the chromatin into a

研究表观遗传学与基因组印记的相互作用有助于深入理解生命过程的调控 机制，为疾病诊断和治疗提供新的思路。
04
表观遗传学与疾病
表观遗传学与疾病的关系
表观遗传学是研究基因表达水平上遗传变异的一 门科学，它与疾病的发生和发展密切相关。
环境因素、生活习惯、饮食等可以通过表观遗传 机制影响基因的表达，进而导致疾病的发生。
表观遗传学的重要性
总结词
表观遗传学对于理解生物学过程、疾病机制和环境影 响等方面具有重要意义。
详细描述
表观遗传学在多个领域都具有广泛的应用价值。首先 ，它有助于我们深入理解生物体的发育和生理过程， 阐明一些生物学现象的机制。其次，表观遗传学对于 疾病的研究和治疗也具有重要意义，它可以揭示疾病 的发病机制，并提供新的治疗策略和药物靶点。此外 ，表观遗传学还能帮助我们了解环境因素对人类健康 的影响，为预防和治疗相关疾病提供科学依据。
组织特异印记基因
指在特定组织或器官中表达的基因，其表达水平受 到表观遗传修饰的影响，这种影响通常与发育和分 化过程中的细胞命运决定有关。
肿瘤相关印记基因
指在肿瘤发生和发展过程中起重要作用的基因，其 表达水平异常与肿瘤细胞的增殖、分化和转移有关 。
基因组印记的生物学意义
基因组印记是生物个体发育和表型形成的重要调控 机制之一，它能够影响个体的生长发育、行为和代 谢等生理过程。
表观遗传学-基因组印记教学 教材
目
CONTENCT
录
• 表观遗传学简介 • 基因组印记 • 表观遗传学与基因组印记的关系 • 表观遗传学与疾病 • 展望与未来研究方向
01
表观遗传学简介
表观遗传学的定义
总结词
表观遗传学是一门研究基因表达方式如何受到环境和其他非基因 序列因素影响的科学。

一、基因组印记
印记基因的特征： 1、通常成簇出现，在染色体上的分布较为
分散 一个簇中一般有3~11个印记基因，具 有一定的群集性倾向。 2、印记基因的表达具有时空特异性，同一 条染色体上两个印记基因之间的基因或与印 记基因毗邻的基因通常不表现出印记修饰。
一、基因组印记
印记基因的特征： 3、具有等位基因不同的甲基化区域
*注：DMR指不同的甲基化区域 ICE指基因印记控制区
一、基因组印记
差异性甲基化区域 (differentially methylated regions, DMRs)
靠近靶基因的顺式作用位点的甲基化状态决 定了印记，这些调控位点称为差异性甲基化 区，是印记基因的标记位点；这些位点的缺 失会消除印记，导致靶基因在父系和母系中 有同样的表达。
表观遗传概述
表观遗传学
在基因的DNA序列没有发生改变的情况下，基因功能发生 可遗传的遗传信息变化，并最终导致表型的变化。
表观遗传 所谓表观遗传就是不基于DNA差异的核酸遗传。即细胞分 裂过程中，DNA 序列不变的前提下，全基因组的基因表 达调控所决定的表型遗传，涉及染色质重编程、整体的基 因表达调控（如隔离子，增强子，弱化子，DNA甲基化， 组蛋白修饰等功能 )，及基因型对表型的决定作用。
小鼠及人类的胚胎及胚外组织中印记基因表达均十分保 守
6、很多印记基因只转录RNA而不翻译蛋白质，只 在mRNA水平发挥作用。
一、基因组印记
H19和Igf2的边界元件作用模式
Igf2和H19分别位于人和小鼠的11号和7号染色体； 位于同一基因簇内，位置相邻，Igf2位于上游； 交互印记(Igf2母系印记，H19父系印记)； 在H19基因的上游均有DMR控制基因的表达； 在H19下游存在一个增强子； Igf2和H19之间存在一个ICE，也是DMR；

异常非编码RNA表达与多种疾病如癌症、心血管疾病和神经精神 疾病等密切相关。
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03
表观遗传在生物体发育中作 用
2024/3/24
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胚胎发育过程中表观遗传调控
2024/3/24
基因组印记
在哺乳动物中，某些基因呈亲本特异性表达，即只有来自父方或母方的等位基因表达，这种现象称为基因组印记。印 记基因通过表观遗传修饰实现亲本特异性表达，对胚胎发育至关重要。
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神经退行性疾病中表观遗传机制
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DNA甲基化与神经退行性疾病
特定基因甲基化水平改变影响神经元功能和存活 。
组蛋白修饰与神经退行性疾病
组蛋白乙酰化、甲基化异常导致神经元损伤和死 亡。
3
非编码RNA与神经退行性疾病
miRNA、lncRNA等参与神经元凋亡、突触可塑 性等过程。
2024/3/24
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X染色体失活
雌性哺乳动物细胞中，两条X染色体中的一条在胚胎发育早期被随机选择失活，以确保雌、雄个体间基因表达的平衡 。X染色体失活涉及表观遗传修饰，如DNA甲基化和组蛋白修饰。
胚胎干细胞多能性维持
胚胎干细胞具有发育成各种组织和器官的潜能。表观遗传修饰在维持胚胎干细胞多能性中发挥关键作用 ，如通过调控关键转录因子的表达和染色质状态。
2024/3/24
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06
总结与展望
2024/3/24
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当前存在问题和挑战
01
表观遗传学机制的 复杂性
目前对表观遗传学机制的了解仍 然有限，许多细节和调控网络尚 不清楚，需要进一步深入研究。
02
表观遗传学与疾病 关系的阐明
尽管已知表观遗传学与多种疾病 有关，但具体机制和靶点仍需进 一步探索。

通过设计特异性针对非编码RNA的小分子抑制剂或RNA干 扰片段，研究非编码RNA的功能和作用机制。
染色质构象捕获技 术
结合高通量测序和生物信息学分析，研究非编码RNA与染 色质构象的关系及其对基因表达的调控作用。
2024/3/27
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07
表观遗传学前沿与展望
2024/3/27
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表观遗传学领域的研究热点
表观遗传学定义
研究基因表达或细胞表现型的变化， 而非DNA序列改变的科学。
发展历程
从经典遗传学到分子遗传学，再到表 观遗传学，人类对基因表达调控的认 识不断深入。
2024/3/27
4
表观遗传学与遗传学的关系
2024/3/27
遗传学
01
研究基因序列的遗传与变异规律。
表观遗传学
02
研究基因表达调控的规律，与遗传学相辅相成。
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表观遗传与生物进化
2024/3/27
表观遗传变异与自然选择
生物体在应对环境压力时，可能通过表观遗传变异产生适应性表型。这些变异可以在不改变DNA序列的情 况下传递给后代，并在自然选择的作用下逐渐在种群中累积。
表观遗传与物种形成
在物种形成过程中，生殖隔离的形成是至关重要的。表观遗传机制可以在不影响DNA序列的情况下，导致 不同种群间基因表达的差异，进而促进生殖隔离的形成和物种的分化。
表观遗传与生物复杂性
生物体的复杂性不仅体现在基因组的多样性上，还体现在基因表达的精细调控上。表观遗传机制通过影响基 因表达的时空特异性和水平，为生物复杂性的产生和维持提供了重要的调控手段。
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05
表观遗传与人类疾病
2024/3/27
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肿瘤与表观遗传异常

表观遗传学ppt课件目录•表观遗传学概述•表观遗传现象及其机制•表观遗传在生物体发育中作用•表观遗传与人类健康及疾病关系•实验技术与方法在表观遗传学中应用•未来挑战与前景展望PART01表观遗传学概述定义与发展历程表观遗传学的定义研究基因表达或细胞表现型的变化，而非DNA序列改变的科学。

发展历程从经典的遗传学理论到表观遗传学概念的提出，以及近年来的快速发展和广泛应用。

研究对象及意义研究对象包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等表观遗传修饰及其调控机制。

意义揭示生物体在发育和分化过程中基因表达的调控机制，以及环境因素对基因表达的影响。

03与医学关系表观遗传学在疾病的发生、发展和治疗中具有重要作用，为医学提供了新的思路和方法。

01与遗传学关系表观遗传学与经典遗传学相互补充，共同揭示生物体的遗传和变异规律。

02与发育生物学关系发育过程中的基因表达调控是表观遗传学的重要研究领域之一。

与其他生物学领域关系PART02表观遗传现象及其机制DNA甲基化DNA甲基化定义在DNA分子上添加甲基基团的过程，通常发生在CpG二核苷酸中的胞嘧啶上。

DNA甲基化的功能参与基因表达的调控，维护染色体的稳定性，参与X染色体失活等。

DNA甲基化与疾病异常DNA甲基化与多种疾病相关，如癌症、神经退行性疾病等。

组蛋白修饰组蛋白修饰定义通过添加或去除化学基团来改变组蛋白的结构和功能。

组蛋白修饰的类型包括乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等。

组蛋白修饰的功能参与基因表达的调控，影响染色质的结构和动态变化。

非编码RNA调控非编码RNA定义不编码蛋白质的RNA分子，包括miRNA、lncRNA等。

非编码RNA的功能通过与靶mRNA结合来调控基因表达，参与染色质修饰和转录后调控等。

非编码RNA与疾病异常非编码RNA表达与多种疾病相关，如癌症、心血管疾病等。

染色体在形态、数量或结构上的变异。

染色体结构变化定义包括染色体易位、倒位、重复和缺失等。