表观遗传学研究进展重要
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表观遗传学的研究进展及应用在过去的几十年里,科学家们一直在探索人类遗传背景的奥秘。
虽然基因已经被全面解析,但是除了基因之外,表观遗传学作为人类遗传背景的基石,仍然有很多需要探索的内容。
表观遗传学研究人类遗传背景的一种重要方法,它是针对基因和环境之间相互作用产生的某些改变的研究。
表观遗传学的研究进展及应用被广泛关注,这篇文章将探讨表观遗传学的研究进展并探讨其应用前景。
一、表观遗传学的基本概念表观遗传学是指基因表达或修饰程度的变化,并不是基因本身的变化。
表观遗传标记可以被后代继承下去,但表观遗传标记并不会影响DNA碱基序列的变异,这意味着表观遗传标记是可逆的,不同于基因突变。
表观遗传学研究表观基因是如何通过DNA甲基化、组蛋白修饰等方式调整基因表达。
表观遗传标记的传递和改变,可以解释为基因与环境之间的交互作用。
表观遗传学在医学领域的应用是非常广泛的。
通过研究表观遗传标记的调控机制,研究人员可以找出某些疾病的发病机制,预测患病风险,以及开发更科学、更精准的治疗方案。
二、表观遗传学的研究进展表观遗传学的研究进展可以从以下三个方面来阐述。
1、技术手段的创新技术手段的创新是表观遗传学研究进展的关键。
随着技术手段的不断创新,表观遗传标记的检测和鉴定已经变得更加可靠和精准。
随着NGS(新一代高通量测序)技术的不断发展,研究人员可以快速地检测并分析数千个表观遗传标记。
这项技术让研究人员可以快速地探索表观遗传标记与疾病、环境等因素之间的关系。
2、表观遗传标记与疾病之间的关系目前,表观遗传学研究已经成为疾病发生原因的有力证据之一。
研究人员在研究癌症发生机制时,发现甲基化水平的变化可以影响肿瘤的发生和发展,RNA表达、蛋白质表达等都是由于表观遗传修饰的变化而改变的。
针对疾病早期检测、诊断、疾病治疗等方面的研究,都需要表观遗传学提供证据和支持。
3、表观遗传标记与环境之间的作用关系环境因素可以影响表观遗传标记的变化。
在这方面的研究中,最著名的就是"荷兰饥荒"研究。
表观遗传学的进展表观遗传学是生物学和遗传学领域的一个新兴分支,它关注的是基因活动和表达的调控,以及这些调控在某些情况下如何通过细胞外环境信号传导改变细胞的基因表达。
在过去的几十年中,表观遗传学已经获得了一系列重要的进展,这些进展不仅促进了我们对基因调控、细胞发育、疾病和进化等方面的理解,同时为未来的生物医学研究和治疗提供了新的思路和方法。
一、表观遗传学的发展历程表观遗传学的概念最早提出于20世纪50年代,当时研究人员发现不同细胞类型的基因表达模式是不同的,基因的表达由于不同细胞核内的因子而受到控制。
随着分子生物学、基因工程技术的发展,人们逐渐认识到基因调控不仅受到DNA序列的影响,还受到DNA和蛋白质相互作用以及DNA甲基化等表观遗传标记的影响。
1980年代末期,人们开始发现许多遗传疾病并非由于基因突变引起,而是由于表观遗传标记的改变所致。
表观遗传学逐渐成为生物学和医学研究的热点领域。
二、表观遗传标记的种类和作用表观遗传标记包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA、三维基因组结构等多种类型。
其中,DNA甲基化是最为常见和重要的一种表观遗传标记。
它指的是在DNA碱基上加上一个甲基化基团,从而改变DNA的生物学特性。
DNA甲基化通过参与基因启动子、终止子、增强子等调控位点的甲基化改变细胞内各类基因活动状态。
组蛋白修饰则是指通过一系列酶学反应,改变染色体上的组蛋白结构,从而影响基因的转录和表达。
此外,非编码RNA和三维基因组结构等标记也具有重要的调控作用。
非编码RNA用于诱导和沉默mRNA的表达;而三维基因组结构则通过将远距离的DNA 区域聚集成互相接触的结构,从而使得同时进行表达的基因靠得更近。
三、表观遗传标记的调控机制表观遗传标记的调控机制来源于细胞内环境和外界刺激。
例如,细胞周期、细胞发育、DNA修复、染色质重塑和细胞死亡等生命过程都能够调控基因表达和表观遗传标记的变化。
此外,营养、药物、环境毒物和激素等细胞外刺激也会影响基因表达和表观遗传标记的改变,从而引起疾病的发生。
表观遗传学研究进展及其在疾病治疗中的应用随着科技的发展和文化的不断进步,人们对于遗传、基因以及遗传变异的研究越来越深入。
众所周知,种族、传统、生活环境等等都影响着一个人的身体特征和表象。
而表观遗传学即是关注人与环境之间的互动影响,是研究基因外表达的调节机制和表观遗传变异的学科。
目前,表观遗传学的研究对象主要集中在DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等方面,而随着研究的深入,表观遗传学在疾病治疗上的应用也在不断扩展。
一、表观遗传学研究进展1、DNA甲基化DNA甲基化是最早被鉴定为表观遗传学现象的一种形式。
简单来讲,甲基化是指DNA分子上的一种添加物甲基化基团(CH3),通过将甲基加到DNA中的胸腺嘧啶(Cytosine,C)残基,使得C位点上多出一个甲基,这会在转录过程中对DNA的读取速度造成影响,从而影响基因表达。
因此,DNA甲基化是维持基因表达稳定性和空间分布的重要手段。
而DNA甲基化异常会导致某些基因不正常表达,甚至诱发癌症、免疫疾病等疾病。
2、组蛋白修饰组蛋白是构成染色体的核心蛋白质,而组蛋白修饰依旧是表观遗传学的学科范畴之一。
组蛋白修饰指的是在组蛋白N端的不同残基上,通过添加相应的基团,以及不同的空间构型,而产生的不同化学特征。
组蛋白修饰调节染色体的结构和DNA的可读性,是非常重要的转录调控机制。
当组蛋白的修饰模式发生变化时,会对细胞命运的决定产生影响,从而引起多种人类疾病。
3、非编码RNA调控传统观念中,RNA只是将基因信息从DNA转码成蛋白质的中介物,也就是所谓的“转录物”。
然而,新近研究表明,除了具有转录功能的RNA,还有诸如小RNA、长链RNA等不具备转录功能的“非编码RNA”(ncRNA),它们对基因的调节也有着非常重要的作用。
ncRNA能够通过底物竞争、RNA酶介导和RNA结合蛋白介导等多种方式调节基因转录过程,进而影响表观遗传状态。
二、表观遗传学在疾病治疗中的应用表观遗传学的研究可能为许多疾病的治疗提供新的靶点和方法。
表观遗传学的研究进展和应用表观遗传学的研究进展与应用表观遗传学指的是某些特定的基因表达模式及其遗传性质在细胞和有机体中的维持、转移及调节的学问。
对于表观遗传现象的研究已经在生物医学领域产生了重要的影响,成为了基础和临床医学的新兴科学。
表观遗传学的发展历程表观遗传学引起了科学家们的极大关注。
从20世纪60年代开始,对于DNA甲基化现象的研究逐渐引发了人们对于表观遗传现象的关注,之后随着基因序列技术的突飞猛进,表观遗传学也迅速发展起来。
随着计算机、无线通信等技术的快速普及,高通量技术和大数据分析系统的开展,表观遗传学也逐渐成为大数据研究和信息学领域中的重要内容。
表观遗传学研究所涉及的信息如操作、组装、转录、中转、遗传、表观、前置、启动等为世界各国提供了一个难得的合作平台,许多组织和机构致力于表观遗传学的研究,共同促进其发展。
表观遗传学的应用价值表观遗传学的研究主要探讨细胞中不同基因的表达和抑制机制,而这些机制是蛋白质转录调控和化学修饰的结果。
该领域的发展帮助我们更好地了解生命发生发展的本质,并且能够为一些复杂疾病的预防和治疗提供新思路。
表观遗传学在疾病中的应用价值尤为显著。
以癌症为例,癌细胞的DNA甲基化是其病理性表型的一个典型例子。
表观遗传学的研究提供了一些时机使得癌症的诊断和治疗更为准确和高效。
比如,近期研究发现,糖尿病的患者与正常人群在基因组DNA的甲基化水平上存在显著差异。
而应用表观遗传学的方法研发治疗手段和策略,则成为预防和治疗糖尿病的有益途径之一。
表观遗传学和环境污染环境对表观遗传学影响的研究成果已经取得了一些显著进展。
通过研究和探究不同种类的环境因素,我们可以了解环境中存在的致癌物和其他有害物质对表观遗传的影响,并为保护环境,减轻环境污染带来的负面效应提供一些重要信息。
各种化学物质会对表观遗传学发挥重要影响,比如,正常晨尿和非正常晨尿,在甲酸的含量上具有显著差异。
化学物质如农药、化肥等也会影响表观遗传学。
表观遗传学研究进展及其应用表观遗传学近年来备受关注,成为生命科学领域一个极其热门的研究方向。
之所以如此,与表观遗传学能够解释一系列现象、治疗相关疾病、预测疾病风险等实际应用有关。
本文旨在介绍表观遗传学研究进展及其应用。
一、表观遗传学简介表观遗传学(epigenetics)是指对基因表达的调控,而非基因序列本身的改变。
这种调控方式可以直接或间接影响DNA的表现形式,例如通过化学修饰基因组(如DNA甲基化、组蛋白修饰等)及非编码RNA等。
表观遗传学因其可以说明细胞个体表现形式的遗传变异特征而受到重视。
二、表观遗传学研究进展1.基本原理及观察手段表观遗传学的核心是阐明非DNA序列的遗传调控,其中一个重要方法是研究染色质上氨基酸、糖基化和乙酰化的化学改变,以及结合在认知旁靶上的RNA分子。
如今,高通量测序技术、谱学和微阵列等技术已成为表观遗传研究的主要手段。
2.与疾病相关的表观遗传学变化表观遗传学变化已与多种疾病有关联(如巴尔顿综合症、水肺病、代谢性疾病等)。
人们发现表观遗传学变化会影响基因表达,并说明多数疾病发生出于基因环境互作。
例如,表观遗传学改变可以调节肝细胞的分化,间接影响肝癌的发生和进程。
3.表观遗传学进行药物筛选的展望现在,已有一系列表观遗传学调制剂(如甲基转移酶抑制剂、组蛋白去乙酰化酶抑制剂、组蛋白甲基转移酶抑制剂等)在致力于血管肿瘤、HIV感染和自身免疫性疾病等方面的药物开发中被广泛应用。
此外,为了应对疾病基因组学中的诸多问题,如基因组变异、缺陷、重复等问题,基因组编辑技术还被邀请为表观遗传学的药物筛选提供更加精确的蓝图。
在表观遗传学和基因组编辑技术之间的协作下,单个基因或基因系列中的数千个位点可以被编辑器集中改变。
这一点可以使疾病治疗更加普及,成为现代医学一大进步。
三、表观遗传学应用展望表观遗传学的发展应用前景仍有很多未知因素。
比如,研究逆转表观遗传学变化的方法、分离家族性表观突变,以及在肿瘤治疗中发挥作用等。
表观遗传学的研究进展表观遗传学的研究近年来备受学术界关注,这种研究领域通过研究细胞内基因组的化学修饰以及与环境因素的相互作用来探究遗传信息的传递和表达。
表观遗传学与传统遗传学不同,传统遗传学主要研究DNA序列的变化以及这种变化如何影响基因表达,而表观遗传学研究的是影响基因表达的以上化学修饰形式,这种修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA。
表观遗传学的研究范围涵盖了遗传变异、环境、生活方式等方面。
研究表明,在大多数情况下,表观遗传学对基因表达的影响甚至比DNA序列变异更严重,因此表观遗传学也很重要的。
最近的研究显示,表观遗传学在许多复杂疾病(包括心血管疾病、癌症、糖尿病、神经系统疾病等)的发病机理中扮演着非常重要的角色。
高胆固醇、高血压、抑郁症、焦虑症以及躁郁症等心血管和神经系统的疾病研究表明,这些疾病的发生可能与表观遗传学的变化有关。
组蛋白修饰取得的进展也揭示了一些恶性肿瘤的研究。
癌细胞与正常细胞存在分化和重编程的差异,而这种分化和重编程地表达方式就是通过组蛋白修饰来控制的。
与此同时,表观遗传学也可以预测糖尿病的风险,研究表明表观遗传图谱可以较好地与生活方式有关的变量建立联系,使得研究者更加了解了糖尿病的风险因素,如体重、膳食与运动等。
最近的研究还表明,表观遗传学在胚胎发育的维持和调控中也起着重要的作用。
当然,这也包括了对染色体上性别特异性特征的探究。
传统基因学认为,糖链X在X染色体上的表达是仅仅是一个副作用,但事实上它是有实际作用的,而且它很可能具有自己特定的细胞环境或条件,这就是表观遗传学。
总之,表观遗传学的研究内容范围非常广泛,从基因运营到胚芽发展,从心血管疾病到神经系统疾病,都受到了表观遗传学的研究成果。
而又说回到胚芽发展,是否也预示着未来遗传基因修改的方向?我们拭目以待。
生物学中的表观遗传学研究进展表观遗传学是研究基因表达和不同表型差异的分支学科。
它涉及基因组上的化学修饰、 RNA介导的基因沉默、蛋白质途径,以及细胞外环境影响对基因表达的影响等过程。
在过去十年中,表观遗传学在生物学领域中得到了越来越广泛的关注和研究。
这篇文章将着重讨论表观遗传学研究的新进展和当前热点。
一、表观遗传学的进化历程表观遗传学是一个相对年轻的学科,但它的历史可以追溯到20世纪初期发现基因组中存在化学修饰物质的时期。
这些化学修饰物质包括DNA甲基化等,它们可以通过修改DNA分子的结构和功能来影响基因表达。
在1970年代后期,研究人员开始进一步探讨这些化学修饰物质的作用和影响,从而形成了表观遗传学这个分支学科。
由于表观遗传学的研究范围非常广泛,它与生物学的其他分支学科有着紧密的联系。
虽然研究人员对表观遗传学的认识和了解仍然有所欠缺,但是这个领域已经取得了一些令人瞩目的成果和进展。
二、表观遗传学的新进展随着近年来高通量测序技术和生物信息学的发展,表观遗传学研究的领域不断扩大,所涉及的方法也不断更新。
以下是一些近年来表观遗传学领域的主要进展:1. 单细胞表观遗传学。
单细胞基因组测序技术的发展使得研究人员可以对单个细胞的表观遗传改变进行研究。
这种方法可以帮助我们更好地了解在不同条件下,细胞因遗传和表观遗传对基因表达的影响有多大。
2. Epigenome Editing。
Epigenome Editing是指通过干预修饰酶在基因组上的作用,来实现有针对性地增强或减弱某个基因的表达。
这种新型技术的应用前景非常广泛,可以帮助人们更好地探究表观遗传学的规律。
3. 表观遗传与免疫记忆。
表观遗传学也正在逐渐涉足免疫学领域。
研究人员发现,伴随着各种病原体的攻击,适应性免疫系统中的免疫细胞经历了许多表观遗传改变,这对于建立免疫记忆来说非常重要。
对此,研究人员已经开展了广泛的研究,以期更好地了解免疫记忆的形成与表观遗传之间的关系。
表观遗传学研究当前进展与挑战随着科学技术的不断发展和进步,表观遗传学研究也逐渐成为生物医学领域的一个热门领域。
表观遗传学是指影响基因表达的各种因素以及基因表达的遗传定向过程。
表观遗传学研究目前面临着许多挑战和难题,但是也取得了一系列的研究进展。
本文将就表观遗传学研究的当前进展与挑战展开论述。
一. 表观遗传学的研究进展表观遗传学研究的主要任务是探索与分析基因表达调控的机制及其在不同生物体中的作用,找到与表观遗传相关的发育、疾病和药物靶点,为人类疾病的治疗与预防提供基础和参考。
表观遗传学研究近年来取得了一系列的突破。
首先,表观遗传学研究促进了癌症基因治疗的发展。
通过对表观遗传机制的分析,科学家们发现了许多调节肿瘤细胞基因表达的关键分子,并利用RNAi、CRISPR/Cas9等技术切断肿瘤细胞表达这些分子的基因,从而达到杀死肿瘤细胞的效果。
其次,表观遗传学研究为精准医学的推广提供了基础。
科学家们通过对人类基因组的分析,对表观遗传在个体差异中的作用进行了研究,为精准医学提供了新的思路,为以后合理的药品研发与临床治疗提高了正确率。
最后,表观遗传学研究成果造就了重拨表观遗传机制的药物的成功。
例如,通过对HDAC(组蛋白去乙酰化酶)抑制剂的研究,科学家们成功地利用这种药物来治疗癌症、炎症、心血管疾病等,并且这些药物走向了临床应用。
二. 表观遗传学研究的挑战表观遗传学研究虽然取得了一定的研究进展,但是也面临着很多的挑战和难点。
以下是一些挑战:首先,如何确定哪些表观遗传修饰是病理性的,或是与正常生理过程联系紧密的。
事实上,许多基于表观遗传修饰的生物标志物,以及与表观遗传修饰相关的新药,试图利用表观遗传修饰的早期、中期表型来检测或处理疾病或健康。
但是,目前对于找到哪些表观遗传修饰与深度临床实验数据相关联还有一定的困难。
其次,我们如何界定哪些表观遗传修饰是细胞状态的结果,而哪些……是基因组DNA的序列和其他“硬性”遗传因素造成对基因表达模式的突显影响。
遗传表观遗传学的研究进展遗传表观遗传学是研究个体发育中来自父母后代的表观基因改变的学科。
表观遗传学的研究范围包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA及其他细胞膜蛋白的修饰。
表观遗传学对人类疾病的发生与发展起到了重要的作用。
本文将对遗传表观遗传学的研究进展进行探讨。
1. DNA甲基化DNA甲基化是DNA分子中乙酰化发生的一种现象,它能够影响基因表达水平。
DNA甲基化首先被认为是稳定的表观遗传基因改变,但是近年来的研究表明DNA甲基化状态是可逆转的。
研究发现,DNA甲基化酶和DNA脱甲基化酶这两种酶的功能异常都与人类疾病的发生有一定关联。
2. 组蛋白修饰组蛋白是DNA紧密缠绕的包裹物,组蛋白修饰通过改变组蛋白和DNA之间的相互作用来影响基因表达水平。
组蛋白修饰通常包括乙酰化、甲基化、泛素化等。
研究表明,组蛋白修饰与某些人类疾病如肿瘤、心血管疾病等的发生和发展有一定的关系。
3. 非编码RNA非编码RNA是指与蛋白质合成无关的RNA分子。
研究表明,非编码RNA与表观遗传学相关的机制有很大的关系。
例如,一些长链非编码RNA可以通过影响基因转录和翻译来控制基因表达的水平。
4. 表观遗传学与人类疾病表观遗传学与人类疾病之间的关系一直是研究重点。
近年来的研究发现,表观遗传学与肥胖、糖尿病、心血管疾病、神经系统疾病、精神疾病、癌症等许多疾病都有一定的关联。
以肿瘤为例,研究发现,组蛋白修饰与肿瘤发生和发展密切相关。
研究人员发现,一些组蛋白修饰酶能够促进细胞增殖和侵袭,这些酶在肿瘤细胞中表达较高。
另外,DNA甲基化也与肿瘤的发生和发展有一定关系。
比如,甲基化酶缺陷会导致9号染色体恢复到正常基因表达的肝毒性肿瘤的退化。
5. 表观遗传学与环境因素环境因素是影响表观遗传学的一大因素。
一些环境毒物、药物、营养素等可以通过影响DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传学机制来影响基因表达水平。
研究表明,慢性营养不良对小鼠脑神经元的DNA甲基化状态和基因表达的影响可以遗传到其后代。
表观遗传学的研究进展与未来发展趋势随着科技的不断进步,人类对生命的了解和认识也越来越深入。
表观遗传学作为遗传学领域中的一个重要分支,受到了越来越多的关注。
本文将对表观遗传学的研究进展以及未来发展趋势进行介绍。
一、表观遗传学的研究进展表观遗传学是指不涉及 DNA 序列的变化,在一个个体的基因组中,通过化学修饰 (如 DNA 甲基化、组蛋白修饰) 或者 RNAs (如 siRNA, miRNA) 的作用,来调节基因的表达。
近年来,表观遗传学在癌症、肥胖、糖尿病、心血管疾病等方面的研究取得了重要进展。
1. 癌症癌症细胞和正常细胞之间的主要区别在于表观遗传模式的改变。
癌症细胞中的表观遗传修饰是一种异常状态,包括 DNA 甲基化异常、组蛋白乙酰化异常、RNA 处理异常等。
在近期研究中,有两大表观遗传修饰因子常常被发现在癌症细胞中进行异常改变,它们分别是去甲基化酶和甲基转移酶,它们的缺失或异常表达在许多肿瘤中都发挥作用。
2. 肥胖表观遗传学与肥胖之间也有着密切联系。
研究表明,在肥胖个体中,白脂肪细胞的表观遗传调控与受体结合被破坏,这可能导致越来越多的脂肪堆积。
此外,表观遗传调控对饮食习惯和胚胎期间的外部刺激(如营养失调)也有影响。
3. 糖尿病表观遗传学已被证明是糖尿病发病的一个重要风险因素。
甲基化酶发挥着关键作用,它们在糖尿病患者的胰腺细胞中表现出异常甲基化状态。
这种表观遗传修饰的改变导致了一系列的基因表达变化,从而使糖尿病风险增加。
4. 心血管疾病表观遗传学调控心血管疾病的发生和发展也非常重要。
过去研究表明,心血管疾病的病程中发生了一系列严重表观遗传修饰。
这些修饰涉及到血管平滑肌细胞分化、内皮细胞增殖、血小板激活、血管系统发育等过程。
二、表观遗传学的未来发展趋势表观遗传学作为一个年轻但非常活跃的研究领域,其未来发展趋势也备受关注。
以下是几个重要的新方向:1. 单细胞表观遗传学随着单细胞技术的飞速发展,单细胞表观遗传学也变得越来越受重视。
·综述与专论·生物技术通报B I O T EC H N O L O G Y B U L L E T I N2011年第1期表观遗传学研究进展李光雷 喻树迅 范术丽 宋美珍 庞朝友(中国农业科学院棉花研究所,安阳455000) 摘 要: 表观遗传学是在基因组D N A 序列不发生变化的条件下,基因表达发生的改变也是可以遗传的,导致可遗传的表现型变化。
表观遗传学主要包括D N A 甲基化作用、组蛋白修饰作用、染色质重塑、遗传印记、随机染色体(X )失活及R N A 世界等。
与表观遗传学相关的疾病主要有肿瘤、心血管病、精神病和自身免疫系统性病等。
现就表观遗传学与疾病进行综述。
关键词: 表观遗传学 疾病 D N A 甲基化 组蛋白修饰 癌症A d v a n c e s o f R e s e a r c ho nE p i g e n e t i c sL i G u a n g l e i Y uS h u x u n F a n S h u l i S o n g M e i z h e n P a n g C h a o y o u(C o t t o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ,C h i n e s e A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s ,A n y a n g 455000) A b s t r a c t : E p i g e n e t i c s r e f e r s t o p h e n o t y p i c c h a n g e s c a u s e db y m e c h a n i s m s t h a t a r e u n r e l a t e dt oc h a n g e s i nt h e u n d e r l y i n gD N A s e q u e n c e ,c h a n g e s i ng e n e e x p r e s s i o na l s o c a n o c c u r g e n e t i c a l l y ,r e s u l t i n g i n h e r i t a b l e c h a n g e s i n p h e n o t y p e .E p i g e n e t i c s i n c l u d e s D N A m e t h y l a t i o n ,h i s t o n e m o d i f i c a t i o n ,c h r o m a t i nr e m o d e l i n g ,i m p r i n t i n g ,r a n d o m c h r o m o s o m e (X )i n a c t i v a t i o n ,R N A w o r l d ,e t c .E p i g e n e t i c s -r e l a t e d d i s e a s e s m a i n l y i n c l u d e s c a n c e r ,c a r d i o v a s c u l a r d i s e a s e ,m e n t a l i l l n e s s ,h u m a n a u t o i m m u n e d i s e a s e s .T h i s p a p e r i s a n o v e r v i e wo f e p i g e n e t i c s a n d d i s e a s e s .K e y w o r d s : E p i g e n e t i c s D i s e a s e s D N Am e t h y l a t i o n H i s t o n e m o d i f i c a t i o n C a n c e r 收稿日期:2010-07-14基金项目:国家高技术研究发展计划项目(“863”计划)(2009A A 101104)作者简介:李光雷,男,硕士研究生,研究方向:分子育种;E -m a i l :n x y z w s w j s l g l @126.c o m 通讯作者:喻树迅,男,博士,研究员,研究方向:短季棉育种;E -m a i l :y u @c r i c a a s .c o m .c n1 表观遗传学的基本概念经典遗传学认为遗传的分子基础是核酸,生命的遗传信息储存在核酸的碱基序列上,碱基序列的改变会引起生物体表现型的改变,而这种改变可以从上一代传递到下一代。
然而,随着遗传学的发展,人们发现,D N A 、组蛋白、染色质水平的修饰也会造成基因表达模式的变化,并且这种改变是可以遗传的。
这种基因结构没有变化,只是其表达发生改变的遗传变化叫表观遗传改变。
表观遗传学是一门研究生命有机体发育与分化过程中,导致基因发生表观遗传改变的新兴学科。
它的主要论点是,生命有机体的大部分性状是由D N A 序列中编码蛋白质的基因传递的,但是D N A 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。
鉴于表观遗传信息能够明显地影响生命有机体的健康及表型特征,其中有一部分甚至可以从亲代传给子代,而且它们基本的D N A 序列也没有改变,所以人们也称表观遗传信息为表观遗传标记。
E p i g e n e t i c s 这一名词的中文译法有多种,常见的有“表观遗传学”、“表现遗传学”、“后生遗传学”、“外因遗传学”、“表遗传学”、“外区遗传学”等。
1939年,生物学家W a d d i n g t o n 首先在《现代遗传学导论》中提出了e p i g e n e t i c s 这一术语,1942年,他把表观遗传学描述为一个控制从基因型到表现型的机制。
随着遗传学的快速发展,这个词的意思越来越窄[2]。
1987年,H o l l i d y 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,这是遗传学;第二个层面是生物从受精卵到成体的发育过程中基因活性变化的模式,2011年第1期 李光雷等:表观遗传学研究进展这是表观遗传学。
1994年,H o l l i d y 又指出,基因表达活性的变化不仅发生在发育过程中,而且也发生在生物体已分化的细胞中;基因表达的某种变化可通过有丝分裂的细胞遗传下去。
他进一步指出表观遗传学研究的是“上代向下代传递的信息,而不是D N A 序列本身”,是一种“不以D N A 序列的改变为基础的细胞核遗传”。
1999年,W o l l f e 把表观遗传学定义为研究没有D N A 序列变化的、可遗传的基因表达的改变。
最近在A l l i s 等的一本书中可以找到两种定义,一种定义是表观遗传是与D N A 突变无关的可遗传的表型变化;另一种定义是染色质调节的基因转录水平的变化,这种变化不涉及D N A 序列的改变[3]。
吴乃虎、黄美娟认为生命有机体遗传信息是有以下3个不同层次组成:第一层次由编码蛋白质的基因组成,以人为例,此类D N A 总量不到细胞全部D N A 的2%;第二层次由仅编码R N A 的基因组成,这类基因隐藏在巨大的非编码的染色体D N A 序列中;第三层次为表观遗传信息层,它贮藏在围绕D N A 分子周围并与D N A 分子结合的蛋白质及化学物质。
针对表观遗传学的主要内容以及与其相关的疾病进行综述。
2 表观遗传学的主要内容2.1 D N A 甲基化作用D N A 甲基化是指甲基化酶(m e t h y l a s e )从诸如叶酸和维生素B 12等基本营养成分中取得甲基后,转移到D N A 序列中的碱基上,使之发生甲基化作用。
尽管从1948年开始就一直在研究D N A 碱基的共价修饰,但直到1969年G r i f f i t h 和M a h l e r 才提出D N A 碱基的共价修饰可以调节基因表达。
在人类D N A 中,碱基的共价修饰占重要地位的是胞嘧啶甲基化,紧接着是腺嘌呤甲基化和鸟嘌呤甲基化。
一般情况下,D N A 胞嘧啶的甲基化常在C p G 岛处高发,也有证据表明,胞嘧啶在很多非C p G 处也经常被甲基化。
启动子区的胞嘧啶甲基化通过阻止特异转录因子的结合或者促使核染色质重塑来抑制基因表达,比如组蛋白修饰酶或其他基因表达抑制子。
D N A 甲基化主要是通过D N A 甲基转移酶实现的。
一般认为在哺乳动物中D N A 甲基转移酶主要有4种,分为两个家族:D n m t 1和D n m t 3(还有一个D n -m t 2,主要为t R N A 的甲基转移,该酶有微弱的D N A甲基转移酶活性)。
D n m t 1家族在D N A 复制和修复中使其甲基化;而D n m t 3家族则催化C p G 从头甲基化。
D n m t 3包括了两个从头甲基转移酶D n m t 3a 、D n m t 3b 和一个调节蛋白D n m t 3L 。
研究显示,D n -m t 3a 和D n m t 3b 根据细胞类型和不同的发育阶段对不同的位点甲基化修饰,它们可能直接作用于D N A 序列或是其他的D N A 结合蛋白所必须或者在R N A i的指导下的D N A 甲基化。
甲基转移酶的结构如图1所示。
D n m t 1结构域包括N 端与某些蛋白特异结合区,C 端的酶活性区及其他未知区域;D n m t 2主要为t R N A 甲基转移酶;D n m t 3a 和D n m t 3b 的结构域包括N 端的可变区,P WWP 结构域,半胱氨酸富集区,C 端的酶活性区;D n -m t 3L 的半胱氨酸富集区,但C 端不具单独的催化活性;罗马数字表示酶结构中的一些保守区域图1 甲基转移酶的结构[10]2.2 组蛋白修饰作用组蛋白包括主要的组蛋白H 1、H 2A 、H 2B 、H 3和H 4,H 2A 、H 2B 、H 3和H 4组蛋白各两个分子形成一个八聚体,真核生物中的D N A 缠绕在此八聚体上形成核小体,组蛋白H 1起到连接的作用,把每个核小体连接到一起。
在5种组蛋白中,H 1的N 端富含疏水氨基酸,C 端富含碱性氨基酸,H 2A 、H 2B 、H 3和H 4种都是N 端富含碱性氨基酸(如精氨酸、赖氨酸),C 端富含疏水氨基酸(如缬氨酸、异亮氨酸)。
在组蛋白中带有折叠基序(m o t i f )的C 端结构域与组蛋白分子间发生相互作用,并与D N A 的缠绕有关。