表观遗传学
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有复杂突变和表型缺陷的多种人类疾病。
研究发现许多印记基因对胚胎和胎儿出生后 1. 表观遗传学概念表观遗传是与DNA 突变无关的可遗传的表型变化,且是染色质调节的基因转录水平的变 化,这种变化不涉及DNA 序列的改变。
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:传学内容包括DNA 甲基化、 组蛋白修饰、染色质重塑、遗传印记、随机染色体失活及非编码RNA 等调节研究表明,这些 表观遗传学因素是对环境各种刺激因素变化的反映, 且均为维持机体内环境稳定所必需。
它 们通过相互作用以调节基因表达,调控细胞分化和表型,有助于机体正常生理功能的发挥, 然而表观遗传学异常也是诸多疾病发生的诱因。
因此,进一步了解表观遗传学机 制及其生理病理意义,是目前生物医学研究的关键切入点。
别名:实验胚胎学、拟遗传学、 、外遗传学以及后遗传学表观遗传学是与遗传学 (ge netic) 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。
2. 表观遗传学现象(1) DNA 甲基化是指在DNA 甲基化转移酶的作用下, 合一个甲基基团。
正常情况下,人类基因组“垃圾”序列的 并且总是处于甲基化状态,与之相反,人类基因组中大小为 CpG 二核苷酸的 CpG 岛则总是处于未甲基化状态, 关。
人类基因组序列草图分析结果表明,人类基因组Mb 就有5 — 15个CpG 岛,平均值为每 Mb 含10. 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。
一、表观遗传学的基本概念表观遗传学(Epigenetics)一词最早由英国生物学家康韦·里德(ConradWaddington)于1942年提出,意为“基因表达调控的研究”。
表观遗传学关注的是基因表达的可遗传变化,这种变化不涉及DNA序列的改变,而是通过染色质重塑、DNA甲基化、组蛋白修饰等机制实现。
二、表观遗传学的调控机制1.染色质重塑:染色质重塑是指染色质结构发生变化,使DNA 暴露或隐藏于核小体中,从而影响基因表达。
染色质重塑主要通过ATP依赖的染色质重塑复合体实现。
2.DNA甲基化:DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶的作用下,将甲基基团转移至DNA上的过程。
DNA甲基化通常发生在CpG岛上,高甲基化状态往往与基因沉默相关,而低甲基化状态与基因活化相关。
3.组蛋白修饰:组蛋白修饰是指组蛋白上的氨基酸残基发生甲基化、乙酰化、磷酸化等修饰。
这些修饰可以改变组蛋白与DNA的相互作用,进而影响基因表达。
4.非编码RNA:非编码RNA包括微小RNA(miRNA)、长链非编码RNA(lncRNA)等,它们在基因表达调控中发挥重要作用。
例如,miRNA可以通过与目标mRNA结合,抑制其翻译过程。
三、表观遗传学与疾病表观遗传学异常与多种疾病的发生密切相关。
例如,肿瘤的发生往往伴随着表观遗传学调控机制的紊乱,如DNA甲基化异常、组蛋白修饰异常等。
表观遗传学还与心血管疾病、神经系统疾病、代谢性疾病等密切相关。
四、表观遗传学的应用1.肿瘤诊断与治疗:表观遗传学在肿瘤诊断和治疗方面具有重要应用价值。
例如,通过检测肿瘤相关基因的DNA甲基化状态,可以早期发现肿瘤;同时,针对表观遗传学调控机制的药物研发,为肿瘤治疗提供了新策略。
2.农业育种:表观遗传学在农业育种领域也具有广泛应用。
通过改变植物表观遗传状态,可以提高作物产量、抗病性和适应环境能力。
3.神经科学与心理学:表观遗传学研究为揭示神经系统疾病和心理学问题的发生机制提供了新视角。