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中国细胞生物学学报Chinese Journal of Cell Biology2020, 42(11): 2079-2086DOI: 10.11844/cjcb.2020.11.0021KDMs在重编程与多能性调控中的生物学功能高辉1’2’3文兰1’2’3胡蓉1’2’3张昌军u’4刁红录以3’4*G十堰市人民医院(湖北医药学院附属人民医院)生殖医学中心，十堰442000;2湖北医药学院生物医药研宄院，十堰442000;3湖北省生殖医学临床医学研宄中心，十堰442000; 4湖北医药学院生物医学工程学院，十堰442000)摘要 表观遗传修姉对于干细胞的命运决定和体细胞重编程至关重要，组蛋白赖氨酸去曱基化酶(lysine demethylases,K D M s)作为组蛋白修饰关键调控因子，是再生医学研究的热点。
目前 研究发现，K D M s在干细胞多能性的维持、谱系分化激活以及体细胞核移植胚胎的重编程方面具 有重要的生物学作用。
该文将对K D M s在干细胞领域的最新研究进展进行综述。
关键词 K D M s;胚胎干细胞;诱导多能干细胞;专能干细胞;体细胞核移植Biological Functions of KDMs in Reprogramming andPluripotent RegulationG A O H u i1'2-3,W E N L a n1'2-3,H U R o n g1'2'3,Z H A N G C h a n g j u n13-4,D I A O H o n g l u1-2'3-4*Q R eproductive Medicine Center, Renmin Hospital, Hubei University o f M edicine, Shiyan 442000, China;2Biomedical Research Institute, Hubei University o f M edicine, Shiyan 442000, China', ^H ubei Clinical Research Center f or Reproductive Medicine, Shiyan 442000, China) ^Biomedical Engineering College, Hubei University o f M edicine, Shiyan 442000, China)Abstract Epigenetic modification is critical for the fate of stem cells a n d somatic r e p r o g r a m m i n g.K D M s (lysine demethylases),as k e y regulators o f histone modification,are hot topics in regenerative m e d i c i n e.Current studies hav e found that K D M s play important biological roles in the maintenance of stem cell pluripotency a n d the activation o f lineage differentiation as well as the r e p r o g r a m m i n g of somatic cell nuclear transfer e m b r y o s.This article will review the latest research progress of K D M s in the field of stem cells.Keywords K D M s;e m bryonic stem cells;induced pluripotent stem cells;multipotent st e m cells;somatic cell nuclear transfer干细胞是指具有自我更新能力和多向分化潜 能的细胞，根据细胞分化的潜能不同可分为全能干 细胞、多能干细胞(pluripotent stem cells,P S C s)、专 能干细胞(multipotent stem cells)、单能干细胞。
表观遗传学的实用工具-概述说明以及解释1.引言1.1 概述表观遗传学是一门研究基因组和环境相互作用对基因表达及细胞功能调控影响的学科。
与传统遗传学关注基因序列的继承不同，表观遗传学研究的是基因组上与表观修饰相关的变化，这些变化可以通过环境因素的影响而产生，同时也可以被后代继承。
随着对表观遗传学研究的深入，人们逐渐认识到表观遗传学在生命科学和医学领域的重要作用。
通过研究基因组中的DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等表观遗传标记，我们能够更好地理解基因表达调控的机制，揭示疾病的发生和发展的内在原因。
表观遗传学的实用工具为我们提供了解决生命学和医学问题的新途径。
表观遗传学的实用工具主要包括但不限于：DNA甲基化检测技术、组蛋白修饰分析方法和非编码RNA研究技术等。
DNA甲基化检测技术通过测定基因组中的DNA甲基化水平，可以揭示基因的表达状态及其调控机制。
组蛋白修饰分析方法可以研究不同组蛋白修饰类型和位置的变化对基因表达调控的影响，帮助我们深入了解细胞功能的多样性和复杂性。
非编码RNA研究技术则关注那些不被转译为蛋白质的RNA分子，通过研究它们的表达及功能可以揭示其在基因表达调控、细胞命运决定和疾病发生中的重要作用。
应用领域上，表观遗传学的实用工具已经在癌症研究、精神疾病诊断、药物开发等方面取得了重要的突破。
例如，在癌症研究中，通过对肿瘤组织和正常组织中DNA甲基化和组蛋白修饰进行比较分析，可以发现肿瘤相关的表观遗传变化，为肿瘤早期诊断和治疗提供了新的线索。
另外，表观遗传学的实用工具也广泛应用于种子质量改良、植物育种、动物标记选择等农业领域。
总之，表观遗传学的实用工具为我们深入研究生命科学和医学问题提供了关键技术支持。
通过揭示基因组的表观遗传变化及其与环境因素之间的关系，我们可以更好地理解生命的多样性和疾病的本质，并为未来的医学研究和生物技术创新提供新的思路和方法。
1.2文章结构文章结构是指文章的组织和布局方式。
组蛋白甲基化和DNA甲基化相互作用机制探讨共3篇组蛋白甲基化和DNA甲基化相互作用机制探讨1组蛋白甲基化和DNA甲基化相互作用机制探讨组蛋白和DNA是细胞核中两种重要的基因表达调控因子。
组蛋白是一种具有高度结构性的蛋白质，它以八聚体的形式包裹着DNA，同时还能够被化学修饰，影响基因表达。
DNA甲基化是一种广泛存在于真核细胞中的修饰方式，在基因表达的调控中也扮演着重要的角色。
组蛋白甲基化和DNA甲基化两者之间是如何相互作用的，这引发了科学家们的探讨和研究。
组蛋白甲基化是指组蛋白上甲基化基团的加入，主要发生在氨基酸赖氨酸和组氨酸上。
不同的组蛋白位点的甲基化不同，对基因的表达和细胞分化也有不同的影响。
组蛋白甲基化能够影响染色质的紧密度，调控基因的活性和染色体结构。
组蛋白甲基化酶（PRMTs）是一种蛋白质，能够向组蛋白上加入甲基基团。
它们能够识别并特异性甲基化组蛋白，从而调节基因的表达。
组蛋白甲基化提高了基因表达的稳定性，有很大的作用在基因转录和表达过程中。
DNA甲基化是指DNA上甲基化基团的加入，主要发生在胞嘧啶上，形成5-甲基脱氧胞嘧啶（5-mC）。
DNA甲基化和组蛋白甲基化之间存在着交互作用。
组蛋白上的甲基化和去甲基化酶对DNA甲基化有显著的影响，而DNA甲基化对组蛋白修饰也有很大的作用。
DNA甲基化可以改变染色质的结构，从而调控基因表达。
DNA甲基化酶（DNMTs）是一种蛋白质，能够向DNA上加入甲基基团。
DNMTs可在CpG二元组上定向甲基化，从而影响基因表达及细胞分化过程。
组蛋白甲基化和DNA甲基化两者之间的相互作用正是基因表达调控的关键之一。
研究表明，DNA甲基化与组蛋白修饰和转录因子网络交互，共同参与了基因表达的调节。
组蛋白上的甲基化和对应的转录因子可以影响某些基因的DNA甲基化，从而调控基因表达。
而DNA甲基化也能影响到组蛋白修饰，如可以影响乙酰化和甲基化酰化修饰。
DNA甲基化和组蛋白甲基化之间的相互作用进一步调节了基因表达水平，影响生物发展。
论文题目：肾细胞癌的代谢重编程与治疗靶点肾细胞癌（Renal Cell Carcinoma, RCC）是一种源自肾小管上皮细胞的恶性肿瘤，其发展过程中涉及显著的代谢重编程。
本文将详细探讨肾细胞癌中的代谢特征及其重编程机制，以及这些特征对治疗靶点的影响和当前的治疗策略。
1.肾细胞癌的代谢特征：o糖酵解途径增强：肾细胞癌细胞通常表现出糖酵解途径的增强，即使在充氧条件下也选择性地利用糖酵解产生能量（Warburg效应）。
这种代谢特征使得肿瘤细胞能够快速获取能量，并支持其快速增殖和生长。
o脂肪酸合成增强：肾细胞癌细胞通常表现出脂肪酸合成途径的增强，以满足其快速生长和增殖所需的脂质组分。
o氨基酸代谢变化：某些肾细胞癌亚型显示出氨基酸代谢的重要变化，例如谷氨酰胺的利用增加，用于支持蛋白质合成和细胞增殖。
o线粒体功能和氧化磷酸化减弱：部分肾细胞癌细胞显示线粒体功能减弱或氧化磷酸化受抑制，导致对氧气的依赖性降低，这也支持了糖酵解途径的使用。
1.代谢重编程的机制：o分子调控网络：代谢重编程涉及多个分子调控网络的异常活化或失活，包括HIF-1α（低氧诱导因子1α）、MYC、AMPK（AMP激活的蛋白激酶）、mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）等信号通路的异常活化。
o表观遗传学调控：某些表观遗传学修饰（如DNA甲基化、组蛋白修饰）也可能在肾细胞癌的代谢重编程中发挥重要作用，影响相关基因的表达和功能。
1.治疗靶点和策略：o靶向糖酵解途径和能量代谢：针对糖酵解途径的抑制剂（如磷酸果糖激酶抑制剂）、氧化磷酸化的增强剂（如氧化磷酸化抑制剂）等，有望抑制肿瘤细胞的能量供应，限制其生长和增殖能力。
o靶向脂肪酸合成途径：开发针对脂肪酸合成途径的抑制剂，如ACC（乙酰辅酶A羧化酶）抑制剂，以减少肿瘤细胞对脂质的需求和生长优势。
o免疫治疗的结合应用：结合免疫治疗（如PD-1/PD-L1抑制剂）和代谢治疗策略，可能产生协同效应，提高治疗效果和预后。
蛋白质表达中基因表达调控的机制与应用基因表达调控是指在细胞内如何调控基因的转录和翻译过程，从而使得特定的基因能够被“启动”或“关闭”，进而影响蛋白质的合成。
这种调控机制在生物体内发挥着重要的作用，对于细胞发育、生长、繁殖以及适应外界环境等各个方面都具有重要意义。
在蛋白质表达过程中，基因表达的调控机制主要包括转录调控和翻译后调控两个层面。
一、转录调控转录调控是指在基因转录过程中，通过调控转录因子与DNA相互作用，来控制基因的转录水平。
转录因子是一类特殊的蛋白质，可以与DNA上的特定区域结合，并通过不同的机制来调控基因的转录。
1.1 转录激活和抑制因子转录激活因子（transcription activators）能够与DNA上特定的启动子区域结合，并与转录酶复合物共同促进基因的转录。
而转录抑制因子（transcription repressors）则能够与DNA结合，并阻碍转录酶复合物的结合，从而抑制基因的转录。
1.2 DNA甲基化DNA甲基化是一种常见的基因表达调控方式。
它通过在DNA序列上加上甲基基团，改变染色质的结构，从而抑制转录因子与DNA的结合，进而抑制基因的转录。
二、翻译后调控翻译后调控是指在蛋白质合成过程中，通过调控已合成但尚未成熟的蛋白质的稳定性、定位或者翻译速率，进而调节蛋白质的表达水平。
2.1 miRNA调控miRNA是一类小分子RNA分子，能够与靶基因的mRNA结合，从而抑制其翻译或引起mRNA降解，进而调控蛋白质的合成。
miRNA调控在发育、细胞凋亡、肿瘤等多个方面都发挥着重要作用。
2.2 磷酸化和乙酰化调控磷酸化和乙酰化是常见的蛋白质修饰方式。
磷酸化可以改变蛋白质的结构和功能，并影响其在细胞中的定位。
而乙酰化则可以增加蛋白质的稳定性和活性。
基因表达调控机制的应用基因表达调控机制的研究以及相关技术的发展，为疾病治疗、先天性疾病的筛查、农业产量提高等方面提供了新的途径。
3.1 基因治疗基因治疗是指通过调控特定基因的表达来治疗疾病，如癌症、遗传性疾病等。
h3k27me3 基因-回复H3K27me3: 解密这一基因修饰标记引言:在过去的几十年里，科学家们对基因与表观遗传调控之间的关系进行了广泛的研究。
这项研究揭示了在基因组中存在的各种不同修饰方式，如DNA 甲基化、组蛋白修饰和基因启动子的开启与关闭等。
其中，H3K27me3 (三甲基化的组蛋白H3的赖氨酸27位点) 展示出与基因调控密切相关的功能。
本文将深入探讨H3K27me3基因修饰的底层机制、重要作用以及潜在应用。
第一部分：H3K27me3的底层机制H3K27me3是指在组蛋白H3赖氨酸27位点上进行的三甲基化修饰。
这一修饰可以通过酶类调控，其中最著名的是EZH2 (增强子结合蛋白2)。
EZH2是一个催化亚单位，它与其他蛋白质共同形成了一个酶复合物，称为聚合酶体PcG (Polycomb group) 复合物。
这个复合物通过添加甲基基团到H3赖氨酸27位点来实现基因沉默。
第二部分：H3K27me3的重要作用1. 靶向基因表达H3K27me3修饰标记在基因组中的分布是高度有序和特定的。
许多研究表明，H3K27me3修饰存在于数量众多的全局沉默的基因区域。
这些区域包括胚胎发育和干细胞分化过程中的调控基因，以及肿瘤发展过程中的肿瘤抑制基因。
通过降低或消除H3K27me3修饰，可以激活这些基因的表达，从而影响细胞功能和命运。
2. 编辑基因转录H3K27me3修饰标记可以影响RNA聚合酶的访问和结合。
当H3K27me3修饰存在于基因启动子区域时，它会阻碍转录因子与DNA的结合，并阻止转录机器的进一步装配。
这种细胞对基因转录的控制可以通过改变细胞状态和细胞命运的调整来实现。
3. 细胞遗传改变与分化H3K27me3修饰标记是在胚胎发育和细胞分化过程中动态调整的。
这一动态修饰的变化可以推动干细胞向特定细胞系的分化，并维持细胞类型的特异性。
此外，该修饰也可能参与细胞的重编程和转分化过程。
第三部分：潜在应用在对H3K27me3的研究基础上，我们可以预见未来可能涌现出一系列应用。
DNA加氧酶Tet3在哺乳动物早期胚胎重编程过程中
作用的研究的开题报告
题目：DNA加氧酶Tet3在哺乳动物早期胚胎重编程过程中作用的研究
背景：
在哺乳动物早期胚胎发育过程中，体细胞和生殖细胞会经历一系列
的DNA重编程过程，其中包括DNA去甲基化和DNA重新甲基化。
这些
过程与基因表达调控紧密相关，能够影响个体的表型和功能表达。
DNA
加氧酶Tet3是DNA去甲基化过程中的一个重要酶，其定位于羟甲基化DNA上，并参与到DNA去甲基化过程中。
近年来，研究发现Tet3在早
期胚胎发育过程中起到了重要作用，但其具体机制尚不清楚。
研究目的：
本研究旨在探究DNA加氧酶Tet3在哺乳动物早期胚胎重编程过程
中的作用机制，从而更深入地了解Tet3在胚胎发育和基因表达调控中的
作用。
研究内容：
1.构建Tet3基因的敲除模型，观察Tet3敲除对早期胚胎发育的影响。
2.研究Tet3敲除对DNA去甲基化和DNA重编程过程的影响，进一
步探究Tet3在DNA去甲基化过程中的作用机制。
3.结合基因组学和表观遗传学技术，分析Tet3敲除胚胎中基因表达
模式的变化和表观遗传标记的改变。
研究意义：
Tet3作为DNA去甲基化过程中的关键酶，其在胚胎发育和基因表达调控中的作用机制具有重要意义。
本研究可以拓展我们对DNA去甲基化
和DNA重新甲基化过程的认识，提高我们对哺乳动物早期胚胎发育过程的理解，为人类疾病的治疗和预防提供新思路。
表观遗传修饰及其在生物学中的应用随着基因组学的发展，越来越多的基因被发现。
然而，仅有基因序列并不足以解释生物体复杂的表型差异，因为大多数细胞中的基因都是沉默的或弱表达的状态。
因此，科学家们开始研究表观遗传修饰的作用，这对于了解基因表达差异和细胞命运决定非常重要。
本文将讨论表观遗传修饰及其在生物学中的应用。
什么是表观遗传修饰？表观遗传修饰是指在不改变DNA序列的情况下，通过改变DNA或蛋白质的化学修饰，对染色体结构和功能进行调节的一种遗传修饰方式。
这些修饰可以影响基因转录、RNA剪接、RNA保护和转运、蛋白翻译、蛋白质稳定性等多个过程，从而改变基因表达。
现在已知的表观遗传修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA以及基因对环境的反应等。
DNA甲基化是最广泛、最深入研究的表观遗传修饰。
通过DNA甲基转移酶将甲基化分子加到特定的胸腺嘧啶（CpG）位点上，从而调节基因表达。
在哺乳动物中，大部分的CpG位点是甲基化的，而且这些基因通常沉默或表达很低。
另一种表观遗传修饰是组蛋白修饰，它包括乙酰化、甲基化、丝氨酸/苏氨酸、酪氨酸和泛素化等化学修饰。
这些修饰影响染色体紧密程度和对转录机器的可用性。
例如，乙酰化可以打开染色体密集区域，促进转录因子的结合和基因的转录。
另一方面，甲基化会引起染色体密集区域的缩紧和基因沉默。
非编码RNA也是表观遗传修饰的一种。
它们是无法翻译成蛋白质的RNA分子，并且能够干扰基因表达，作为转录抑制剂或激活剂，从而影响细胞命运、增殖和凋亡，成为调节调解蛋白编码基因表达的重要因素。
表观遗传修饰在生物学中的应用表观遗传修饰在许多生物学领域中都有着重要的应用，特别是在表观遗传疾病、治疗和生物技术应用方面。
表观遗传疾病是由于表观遗传修饰失调引起的疾病。
例如，乳腺癌、肺癌、前列腺癌和肝癌等很多肿瘤都与DNA甲基化和组蛋白修饰异常有关。
通过研究这些修饰，科学家们开发出了针对这些修饰调节的化合物，例如DNA甲基转移酶抑制剂、组蛋白乙酰转移酶抑制剂和组蛋白去乙酰化酶抑制剂等。
表观遗传学的研究进展与应用近年来，表观遗传学作为分子遗传学的重要组成部分，受到了越来越多的关注。
表观遗传学是研究影响基因表达的非DNA序列因素的科学，其主要研究对象是不改变DNA序列但影响基因表达的一些化学修饰（如甲基化、组蛋白修饰等）和非编码RNA等。
本文将从表观遗传学的研究进展和应用两方面进行论述。
一、表观遗传学的研究进展1.1基本概念及分子机制表观遗传学的研究对象是基因表达调控，具体说，是研究当细胞或组织发生变化时，这种变化在某一较长时间内是否会对这些变化的细胞或组织的后代有基因遗传效应，并进一步说明了这种遗传效应是否可以被逆转。
表观遗传学起源于分子生物学。
它是由于DNA信息不能解释细胞和组织分化形成过程的复杂性，特别是从单个细胞到多细胞体系的分化发展过程中组织结构和功能的特异性，所以表观遗传学的研究崛起并飞速发展。
表观遗传学的分子机制是复杂多样的，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色体重塑、不编码RNA（包括小RNA、长非编码RNA等）的介导和导向等。
1.2表观遗传学与生物学基础研究表观遗传学的发展对于基础生物学研究产生了深远影响，促进了对细胞分化、器官发生和成熟过程的认识，提高了相关疾病的防治水平。
例如，通过DNA甲基化和组蛋白修饰等研究发现了基因的表达调控和细胞分化过程中的信号转导路径，为干细胞和器官再生提供了新的思路。
1.3表观遗传学与临床医学表观遗传学的研究所获得的重要成果为临床医学带来了启示。
例如很多癌症都会出现DNA异常甲基化或组蛋白修饰等徵象，这种现象通常导致与某些关键基因的异常沉默或过度表达，从而影响正常细胞的功能。
因此，理解表观遗传学的原理和应用，将有助于了解癌症的发生发展，找到这些异常信号通路的“破解方法”，发现新的预防和治疗手段。
二、表观遗传学的应用2.1细胞重编程细胞重编程在医学领域的应用被普遍认为是表观遗传学研究领域的一项革命性进展。
细胞重编程是指从成体细胞能以不定向或定向方式重新分化成多种细胞类型的新类型细胞的过程。
