表观遗传学,干细胞表观遗传学,干细胞.doc

表观遗传学 一、定义 表观遗传学（Epigenetics）是研究表观遗传变异的遗传学分支学科，在基因的DNA 序列没有发生改变的情况下，基因功能发生了可遗传的变化，并最终导致了表型的变化。即表观遗传学研究没有DNA 序列变化的、可遗传的基因表达改变，同时表观遗传也也是不符合孟德尔遗传规律的核内遗传。 经典遗传学：表现型—（杂交组合）推断基因型 经典遗传学的认知路线为由表及里，即通过杂交等手段观察表型性状的变化而推知遗传基因的存在与变化。从生物的性状、表型到遗传物质来研究生命的发生与发展规律。 反向遗传学：基因型—（分子操作）探索表现型 另一条由里及表的认知路线，即通过DNA重组等技术有目的地、精确定位地改造改造基因的精细结构以确定这些变化对表型性状的直接影响。由于这一认知路线与经典遗传学刚好相反，故将这个新的领域作为遗传学的一个分支学科称为反向遗传学。 反向遗传学则是在获得生物体基因组全部序列的基础上,通过对靶基因进行必要的加工和修饰,如定点突变、基因插入\缺失、基因置换等,再按组成顺序构建含生物体必需元件的修饰基因组,让其装配出具有生命活性的个体,研究生物体基因组的结构与功能,以及这些修饰可能对生物体的表型、性状有何种影响等方面的内容。与之相关的研究技术称为反向遗传学技术。 二、表观遗传的特点 可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间遗传； 可逆性的基因表达调节，也有较少的学者描述为基因活性或功能的改变； 没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来解释。 即：可遗传；可逆性；不变性。 三、表观遗传学研究内容 基因选择性转录表达调控： DNA甲基化 组蛋白共价修饰 染色质重塑 基因组印记 X染色体失活 基因转录后调控 基因组中的非编码RNA 微小RNA 反义RNA 内含子、核糖体开关等 涉及三个层面调控基因表达： DNA修饰：DNA共价结合一个修饰基团，使具有相同序列的等位基因处于不同的修饰状态。 蛋白修饰：通过对特殊蛋白修饰或改变蛋白的构象实现对基因表达的调控。 非编码RNA调控：通过某些机制实现对基因转录的调控，如RNA干扰。 意义： 任何一个层面异常，都将影响染色质结构和基因表达，导致复杂综合征、多因素疾病以及癌症等。与DNA序列改变不同的是，许多表观遗传的改变是可逆的，这就为疾病的治疗提供乐观的前景。 四、表观遗传学相关研究 （一）DNA甲基化 DNA甲基化（DNA methylation）是研究得最清楚、 也是最重要的表观遗传修饰形式，主要是基因组 DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基间的共价结合，胞嘧啶由此被修饰为5甲基胞嘧啶（5-methylcytosine，5mC）。 哺乳动物基因组中5mC占胞嘧啶总量的2%～7%，约70%的5mC存在于CpG二连核苷。 在结构基因的5′端调控区域， CpG二连核苷常常以成簇串联形式排列，这种富含CpG二连核苷的区域称为CpG岛(CpG islands)，其大小为500-1000bp，约56%的编码基因含该结构。 基因调控元件(如启动子)所含CpG岛中的5mC会阻碍转录因子复合体与DNA的结合。 DNA甲基化一般与基因沉默相关联； 非甲基化一般与基因的活化相关联； 而去甲基化往往与一个沉默基因的重新激活相关联。 CpG岛主要处于基因5′端调控区域。 启动子区域的CpG岛一般是非甲基化状态的，其非甲基化状态对相关基因的转录是必须的。 目前认为基因调控元件（如启动子）的CpG岛中发生5mC修饰会在空间上阻碍转录因子复合物与DNA的结合。因而DNA甲基化一般与基因沉默相关联。 DNA甲基化的转录抑制机制： 直接干扰特异转录因子与各自启动子结合的识别位置。DNA的大沟是许多蛋白因子与DNA结合的部位，胞嘧啶的甲基化干扰转录因子与DNA的结合。 转录抑制复合物干扰基因转录。甲基化DNA结合蛋白与启动子区内的甲基化CpG岛结合，再与其他一些蛋白共同形成转录抑制复合物（TRC），阻止转录因子与启动子区靶序列的结合，从而影响基因的转录。 通过改变染色质结构而抑制基因表达。染色质构型变化伴随着组氨酸的乙酰化和去乙酰化，许多乙酰化和去乙酰化本身就分别是转录增强子和转录阻遏物蛋白。 DNA甲基化状态的遗传和保持： DNA复制后，新合成链在DNMT1的作用下，以旧链为模板进行甲基化。（缺乏严格的精确性，95%） 甲基化并非基因沉默的原因而是基因沉默的结果，其以某种机制识别沉默基因，后进行甲基化。 DNA全新甲基化引发因素可能包括： DNA本身的序列、成分和次级结构。 RNA根据序列同源性可能靶定的区域。 特定染色质蛋白、组蛋白修饰或相当有序的染色质结构。 （二）DNA去甲基化 1、主动去甲基化 2、复制相关的去甲基化 在复制过程中维持甲基化酶活性被关闭或维持甲基