表观遗传学

表观遗传学Epigenetics1.达尔文“自然选择”：过度繁殖、生存竞争、遗传和变异、适者生存2.表观遗传学：没有DNA序列的变化，可发生生物体表现型的可遗传的改变。表观遗传学是在以孟德尔式遗传为理论基石的经典遗传学和分子遗传学母体中孕育的、专门研究基因功能实现的一种特殊机制的遗传学分支学科。表观遗传研究进一步促进了遗传学和基因组学的研究。3.染色质DNA或蛋白质的各种修饰(染色质水平的基因表达调控)DNA修饰；组蛋白修饰；RNA干扰；基因组印迹；X染色体失活。4.DNA甲基化(DNAmethylation)甲基化位点：CpG中胞嘧啶第5位碳原子。DNA甲基转移酶。甲基来源：一碳单位；S-腺苷蛋氨酸；环境和饮食因素：叶酸、B121)基因组DNACpG：70％～80％甲基化状态，CpG甲基化与基因组稳定性相关。2)CpG岛：CpG双核苷酸局部聚集，形成GC含量较高、CpG双核苷酸相对集中的区域。CpG岛CpG多为非甲基化状态；CpG岛CpG甲基化与基因表达抑制相关。3)CpG岛分类：转录起始点附近的CpG岛(TSS–CGIs)，正常组织是非甲基化的，肿瘤组织发生甲基化，与转录抑制相关。转录起始点外的CpG岛(non-TSSCpG)，正常组织：通常呈高度的甲基化。肿瘤组织：甲基化程度降低，程度与患病程度相关。4)CpG岛的分析：长度大于200bp、GC含量大于50％、CpG含量与期望含量之比大于0.6的区域。5)DNA甲基化转移酶DNMT：DNMT1：催化子链DNA半甲基化位点甲基化，维持复制过程中甲基化位点的遗传稳定性．DNMT3a和DNMT3b：催化从头甲基化，以非甲基化的DNA为模板，催化新的甲基化位点形成．6)甲基来源：S-腺苷蛋氨酸(胞嘧啶甲基化供体、蛋氨酸是必需氨基酸)，一碳单位叶酸：参与一碳单位代谢，间接提供甲基。补充Ｓ－腺苷蛋氨酸。叶酸摄入不足时可导致DNA低甲基化。7)DNA甲基化抑制基因转录的机制①直接抑制基因表达：启动子区CpG序列甲基化，影响转录激活因子与启动子识别结合。②间接抑制基因表达：非启动子区CpG序列甲基化，被甲基结合蛋白家族(MBD)识别结合，影响组蛋白修饰，改变染色质活性。8)DNA甲基化的生物学意义：调控基因表达,在胚胎发育、细胞生长分化，衰老，疾病等方面发挥重要作用。维持染色体结构Ｘ染色体失活；基因印记；疾病发生发展。5)组蛋白修饰：乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、糖基化、ADP核糖基化、羰基化等。组蛋白含赖氨酸带正电荷，DNA含磷酸带负电荷，组蛋白与DNA通过静电结合。组蛋白乙酰化：形成酰胺键，正电荷减弱，染色质转录加强。组蛋白甲基化：正电荷加强，染色质转录减弱。1)组蛋白乙酰化，最早发现。修饰位点：核心组蛋白外周结构域，氨基末端Lys残基的NH3。酶：组蛋白乙酰基转移酶HATs，组蛋白去乙酰化酶HDAC，乙酰化与去乙酰化是一动态过程。2)组蛋白乙酰化调控基因转录机制：组蛋白乙酰化中和组蛋白赖氨酸正电荷；降低组蛋白与DNA的亲和力；核小体结构不稳定和解离，染色体结构松散；促进转录因子、RNA聚合酶与DNA结合。常染色质区域乙酰化程度增加，H3、H4尤为明显，是染色质基因表达活性状态的标志。乙酰化具有激活效应.3)组蛋白甲基化，修饰位点：H3、H4Lys、Arg残基氨基。单次、两次、三次甲基化。组蛋白甲基转移酶组蛋白去甲基化酶4)组蛋白甲基化修饰的作用：具有抑制效应(维持染色质于凝聚状态，阻遏基因表达。)5)组蛋白密码：组蛋白翻译后修饰产生的识别标志，反映组蛋白与DNA的结合能力，影响染色质的多级折叠、结构和功能。6)RNA干扰RNAi：RNA抑制基因表达。RNA在基因编码序列没有改变下，能够改变蛋白质的表达，在表观遗传中起重要作用。参与RNAi的RNA分子：非编码RNA。短链非编码RNA(小干扰RNA、微小RNA、Piwi相关RNA)长链非编码RNA1998年Fire等首次揭示双链RNA具有基因抑制作用,提出RNAi的概念。7)基因组印迹(genomicimprinting)：来自父源或母源的等位基因，在通过精子和卵子传递给子代时发生了化学修饰，使后代仅表达父源或母源等位基因的一种。父母双方的两个等位基因中一方表达，另一方不表达或表达甚微，不表达的基因称为印迹基因。这种依赖单亲传递遗传信息的现象称为印迹遗传。1)机制：两个等位基因差异性甲基化：一个等位基因沉默，另一等位基因保持单等位基因活性。2)特点：父方印迹、母方表达；或母方印迹、父方表达。印迹基因为单等位基因活性。使基因表达异常，影响生物学功能的情况：单等位活性基因被印迹失活，或印迹丢失成为双活性等位基因。8)X染色体失活：雌性哺乳动物体细胞的两条X染色体中的一条发生随机失活。体细胞中一条X染色体完全失活呈异染色质状态。1)X失活中心：定位于Xq13，控制X染色体失活的选择和起始2)X染色体失活特异性转录基因：位于Xic，表达产物为不翻译的17kbRNA，能与X染色体结合，引发失活。3)Ｘ染色体失活过程：Xist基因编码XistRNA，XistRNA包裹在合成它的染色体上，引发Ｘ染色体失活；随着XistRNA在Ｘ染色体上的扩展，DNA甲基化和组蛋白的修饰马上发生；失活的染色体依旧持续合成XistRNA，维持本身的失活状态，但有活性的Ｘ染色体如何阻止XistRNA的结合机制还不明确．9.DNA甲基化异常与肿瘤肿瘤细胞DNA甲基化特点：整体基因组广泛低甲基化(癌基因活化、形成突变热点、染色体不稳定、转座子的异常表达。)局部CpG岛高甲基化(多种抑癌基因和DNA修复基因失活)甲基化失活在癌变早期发生，并分阶段进展，基因甲基化可能可用于癌症的早诊。10.组蛋白乙酰化与肿瘤组蛋白乙酰化由组蛋白乙酰化酶(HAT)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)协调控制。1)HAT：许多癌症，HAT基因发生易位、扩增、过表达和突变。结肠癌和胃癌中HAT基因发生点突变。80%的恶性胶质瘤和急性白血病中发现HAT基因杂合性缺失。2)HDAC：过度表达的HDAC被转录因子募集，导致特定基因的抑制，从而导致肿瘤和其他疾病。HDAC异常募集是引起急性粒细胞白血病及非霍奇金淋巴瘤的主要发病机制。HDAC过度表达抑制P53的功能。11.基因印迹与肿瘤IGF2基因和H19基因。IGF2基因为父源性表达，H19基因为母源性表达。H19失活与IGF2双等位基因表达与原发性肝癌进展相关，预后差。70例胃癌组织中30例IGF2表达上调；28例H19表达上调，34.5%胃癌组织中IGF2发生印迹丢失。30％结直肠癌患者，正常结肠黏膜组织IGF2发生印迹丢失