表观遗传学修饰—组蛋白修饰-PPT文档资料
表观遗传学 第三章 组蛋白修饰
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01
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04
组蛋白修饰的 酶类
02
表观遗传学概 述
05
组蛋白修饰的 作用机制
03
组蛋白修饰的 种类
06
组蛋白修饰与 疾病的关系
01 添加章节标题
02 表观遗传学概述
表观遗传学的定义
表观遗传学是研究基因型未发生变化但基因的表达却发生了可遗传变化的科学。 表观遗传学主要关注DN甲基化、组蛋白修饰和非编码RN等对基因表达的影响。 表观遗传学在生物体发育、肿瘤发生和神经科学等领域有广泛应用。 表观遗传学可以通过研究基因表达的可遗传变化来揭示遗传信息与环境因素之间的相互作用。
sirtuins两类具 有不同的生物学 功能和底物特异
性。
研究意义：组蛋 白去乙酰化酶在 多种生物学过程 中发挥重要作用 如细胞分化、肿 瘤发生等是当前 表观遗传学研究
的热点之一。
组蛋白甲基化酶
定义：能够催化组蛋白甲基化反应的酶类
作用机制：通过甲基化组蛋白的特定位点 调控基因的表达
种 类 ： 包 括H MTs 和 HM Ts e 等
研究意义：组蛋 白泛素化在表观 遗传学中具有重 要的研究意义对 于理解生物发育、 细胞分化和疾病 发生机制等方面 具有重要意义。
04 组蛋白修饰的酶类
组蛋白乙酰化酶
定义：组蛋白乙 酰化酶是一类能 将乙酰基团转移 至组蛋白特定位 点的酶
作用：调控基因 表达影响细胞分 化、发育和肿瘤 发生等过程
种 类 ： 包 括 H Ts 和 K Ts 等 不 同 亚 型具有不同的底 物特异性和功能
与其他修饰的关系：组蛋白磷酸化可以与其他修饰如甲基化、乙酰化等相互影响共同参与基 因表达的精细调控。
表观遗传学修饰—组蛋白修饰
表观遗传学修饰—组蛋白修饰（1.生物工程学院，天津300457；）摘要：表观遗传学对于生物性状的传递有重要的意义，而组蛋白修饰对于基因的转录、表达有极其重要的影响，比如甲基化、乙酰化、磷酸化等，这些组蛋白的修饰都对基因的表达有着不同的调控机制，本文间介了组蛋白修饰的几种类型及其机制，以及组蛋白修饰与肿瘤的关系。
关键词：表观遗传学；组蛋白修饰；甲基化；中图分类号：文献标志码：文章编号：1672-6510（0000）00-0000-00表换遗传学又称“拟遗传学”、“表遗传学”、“外遗传学”以及“后遗传学”，研究在没有细胞核DNA 序列改变的情况时，基因功能的可逆的、可遗传的改变。
这些改变包括DNA的修饰(如甲基化修饰)、组蛋白的各种修饰等。
也指生物发育过程中包含的程序的研究。
在这两种情况下，研究的对象都包括在DNA序列中未包含的基因调控信息如何传递到下一代这个问题。
组蛋白的翻译后修饰不仅与染色体的重塑和功能紧密相关，而且在决定细胞命运、细胞生长以及致癌作用的过程中发挥着重要的作用[1]，如组蛋白磷酸化就在有丝分裂、细胞死亡、DNA损伤修复、DNA复制和重组过程中发挥着直接的作用[2]。
组蛋白的修饰主要包括：甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、ADP-核糖基化等。
1组蛋白的修饰结构基础真核生物约146bp的DNA缠绕核心组蛋白八聚体（各两分子的H2A, H2B, H3, H4）构成了染色体的基本单位核小体，核小体再通过DNA 和组蛋白H1连接构成染色质纤维。
组蛋白不仅在染色体组装方面有着重要的作用，而且组蛋白的翻译后修饰在调控基因动态表达方面也有着重要的作用。
组蛋白翻译后修饰多发生在组蛋白的N-端尾部，包括甲基化、乙酰化、磷酸化、ADP-核糖基化、泛素化和小分子泛素化修饰[3]，这些修饰有助于其他蛋白质与DNA的结合，从而产生协同或者拮抗作用来调控基因转录。
例如，乙酰化使组蛋白尾部正电荷减少，从而削弱了与带负电荷DNA骨架的作用，而促进染色质呈开放状态[4],甲基化激活或抑制基因功能主要依赖于修饰的位点，主要与赖氨酸残基的单甲基化、双甲基化或三甲基化有关[5]。
表观遗传学简述ppt课件.pptx
总结
表观遗传学信息提供了何时、何地、以何种方式去 执行DNA遗传信息的指令，它通过有丝分裂和减数 分裂将遗传信息从上一代传递给下一代。
决定表观遗传学过程的主要因素为DNA的甲基化、 组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA调控,这4个 因素的相互关系以及它们如何共同来调节染色质 结构还有待进一步研究。
甲基转移作用通常发生在 5′-胞嘧啶位置上, 具有调 节基因表达和保护DNA该 位点不受特定限制酶降解 的作用。
2、组蛋白修饰
组蛋白是真核生物染色体的基本结构蛋白,是一类 小分子碱性蛋白质,有5种类型:H1、H2A、H2B、H3、 H4,它们富含带正电荷的碱性氨基酸,能够同DN中带 负电荷的磷酸基团相互作用。
小组成员及分工
谢吕欣：表观遗传学最新研究进展资料查找 陈绪：表观遗传学作用机制资料查找、PPT报告 庞锡泉：表观遗传学前沿方向资料查找 金丽菁：PPT制作、文献资料汇总整理
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染色质重塑是指 在能量驱动下核 小体的置换或重 新排列,它改变了 核小体在基因启 动子区的排列,增 加了基础转录装 置和启动子的可 接近性。染色质 重塑主要包括2 种类型:
依赖共 价结合 反应的 化学修
饰
利用ATP水解所产生的能量使核小体 结构发生如下4种突变：(1)核小体在 DNA上的滑动；（2）DNA和核小体的 解离；（3）将组蛋白八聚体从染色 质上去除；（4）组蛋白变异体和经 典组蛋白间的置换
表观遗传学的前沿研究与进展
1.非编码RNA的进展
随着复杂性的增加，非蛋白质编码序列日益成为多细 胞生物的基因组的主导者，其相反与蛋白质编码基因， 相当的稳定。它能够在大多数哺乳动物基因组，甚至 所有真核生物细胞和组织中表达，越来越多的证据表 明，非编码ＲＮＡ的表达涉及到基因表达的调控。
《表观遗传学》PPT课件
速转录中所需蛋白与相应位点结合。
2021/4/23
南京农业大学 生命科学学院 生物化学与分子生物学系
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组蛋白低乙酰化促进DNA甲基化
❖ 脊椎动物中，含甲基化DNA结合结构域的蛋白， 如MeCP2或MBD（DNA甲基化结合蛋白）可作为 接头分子将甲基化胞嘧啶连接到组蛋白去乙酰化 复合物上。
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X染色体失活
❖ 失活X染色体即为巴氏小体。 ❖ 失活X染色体特点：
组蛋白H4不被乙酰化 CpG岛的高度甲基化
巴氏小体
2021/年4/42月3 23日
南京农业大学 生命科学学院 生物化学与分子生物学系
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表观遗传学的意义
❖ 表观遗传学已成为生命科学中普遍关注的前沿，在功能 基因组时代尤其如此。它是生命科学中一个普遍而又十分 重要的新的研究领域。它不仅对基因表达、调控、遗传有 重要作用，而且在肿瘤、免疫等许多疾病的发生和防治中 亦具有十分重要的意义。
白修饰、染色质重塑。
❖ 基因组印迹特点：
基因组印迹依靠单亲传递某种性状的遗传信息，被印 迹的基因会随着其来自父源或母源而表现不同，即源 自双亲的两个等位基因中一个不表达或表达很弱。
不遵循孟德尔定律，是一种典型的非孟德尔遗传，正 反交结果不同。
❖ 基因组印迹的机制:
配子在形成过程中，DNA产生的甲基化、核组蛋白产生 的乙酰化、磷酸化和泛素化等修饰，使基因的表达模 式发生了改变。
2021/年4/42月3 23日
南京农业大学 生命科学学院 生物化学与分子生物学系
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基 因 组印 迹
❖ 由正反交实验可以看出：
印迹基因的正反交结果不一致、不符合孟德尔 定律。
组蛋白修饰及其功能(乙酰化,甲基化,磷酸化等)(教学课件)
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3. 组蛋白的磷酸化
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组蛋白共价修饰间的关系
组蛋白的其他修饰方式 相对而言，组蛋白的甲基化修饰方式是最稳定的，所以最适合作为稳定的表观遗传信息。而 乙酰化修饰具有较高的动态，另外还有其他不稳定的修饰方式，如磷酸化、腺苷酸化、泛素 化、ADP核糖基化等等。这些修饰更为灵活的影响染色质的结构与功能，通过多种修饰方式 的组合发挥其调控功能。
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12、人乱于心，不宽余请。16:10:2516 :10:251 6:10Sunday, October 18, 2020
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13、生气是拿别人做错的事来惩罚自 己。20. 10.1820 .10.181 6:10:25 16:10:2 5October 18, 2020
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14、抱最大的希望，作最大的努力。2 020年1 0月18 日星期 日下午4 时10分 25秒16 :10:252 0.10.18
研究表明，组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态 的标记，精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精 氨酸的甲基化丢失与基因沉默相关。相反，赖氨酸甲 基化似乎是基因表达调控中一种较为稳定的标记。
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组蛋白甲基化的调节机制
1. H3-K9甲基化与异染色质的形成：人们曾针对异染色质的形成提出过一个模型:首先组蛋白 脱乙酰酶使H3中的K9、K14脱乙酰化,然后Suv39h1或Clr4对H32K9进行甲基化,H32K9的甲基 化再影响DNA的甲基化,随后甲基化的H32K9做为一个结合位点招募HP1或Swi6蛋白的定位, 最后HP1/Swi6通过它们的shadow染色质结合区域定位在C末端,进而形成异染色质的多聚体。 2. H32K9甲基化对常染色体中基因表达调控的影响： 3. 组蛋白其他位点上发生甲基化与基因表达的关系：大量实验表明H32K9甲基化的功能与基 因沉默有关，但其它位点甲基化可能存在激活转录作用。 4. 组蛋白甲基化与DNA甲基化：H32K9的甲基化可以直接或间接影响DNA 的甲基化，DNA 甲基化可能是组蛋白甲基化的间接结果
组蛋白修饰与表观遗传学中的细胞记忆
组蛋白修饰与表观遗传学中的细胞记忆在过去的几十年中，细胞生物学家一直在探讨细胞如何在空间和时间上调节基因的表达及其调控机制。
表观遗传学是对这个领域的一种研究，它描述了一种由细胞遗传学家发现的重要过程，这种过程能够改变基因表达而不影响细胞DNA序列。
表观遗传学的本质在于，细胞内部的分子变化及与外部环境的相应变化能够被记忆、保留和遗传给后代细胞，影响基因表达。
组蛋白是最常见的细胞核蛋白，是基因表达的关键因素之一。
组蛋白修饰是指在组蛋白N端上特定的位点发生的生化修饰。
这些化学修饰可以改变组蛋白的结构和功能，从而调节DNA的可接近性。
组蛋白修饰包括乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化等一系列化学修饰。
这些修饰的质量和分布影响着细胞的基因表达。
组蛋白乙酰化是最被广泛研究的一种组蛋白修饰方式。
细胞利用乙酰化酶对组蛋白进行丝氨酸和赖氨酸的乙酰化，从而增加组蛋白相对于DNA的可接近性，加强基因表达的控制。
甲基化是另一种常见的组蛋白修饰方式，它发生在组蛋白N端上的赖氨酸、精氨酸或组蛋白尾部上的赖氨酸。
这种修饰能够关闭某些基因的表达，从而实现基因的“沉默”。
组蛋白修饰与细胞记忆有着密切的关系。
细胞利用这种机制来将环境因素所产生的信号转化为一种确保DNA区域可读性的信息，并将这些信息传递给后代细胞。
例如，细胞可能会在特定的生长环境下产生一种创伤性沉默，这种沉默会导致某个基因的表达发生改变，而这些改变可以存在相当长的时间之内。
如果这种沉默是由组蛋白修饰所起的作用，那么这种现象就是可以被传递给下一代细胞或下一个有此基因的个体，从而让这种基因表达的改变被保留下来。
除此之外，组蛋白修饰还与许多重要生物学过程和疾病密切相关。
反式基因是一种导致癌症发生的基因，组蛋白的丝氨酸和赖氨酸乙酰化可以促进反式基因的表达。
另外，对于某些神经元，这种乙酰化是能够长度很长时间的改变神经元连接（即突触形态和功能）的调节机制。
总之，组蛋白修饰是表观遗传学中一个非常重要的过程，它在整个细胞生长及分化过程中扮演着至关重要的角色。
组蛋白的修饰作用ppt课件
1
一、组蛋白的定义：
组蛋白是染色体的结构蛋白，与DNA构成核小体。它分为 H1、H2A、H2B、H3和H4等5种。
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二、组蛋白的特征：
1、进化上的极端保守性： 其保守程度比较：H1<H2A 、H2B<H3 、H4；
2、无组织特异性： 鸟、鱼、两栖类的红细胞染色体不含H1而含H5，精细胞
DNA复制和重组过程发挥着直接的作用。组蛋白H1被细胞周期 蛋白依赖的激酶磷酸化是其主要的修饰作用。组蛋白H1的磷酸 化能够影响DNA二级结构的改变和染色体凝集状态的改变。另 外，组蛋白H1的磷酸化需要DNA复制，并且激活DNA复制的蛋 白激酶也促进组蛋白H1的磷酸化。因此，组蛋白H1的磷酸化与 DNA复制存在一个协同发生的机制。
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直到1996年，James Brownell 和David Allis 成功的纯化和鉴定 了一种组蛋白乙酰转移酶（Histone acetyltransferase HAT ），该 酶是从供体乙酰辅酶A上将乙酰基团转移到核心组蛋白上。
进一步研究得出HAT的两种作用机制： 1）使组蛋白H1、H2A、H4的氨基末端乙酰化，形成α-乙酰丝氨 酸；通常组蛋白在细胞质内合成后输入细胞核之前发生这一修 饰作用。 2）在组蛋白H2A、H2B、H3 和 H4 的氨基末端区域的某些专一位 置形成N6-乙酰赖氨酸。通常发生在蛋白质的赖氨酸(K)上。如下 图1所示：
由组蛋白甲基化的特定模式识别及结合核小体的蛋白质共同产 生的，并进一步修饰染色质或直接影响转录。
2、组蛋白的甲基化对促进DNA甲基化具有一定的作用。 DNA甲基化在转录水平可影响基因表达、参与真核生物胚胎发 育调节、参与基因组印记和X染色体失活及影响DNA与蛋白质 的相互作用。
组蛋白修饰与表观遗传研究
组蛋白修饰与表观遗传研究在遗传中，DNA序列是传承父母给子女的一项基本信息。
但是，除了DNA序列之外，还存在着一些重要的信息。
这些信息并不是靠类似于密码一样的序列传递的，而是通过表观遗传机制传递。
组蛋白修饰是一种重要的表观遗传机制，它能够通过对组蛋白的化学修饰来影响基因转录的调控，进而影响个体的表型。
组蛋白是构成染色质核小体的主要蛋白质，一个核小体包含两个同型体的四个组蛋白蛋白质(H2A, H2B, H3和H4)分子，以及一条DNA分子。
由于组蛋白能够直接绕在DNA分子上，因此组蛋白与DNA紧密结合，进而产生了染色质亲和性。
组蛋白本身是能够发生化学修饰的。
这些化学修饰可能涉及到组蛋白分子的氨基酸残基的甲基化、乙酰化等。
以H3K4甲基化为例。
H3K4甲基化指的是在组蛋白H3上特定的氨基酸残基-Lysine 4 (K4)-上连接了一个甲基基团。
这个甲基电子云的贡献导致了这个氨基酸残基发生了化学变化，这个化学变化进而引发一系列的生化反应，在几个层面上影响了基因表达。
一个可能的影响是，基因变成“开放”的态势，获得转录机器的便利，更容易被转录而产生蛋白质。
具有这种组蛋白修饰的染色质被称为活动染色质，它能够较为容易地转录；而缺乏这种组蛋白修饰的染色质被称为沉默染色质，它比较难以转录。
过去10年来，人们广泛研究组蛋白修饰与基因表达之间的关系，并对正常和异常的表观遗传作用进行了深入研究。
研究表明，某些组蛋白修饰已成为诸如肿瘤和神经变性疾病等复杂疾病的提示性标记。
例如，研究表明，H3K4甲基化在神经生长和神经递质释放中发挥了重要作用，并且H3K4甲基化水平异常与神经退行性疾病相关。
组蛋白修饰还可通过转录因子(teanscription factor)与另外的功能蛋白质产生反应。
例如，一项研究表明，组蛋白脱乙酰化酶HDAC2和糖尿病相关转录因子的相互作用，可以形成一个同源复合物，在参与神经退行性疾病的过程中发挥了重要作用。