表观遗传epigenetics演讲ppt
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表观遗传学(共20张PPT)
异性降解的现象。PTGS是启动了细胞质内靶mRNA序列特异性的降解机制。
• 近几年来RNAi研究取得了突破性进展，被《Science》杂志评为2001年的十大科 学进展之一，并名列2002年十大科学进展之首。由于使用RNAi技术可以特异性剔 除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及 恶性肿瘤的基因治疗领域。
表观遗传学 EPIGENETICS
什么是表观遗传学？
表观遗传学是研究除DNA序列 变化外的其他机制引起的细胞表 型和基因表达的可遗传的改变。 表观遗传学调控真核基因表达， 与人类重大疾病，如肿瘤、神经 退行性疾病、自身免疫性疾病等 密切相关。
举两个例子~
在胚胎发育过程中，果蝇存在很多体节。对 Hox 基因来 说，在有些体节中表达，有些中不表达。一开始，这种表 达或不表达经不在了，由原来不 表达（Hox 基因）的细胞衍生的后代呢，这些基因仍然不 表达；表达那些 Hox 基因的细胞衍生的细胞，仍然表达。
• 最常见的DNA甲基化形式是将甲基加到胞嘧啶环的 5‘位置上，形成5’-甲基胞嘧啶。哺乳动物中大约有 5%的胞嘧啶被甲基化，而甲基化与否，基因的转录活 性相差了上百万倍。
• DNA甲基化的作用主要体现于抑制基因转录活性，而具 体的抑制机制还尚未明确
• MeCP1所结合的DNA序列常需要有10个以上的甲基化CpG, 这一蛋白广泛存在于许多组织。
工蜂和蜂王都由同种受精卵发育而来，如 果能吃到蜂王浆，就变成蜂后；吃不到就 变成工蜂。
与工蜂相比，蜂王的成熟期短平均在半
个月左右，而工蜂则需要二十天以上；
寿命长蜂王可以活几年，而工蜂则只有
几十天的寿命；有生殖能力蜂王每天可
蜂王
工蜂
以产下几百枚卵，而工蜂一般终生都不
• 近几年来RNAi研究取得了突破性进展，被《Science》杂志评为2001年的十大科 学进展之一，并名列2002年十大科学进展之首。由于使用RNAi技术可以特异性剔 除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及 恶性肿瘤的基因治疗领域。
表观遗传学 EPIGENETICS
什么是表观遗传学？
表观遗传学是研究除DNA序列 变化外的其他机制引起的细胞表 型和基因表达的可遗传的改变。 表观遗传学调控真核基因表达， 与人类重大疾病，如肿瘤、神经 退行性疾病、自身免疫性疾病等 密切相关。
举两个例子~
在胚胎发育过程中，果蝇存在很多体节。对 Hox 基因来 说，在有些体节中表达，有些中不表达。一开始，这种表 达或不表达经不在了，由原来不 表达（Hox 基因）的细胞衍生的后代呢，这些基因仍然不 表达；表达那些 Hox 基因的细胞衍生的细胞，仍然表达。
• 最常见的DNA甲基化形式是将甲基加到胞嘧啶环的 5‘位置上，形成5’-甲基胞嘧啶。哺乳动物中大约有 5%的胞嘧啶被甲基化，而甲基化与否，基因的转录活 性相差了上百万倍。
• DNA甲基化的作用主要体现于抑制基因转录活性，而具 体的抑制机制还尚未明确
• MeCP1所结合的DNA序列常需要有10个以上的甲基化CpG, 这一蛋白广泛存在于许多组织。
工蜂和蜂王都由同种受精卵发育而来，如 果能吃到蜂王浆，就变成蜂后；吃不到就 变成工蜂。
与工蜂相比，蜂王的成熟期短平均在半
个月左右，而工蜂则需要二十天以上；
寿命长蜂王可以活几年，而工蜂则只有
几十天的寿命；有生殖能力蜂王每天可
蜂王
工蜂
以产下几百枚卵，而工蜂一般终生都不
表观遗传学专业知识讲座课件
一种结论：个体在发育和 生长过程中获得的环境影 响，被遗传给了后代。 什么决定基因？大自然(环 境)如此丰富多彩、如此变 化不停，很难想象，对于 一个开放的复杂生命系统， 不会打上它的烙印。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
人类同卵双生的孪生子：具有完全相同的基因组，在同样的环境下成 长，俩人的气质和体质应该非常相似。 实际情形：一些孪生子的情况并不符合预期的理论。往往在长大成人 后出现性格、健康方面的很大差异。这种反常现象长期困扰着遗传学 家。 现在科学家们发现：可以在不影响DNA序列的情况下改变基因组的修 饰．这种改变不仅可以影响个体的发育，而且还可以遗传下去。
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表观遗传修饰
1. DNA甲基化(DNA methylation)
通 过 甲 基 供 体 ——S- 腺 苷 甲 硫 氨 酸 ， 并 在 DNA 甲 基 转 移 酶 (DNA methyltransferase，DNMT)的催化下，CpG二核苷酸中的胞嘧啶环上5’位置 的氢被活性甲基所取代，从而转变成5-甲基胞嘧啶(5-mC) 。
• 表观遗传学(epigenetic)：DNA的序列不发生变化、基因表达改变、并且这种
改变可稳定遗传。
• 表观遗传学研究的内容： 基因选择性转录、表达的调控。
1. 基因转录后调控。 2. 基因转录后调控。
表观遗传修饰从多个水平上调控基因表达：
1. DNA水平：DNA甲基化
基因表达的变 化（或性状的 变化）一定是 DNA序列变异 的结果吗？
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表观遗传学 - EpigeneticsPPT课件
（2）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。
（3）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。
表观遗传学 Epigenetics
概念
表观遗传学
研究不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变 化的，或者说是研究从基因演绎为表型的过程和机制 的一门新兴的遗传学分支。
表观遗传
所谓表观遗传就是不基于DNA差异的核酸遗传。即细胞 分裂过程中，DNA 序列不变的前提下，全基因组的基 因表达调控所决定的表型遗传，涉及染色质重编程、 整体的基因表达调控（如隔离子，增强子，弱化子， DNA甲基化，组蛋白修饰等功能 ), 及基因型对表型的 决定作用。
表观遗传学的特点：
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，也有较少的能用DNA序列变化来解 释。
表观遗传学的研究内容：
基因选择性转录表达 基因转录后的调控 的调控
DNA甲基化
❖ 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：
（1）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。
染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的 一系列以染色质上核小体变化为基本特征 的生物学过程。
（3）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。
表观遗传学 Epigenetics
概念
表观遗传学
研究不涉及DNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变 化的，或者说是研究从基因演绎为表型的过程和机制 的一门新兴的遗传学分支。
表观遗传
所谓表观遗传就是不基于DNA差异的核酸遗传。即细胞 分裂过程中，DNA 序列不变的前提下，全基因组的基 因表达调控所决定的表型遗传，涉及染色质重编程、 整体的基因表达调控（如隔离子，增强子，弱化子， DNA甲基化，组蛋白修饰等功能 ), 及基因型对表型的 决定作用。
表观遗传学的特点：
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，也有较少的能用DNA序列变化来解 释。
表观遗传学的研究内容：
基因选择性转录表达 基因转录后的调控 的调控
DNA甲基化
❖ 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：
（1）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。
染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的 一系列以染色质上核小体变化为基本特征 的生物学过程。
表观遗传学课件 PPT
核小体
• 核小体定位是核小体在DNA上特异性定位的现象。 • 核小体核心DNA并不是随机的，其具备一定的定向特性。 • 核小体定位机制：
内在定位机制：每个核小体被定位于特定的DNA片断。 外在定位机制：内在定位结束后，核小体以确定的长度 特性重复出现。
• 核小体定位的意义：
核小体定位是DNA正确包装的条件。 核小体定位影响染色质功能。
• 组蛋白修饰种类
乙酰化-- 一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修饰 大多发生在H3、H4的 Lys 残基上。
甲基化-- 发生在H3、H4的 Lys 和 Arg残基上，可以与 基因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往往取决 于被修饰的位置和程度。 磷酸化-- 发生与 Ser 残基，一般与基因活化相关。 泛素化-- 一般是C端Lys修饰，启动基因表达。 SUMO（一种类泛素Байду номын сангаас白）化-- 可稳定异染色质。 其他修饰（如ADP的核糖基化）
组蛋白修饰的检测方法
1.免疫染色
2.染色质免疫共沉淀
3.质谱
三、染色质重塑
• 染色质重塑（chromatin remodeling）是一个重要的表观遗传学 机制。 • 染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的一系列以染色质上核小 体变化为基本特征的生物学过程。 • 组蛋白尾巴的化学修饰（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变 染色质结构，从而影响邻近基因的活性。
ton) 在 Endeavour 杂志
首次提出表观遗传学。
基因型的遗传(heredity)或
传承(inheritance)是遗传学
研究的主旨 ,而基因型产生
表型的过程则是属于表观
遗传学研究的范畴。
1987 年 ,霍利德( Holliday) 进一步指出可在两个层面上 研究高等生物的基因属性。 第一个层面是基因的世代间传递的规律 ——遗传学。 第二个层面是生物从受精卵到成体的发育过程中基因
表观遗传学.ppt
差异甲基化母源 染色体上的ICs的甲基化呈现出分化状态。
Beckwith-Wiedemann综合征(BWS)是一种过度生长综合 征,常伴有肥胖和先天性脐疝等症状，并有儿童期肿瘤 易患倾向。
它起源于染色体11p15.5区段的多种能造
成该区段印迹基因表达失衡的遗传学和表观遗
在PWS和AS患者中发现，微小染色体缺失集中 的区域有成簇排列的富含CpG岛的基因表达调控元 件，称为印迹中心(imprinting centers , ICs)。
在父源和母源染色体上，这些调控元件的CpG 岛呈现甲基化型的明显差异。
例如 SNRPN的23个 母源 完全甲基化
CpG二联核苷 父源 非甲基化
closed structure that can no longer be accessed by the transcriptional machinery.
组成核小体的组蛋白可以被多种化学加合物所 修饰，如磷酸化、乙酰化和甲基化等，组蛋白的这 类结构修饰可使染色质的构型发生改变，称为染色 质构型重塑。组蛋白中不同氨基酸残基的乙酰化一 般与活化的染色质构型常染色质(euchromatin)和 有表达活性的基因相关联；而组蛋白的甲基化则与 浓缩的异染色质(hetero-chromatin)和表达受抑的 基因相关联。
activity. Methylated cytosines are recognized by methyl-CpG-binding proteins (MBDs), which in turn recruit histone deacetylases (HDACs) to the site of methylation, convert-ing the chromatin into a
Beckwith-Wiedemann综合征(BWS)是一种过度生长综合 征,常伴有肥胖和先天性脐疝等症状，并有儿童期肿瘤 易患倾向。
它起源于染色体11p15.5区段的多种能造
成该区段印迹基因表达失衡的遗传学和表观遗
在PWS和AS患者中发现，微小染色体缺失集中 的区域有成簇排列的富含CpG岛的基因表达调控元 件，称为印迹中心(imprinting centers , ICs)。
在父源和母源染色体上，这些调控元件的CpG 岛呈现甲基化型的明显差异。
例如 SNRPN的23个 母源 完全甲基化
CpG二联核苷 父源 非甲基化
closed structure that can no longer be accessed by the transcriptional machinery.
组成核小体的组蛋白可以被多种化学加合物所 修饰，如磷酸化、乙酰化和甲基化等，组蛋白的这 类结构修饰可使染色质的构型发生改变，称为染色 质构型重塑。组蛋白中不同氨基酸残基的乙酰化一 般与活化的染色质构型常染色质(euchromatin)和 有表达活性的基因相关联；而组蛋白的甲基化则与 浓缩的异染色质(hetero-chromatin)和表达受抑的 基因相关联。
activity. Methylated cytosines are recognized by methyl-CpG-binding proteins (MBDs), which in turn recruit histone deacetylases (HDACs) to the site of methylation, convert-ing the chromatin into a
表观遗传学ppt课件
一、基因组印记
印记基因的特征： 1、通常成簇出现，在染色体上的分布较为
分散 一个簇中一般有3~11个印记基因，具 有一定的群集性倾向。 2、印记基因的表达具有时空特异性，同一 条染色体上两个印记基因之间的基因或与印 记基因毗邻的基因通常不表现出印记修饰。
一、基因组印记
印记基因的特征： 3、具有等位基因不同的甲基化区域
*注：DMR指不同的甲基化区域 ICE指基因印记控制区
一、基因组印记
差异性甲基化区域 (differentially methylated regions, DMRs)
靠近靶基因的顺式作用位点的甲基化状态决 定了印记，这些调控位点称为差异性甲基化 区，是印记基因的标记位点；这些位点的缺 失会消除印记，导致靶基因在父系和母系中 有同样的表达。
表观遗传概述
表观遗传学
在基因的DNA序列没有发生改变的情况下，基因功能发生 可遗传的遗传信息变化，并最终导致表型的变化。
表观遗传 所谓表观遗传就是不基于DNA差异的核酸遗传。即细胞分 裂过程中，DNA 序列不变的前提下，全基因组的基因表 达调控所决定的表型遗传，涉及染色质重编程、整体的基 因表达调控（如隔离子，增强子，弱化子，DNA甲基化， 组蛋白修饰等功能 )，及基因型对表型的决定作用。
小鼠及人类的胚胎及胚外组织中印记基因表达均十分保 守
6、很多印记基因只转录RNA而不翻译蛋白质，只 在mRNA水平发挥作用。
一、基因组印记
H19和Igf2的边界元件作用模式
Igf2和H19分别位于人和小鼠的11号和7号染色体； 位于同一基因簇内，位置相邻，Igf2位于上游； 交互印记(Igf2母系印记，H19父系印记)； 在H19基因的上游均有DMR控制基因的表达； 在H19下游存在一个增强子； Igf2和H19之间存在一个ICE，也是DMR；
第十一章-表观遗传学PPT课件
二、基因组印迹(genomic imprinting)
概念：依赖于父、母源性的等位基因的差异性 表达，即父亲和母亲的基因组在个体发育中有 着不同的影响，这种现象称基因组印迹。
两个亲本的等位基因差异性甲基化是基因组印 迹现象的基础。
疾病的基础： 15q11-13 微缺失
Prader-Willi syndrome, PWS（父源）：肥胖、矮 小, 中度智力低下
2. 表遗传（epigenetic）信息
，提供何时、何地、如何应
用遗传学信息的指令，保证
基因适时启闭
One genome--------multiple epigenome
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一、表观遗传修饰
表达模式的信息标记： DNA特定碱基的修饰：胞嘧啶的甲基化； 染色质构型重塑：如，组蛋白的乙酰化、 甲基化
果蝇中的杂色（眼）位置效应（positioneffect variegation）： 野生红眼基因W+（显性） 突变白眼基因w（隐性）
基因定位于X染色体长臂末端
W+
“W+/W+”和“W+/w”均表现正常红眼 意外情况： W+异位至着丝粒附近（异染
色质区）， “W+/w”杂合体表现为花斑 眼（杂色），即：部分细胞正常红色， 部分少量红色，部分白色。
设计实验拟解决：“RNA 干扰”是否与转入的RNA 结构有关。
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意外发现：导入双链RNA的产生功能干扰的有效 性远高于导入单链RNA, sense or antisense RNA导入均如此。
仅需少数分子即可产生干扰效应，提示酶促反 应或分子扩增的存在。
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上述现象提示： 1. 存在超越简单反义RNA作用的机理。 2. RNA靶向的作用也不能排除。 3. 同时可能存在RNA与染色质的直接作用，影 响RNA的转录。
基因组表观遗传优秀课件
Igf-2 Igf-2m
正常小鼠
Igf-2m Igf-2 矮小型小鼠
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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。 小鼠 Igf-2 基因总是母本来源的等位基因被印迹， 父本来源的等位基因表达，因此是母本印迹。 基因印迹使基因的表达受到抑制，导致被印迹的 基因的生物功能的丧失。
1992年Hall将其定义为：在发育过程中遗传因 子和非遗传因子作用与细胞使其选择性控制基 因的表达，并逐步增加表型复杂性的过程。
20世纪90年代中期之后， epigenetics的定义 逐步向狭义方向发展，Russo等将其描述为： 不涉及DNA序列的变异但基因的表达模式发生 了可遗传的改变，并能通过有丝分裂和减数分 离将改变的基因表达模式传递给子细胞或下一 代的过程。
1、染色质重建 2、DNA甲基化 3、位置效应
1、染色质重建
在细胞分裂周期的间期，染色体转变为分布在整个细胞 核基质内疏松纤丝状态的染色质，分为常染色质和异染 色质。在常染色质区，转录调控因子可以和DNA分子接 触促使基因表达。异染色质处于收缩状态，转录调控因 子无法与DNA分子结合，基因保持沉默。细胞分化过程 伴随着染色质构型的改变，这种改变的状态在同类型上 下代细胞间是可遗传的，也是一种典型的不涉及DNA序 列改变却使基因表达模式发生改变的表观遗传。染色质 状态的改变称为染色质重组。
染色质重建与表观遗传
真核生物中基因表达在很大程度上受到染色质结构的影 响，组蛋白及其他包装蛋白并非只是简单的结构成分， 它们也参与基因的表达调控。染色质的包装可分为2种 水平，即核小体和30nm的染色质纤维。染色质结构至少 在2方面对基因表达施加影响：
1、染色体的某一区段包装程度决定位于该区段的基因 是否表达； 2、假如某一基因可以接触，基因所在的核小体位置及 其周边环境会影响到该基因的表达。