表观遗传学
表观遗传学(共20张PPT)
• 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
表观遗传学
❖ 经典遗传学以研究基因序列影响生物学功能为核心相比， ❖ 表观遗传学主要研究这些“表观遗传现象”的建立和维持
的机制。
多少年来，基因一直被认为是生物有机体一代代相传的一个 并且仅有的一个遗传载体。越来越多的生物学家发现了一 个被称为表观遗传的现象------生物有机体后天获得的非遗 传变异有时可以被遗传下去。有详细记录的100个关于代 间表观遗传的例子，提示非基因遗传要比科学家们以前想 象的多得多。
其他例子 Rats whose agouti gene is unmethylated (i.e., expressed) have a yellow-ish coat color and are
表观遗传学
有复杂突变和表型缺陷的多种人类疾病。
研究发现许多印记基因对胚胎和胎儿出生后 1. 表观遗传学概念表观遗传是与DNA 突变无关的可遗传的表型变化，且是染色质调节的基因转录水平的变 化，这种变化不涉及DNA 序列的改变。
表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情 况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。
表观遗：传学内容包括DNA 甲基化、 组蛋白修饰、染色质重塑、遗传印记、随机染色体失活及非编码RNA 等调节研究表明，这些 表观遗传学因素是对环境各种刺激因素变化的反映， 且均为维持机体内环境稳定所必需。
它 们通过相互作用以调节基因表达，调控细胞分化和表型，有助于机体正常生理功能的发挥， 然而表观遗传学异常也是诸多疾病发生的诱因。
因此，进一步了解表观遗传学机 制及其生理病理意义，是目前生物医学研究的关键切入点。
别名：实验胚胎学、拟遗传学、 、外遗传学以及后遗传学表观遗传学是与遗传学 (ge netic) 相对应的概念。
遗传学是指基于基因序列改变所 致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学 则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如和染色质构象变化等；表观基因组学(epigenomics) 则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。
2. 表观遗传学现象(1) DNA 甲基化是指在DNA 甲基化转移酶的作用下， 合一个甲基基团。
正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的 并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为 CpG 二核苷酸的 CpG 岛则总是处于未甲基化状态， 关。
人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组Mb 就有5 — 15个CpG 岛，平均值为每 Mb 含10. 有良好的对应关系 [9]。
由于DNA 甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是 CpG 岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA 甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。
表观遗传学(研究生课件)
染色质重塑的研究方法
• 研究染色质重塑的方法包括遗传学方法、生物化学方法以及显 微镜技术等。遗传学方法包括基因敲除和转基因技术等，可以 用于研究染色质重塑酶和组蛋白修饰酶的功能。生物化学方法 包括蛋白质纯化和结晶化技术、质谱分析和代谢组学技术等， 可以用于研究染色质重塑酶和组蛋白修饰酶的相互作用和生物 化学性质。显微镜技术则可以用于观察染色质结构和动态变化。
基因组学方法
通过基因组学技术，研究非编码RNA的基因组位置、 序列和结构等信息。
转录组学方法
通过转录组学技术，研究非编码RNA的表达水平和转 录本信息。
蛋白质组学方法
通过蛋白质组学技术，研究非编码RNA对蛋白质表达 和功能的影响。
05
表观遗传学与疾病
表观遗传学与肿瘤
肿瘤表观遗传学
研究肿瘤发生发展过程中表观遗传机 制的改变，包括DNA甲基化、组蛋白 修饰和非编码RNA等。
表观遗传学的研究内容
总结词
表观遗传学的研究内容包括表观遗传修饰的机制、表观遗传与疾病的关系以及表观遗传修饰的干预策 略。
详细描述
表观遗传学研究DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA调控等机制，探讨这些修饰如何影响基因表达 和细胞功能。同时，研究表观遗传学与各种疾病的关系，包括癌症、神经退行性疾病和代谢性疾病等 。此外，还研究如何通过干预表观遗传修饰来治疗疾病。
表观遗传学的重要性
总结词
表观遗传学在理解生物学过程、疾病机制和治疗策略方面具有重要意义。
详细描述ห้องสมุดไป่ตู้
表观遗传学在理解细胞分化、胚胎发育和衰老等生物学过程中发挥关键作用。同时，表观遗传学与许多疾病的发 生和发展密切相关，为疾病的诊断和治疗提供了新的视角。此外，表观遗传修饰的可逆性为疾病治疗提供了潜在 的干预策略，有助于开发新的治疗方法和药物。
表观遗传学概论课件
03
表观遗传变异与疾病关系
肿瘤发生发展中表观遗传变异作用
DNA甲基化异常
抑癌基因高甲基化导致沉默，原癌基因低甲基化而活 化。
组蛋白修饰改变
组蛋白乙酰化、甲基化等修饰异常影响染色质结构和 基因表达。
非编码RNA调控
miRNA、lncRNA等通过调控靶基因表达参与肿瘤发 生发展。
神经系统疾病中表观遗传变异影响
脂肪代谢异常
表观遗传变异调控脂肪细胞分化和脂质代谢相 关基因表达，引发脂肪代谢异常。
糖尿病及其并发症
表观遗传变异在糖尿病及其并发症的发生发展中发挥重要作用。
其他类型疾病与表观遗传变异关系
自身免疫性疾病
表观遗传变异影响免疫细胞分化和功能，导 致自身免疫性疾病。
心血管疾病
表观遗传变异与高血压、动脉粥样硬化等心 血管疾病的发生发展有关。
表观遗传学特点
在不改变DNA序列的前提下，通 过DNA甲基化、组蛋白修饰等方 式调控基因表达。
表观遗传学与遗传学关系
表观遗传学与遗传学相互补充，共同揭示生物遗 传信息的传递和表达机制。
遗传学关注基因序列的遗传信息，而表观遗传学 关注基因表达的调控机制。
二者在生物发育、疾病发生发展等方面具有密切 联系。
组蛋白修饰
定义
组蛋白修饰是指对组蛋白 分子进行化学修饰的过程 ，包括乙酰化、甲基化、 磷酸化等。
机制
通过组蛋白修饰酶的催化 作用，对组蛋白的特定氨 基酸残基进行修饰，改变 组蛋白的电荷和构象。
功能
影响染色质的结构和功能 ，进而调控基因的表达。 与细胞分化、发育、记忆 等生物学过程密切相关。
非编码RNA调控
甲基化DNA免疫共沉淀技术
利用特异性抗体与甲基化DNA结合，通过免疫共 沉淀的方法富集甲基化DNA片段，再进行高通量 测序分析。
表观遗传学课件(带目录)
表观遗传学课件一、引言表观遗传学是研究基因表达调控机制的一门学科，它涉及到基因序列不发生变化，但基因表达却发生了可遗传的改变。
这种调控机制对于生物体的生长发育、细胞分化、疾病发生等过程具有重要作用。
本文将对表观遗传学的基本概念、调控机制及其在疾病中的应用进行详细阐述。
二、表观遗传学的基本概念1.基因表达调控：基因表达调控是指生物体通过一系列机制，控制基因在特定时间和空间的表达水平。
基因表达调控是生物体生长发育、细胞分化、环境适应等生命现象的基础。
2.表观遗传修饰：表观遗传修饰是指在基因的DNA序列不发生改变的情况下，通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等机制调控基因表达的过程。
3.表观遗传学的研究内容：表观遗传学主要研究基因表达调控的分子机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、非编码RNA调控等。
三、表观遗传学的调控机制1.DNA甲基化：DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶的催化下，将甲基基团转移至DNA分子的过程。
DNA甲基化通常发生在基因的启动子区域，抑制基因表达。
2.组蛋白修饰：组蛋白修饰是指在组蛋白分子上发生的一系列化学修饰，如乙酰化、磷酸化、甲基化等。
这些修饰可以改变组蛋白与DNA的结合状态，从而调控基因表达。
3.染色质重塑：染色质重塑是指染色质结构发生变化，使基因的表达状态发生改变的过程。
染色质重塑可以通过改变核小体结构、DNA甲基化、组蛋白修饰等方式实现。
4.非编码RNA调控：非编码RNA是指不具有编码蛋白质功能的RNA分子，包括miRNA、lncRNA、circRNA等。
这些RNA分子可以通过与mRNA结合、调控转录因子活性等方式调控基因表达。
四、表观遗传学在疾病中的应用1.癌症：表观遗传学在癌症研究中的应用主要涉及肿瘤发生、发展和治疗。
研究发现，癌细胞的表观遗传修饰模式发生改变，导致肿瘤相关基因的表达异常。
通过研究这些表观遗传修饰，可以为癌症的早期诊断、预后评估和治疗提供新靶点。
表观遗传学
表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。
遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如DNA甲基化和染色质构象变化等；表观基因组学(epigenomics)则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。
所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5'碳位共价键结合一个甲基基团。
正常情况下，人类基因组“垃圾”序列的CpG二核苷酸相对稀少，并且总是处于甲基化状态，与之相反，人类基因组中大小为100—1000 bp左右且富含CpG二核苷酸的CpG岛则总是处于未甲基化状态，并且与56％的人类基因组编码基因相关。
人类基因组序列草图分析结果表明，人类基因组CpG岛约为28890个，大部分染色体每1 Mb就有5—15个CpG 岛，平均值为每Mb含10．5个CpG岛，CpG岛的数目与基因密度有良好的对应关系[9]。
由于DNA甲基化与人类发育和肿瘤疾病的密切关系，特别是CpG岛甲基化所致抑癌基因转录失活问题，DNA甲基化已经成为表观遗传学和表观基因组学的重要研究内容。
染色质重塑表观遗传学重塑依赖的染色质重塑与人类疾病染色质重塑复合物依靠水解A TP提供能量来完成染色质结构的改变，根据水解ATP的亚基不同，可将复合物分为SWI/SNF复合物、ISW复合物以及其它类型的复合物。
这些复合物及相关的蛋白均与转录的激活和抑制、DNA的甲基化、DNA修复以及细胞周期相关。
ATRX、ERCC6、SMARCAL1均编码与SWI/SNF复合物相关的ATP酶。
ATRX突变引起DNA甲基化异常导致数种遗传性的智力迟钝疾病如：X连锁α-地中海贫血综合征、Juberg-Marsidi综合征、Carpenter-Waziri综合征、Sutherland-Haan综合征和Smith-Fineman-Myers综合征，这些疾病与核小体重新定位的异常引起的基因表达抑制有关。
名词解释 表观遗传学
名词解释表观遗传学
表观遗传学是指在不改变DNA序列的情况下，通过化学修饰（如甲基化、乙酰化等）或染色体结构改变（如DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等）来影响基因的表达和功能。
这些修饰可以影响DNA双螺旋的结构，从而影响到DNA与转录因子等蛋白质的相互作用，进而影响基因的转录和表达。
表观遗传学的修饰可以在细胞分裂过程中传递给子细胞，因此可以对细胞的基因表达和功能产生长期的影响。
表观遗传学在许多生物学过程中都起着重要的作用，如细胞分化、胚胎发育、肿瘤发生等。
通过研究表观遗传学，我们可以更好地理解这些生物学过程，并为疾病的治疗和预防提供新的思路和方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
表观遗传学
起源：表观遗传学（epigenetics）这个术语首次由研究胚胎发育的英国生物学家沃丁顿（Conrad Waddington）于1942 年提出，经过30 年的沉寂后，于70 年代中期被重新认识，并于80 年代后期被重新提出，90 年代末至今迅猛发展，成为生命科学领域中的研究热点之一。
概念：从经典遗传学理论上来讲，脱氧核糖核酸（DNA）是把生物的遗传信息传递给下一代的物质。
上一代的生活经历一般不会影响下一代，因为DNA 的序列不可能在如此短暂的时间内产生足以影响下一代性状的改变。
然而对人和动物的观察表明，上一代的生活经历可以通过DNA 序列以外的途径传给后代。
这些途径主要包括染色质修饰、DNA的甲基化、印记基因丢失和非编码RNA变化等。
它们不改变DNA 中核苷酸的序列，却能影响基因的表达。
这些不通过DNA 序列改变而影响身体性状，有时能遗传给后代的变化就叫做“表观遗传”（Epigenetic）修饰。
染色质修饰：染色质是由组蛋白与DNA组成的。
组蛋白是染色质的蛋白组分，DNA分子与其紧密结合，构成核小体。
组蛋白翻译后有多种修饰的方式，包括甲基化、乙酰化、磷酸化以及泛素化等。
这些修饰反应会影响组蛋白与DNA分子的相互作用，从而导致基因转录、DNA修复与复制、染色体的重排生理过程发生改变。
组蛋白修饰通过以下3种途径影响基因的表达: ①通过改变基因的生存环境( 如电荷量和p H 值等), 增强或减弱转录辅助因子对基因表达的作用; ②直接影响染色质的构造和存在状态, 进而对蛋白与基因的相互作用产生改变; ③作为信号影响其下游蛋白的表达，进而改变基因的表达。
DNA甲基化：表观遗传修饰的主要形式为DNA甲基化，是目前研究得较多、较清楚的表观遗传调控机制。
生物体内甲基化状态主要有3种: 基因的持续低甲基化状态( 如管家基因的甲基化状态)、基因的去甲基化状态( 如一些控制生长发育的特异性基因的激活) 和基因的高甲基化状态( 如人类女性生殖细胞内X 染色体失活的基因修饰)。
不同的甲基化状态所导致基因表达的程度不同, 一般来说, 去甲基化可导致部分基因激活, 而高度甲基化可致部分基因沉默, 持续的低甲基化对于维持基因的正常功能至关重要。
印记基因丢失：基因组印迹是一种在基因组DNA水平上对双亲等位基因特异性的修饰作用，这种作用发生在胚胎发育早期，具有不包括DNA序列变化，但影响基因调控以及引起两个等位基因不同表达的特性。
它是一个基因的特定亲本等位基因或其所在染色体在配子或受精卵中发生的基因外遗传学修饰，与该等位基因的表达或不表达密切相关。
绝大多数印记基因成簇地分布在很大的染色体区域，在发育过程中起着十分重要的作用。
印记基因具有单等位基因表达的特点，即仅从亲代中的一方获取拷贝体。
常染色体基因中大约1%的基因为印记基因。
由于基因表达仅仅取决于亲代中的一方，所以子代基因的表达在很大程度生依赖于亲代生活的环境条件。
非编码RNA变化：在真核生物中，有编码作用的RNA数量极少，不足1.5%，其余为非编码RNA( noncoding RNA,ncRNA )。
与基因修饰有关的ncRNA，根据其长度分类可分为long ncRNA (lncRNA ) 和small ncRNA (sncRNA)。
lncRNA的长度超过200nt，其长度在50kb到几百kb之间, 通过顺式作用元件来调节基因表达，达到基因沉默的作用，它们虽不具备蛋白编码作用，但可调节基因表达过程。
据报道，表观遗传修饰调节机制中lncRNA发挥着极其重要的作用，它们的表达可直接导致基因沉默，如Xist(17kb) RNA的表达可造成X染色体失活；另外，它们也可通过与染色质的相互作用，导致基因的失表达，sncRNA长度通常小于30 nt，
通过以下2种方式调节基因表达：①对转录的调节，又称为转录基因沉默(transcriptional gene silencing,TGS ) 作用；②对转录后蛋白表达的调节，即转录后的基因沉默(post-TGS,PTGS )。
TGS对染色质有修饰作用，还可引起异染色质化，进而导致基因沉默，PTGS 通过降解mRNA或阻止mRNA翻译来影响RNA的翻译, 阻止蛋白表达。
目前研究进展
表观遗传学与癌症：目前研究主要集中在DNA甲基化和组蛋白修饰方面, 并且它们可能与癌症的侵袭性行为有关。
表观遗传学在研究肿瘤的发生、发展、侵袭性、复发以及预后方面有着巨大贡献, 它的价值得到了越来越多的证实。
表观遗传学与糖尿病：研究基本也集中在糖尿病相关基因的DNA甲基化、乙酰化水平异常上。
表观遗传学与神经精神疾病：通过分析人群流行病学研究资料后发现，生命早期的环境因素可影响个体成年后的学习记忆能力、性格倾向、情绪表达以及应对应激事件的能力。
总结：表观遗传学被定义为研究可遗传的基因表达改变的一门遗传学分支学科。
它既不同于基因突变，也不依赖DNA 序列的改变。
基因表达的表观遗传调控对人类健康具有长远而广泛的影响。
饮食及环境因素可能会潜在的改变表观遗传调节的水平及范围，因此，对于表观遗传的深入研究有助于解释生活习惯与疾病发生间的关系。
此外，DNA 表观遗传修饰变化可以作为早期癌症及癌前病变检测的生物标志物，对于癌症的诊断、预后及治疗大有裨益。
逆转表观遗传对基因的调控代表一种新的治疗策略或药物设计模式。