表观遗传学简述.pptx

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表观遗传学简述
遗传与进化
达尔文进化论:生物之间存在着生存争斗,适应者生存下来,不适者则被淘汰,这就是自然的选择。
生物正是通过遗传、变异和自然选择,从低级到高级,从简单到复杂,种类由少到多地进化着、发展着。
拉马克学说著名原则:“用进废退”和“获得性遗传”。
前者指经常使用的器官就发达,不用会退化,比如长颈鹿的长脖子就是它经常吃高处的树叶的结果。后者指后天获得的新性状有可能遗传下去,如脖子长的长颈鹿,其后代的脖子一般也长。
表观遗传学研究
遗传变异的概率?
遗传变异的方向?
环境在变异中是否起作用?
人类大脑的进化是主动还是被动?
什么决定了遗传系统?
生理生化的改变能否影响遗传系统?
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, 一直以来都是生命科学研究领域的一个热点。
表观遗传学调节机制
1、DNA甲基化
DNA甲基化是由DN甲基转移酶催化S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体,将胞嘧啶转变为5-甲基胞嘧啶(mC)的反应。
5′胞嘧啶的甲基化修饰是一个动态可逆的过程, 该位点还存在去甲基化过程, DNA去甲基化酶对基因的表达也发挥重要作用。
DNA的甲基化对维持染色体的结构、X染色体的失活、基因印记和肿瘤的发生发展都起重要的作用。
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。
组蛋白可以有很多修饰形式, 包括组蛋白末端的乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、ADP核糖基化等等, 这些修饰都会影响基因的转录活性。目前研究较多的是组蛋白甲基化和乙酰化。
由于被修饰,一些蛋白失去活性,一些蛋白获得活性,一些蛋白改变功能,因此蛋白修饰是功能蛋白质库的“扩增”因素。
3、染色质重塑
依赖ATP的物理修饰
依赖共价结合反应的化学修饰
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ATP的物理修饰主要是利用ATP水解释放的能量,使DNA超螺旋旋矩和旋相发生变化,使转录因子更易接近并结合核小体DNA,从而调控基因的转录过程.
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
利用ATP水解所释放的能量,SWR1/SRCAP复合物能够使组蛋白变异体H2AZ置换入核小体内,反之,INO80复合物则使H2AZ从核小体中置换出来
4、非编码RNA
非编码RNA包括rRNA,tRNA,mRNA,微RNA(mi RNA),与Piwi蛋白相作用的RNA(pi RNA),小干扰RNA(si RNA),核内小RNA(small nuclear RNA sn RNA) 以及核仁小RNA (small nucleolar RNA,sno RNA)、不均一核RNA (heterogeneous nuclear RNA)等。
长链非编码RNA在基因簇以至于整个染色体水平发挥顺式调节作用。
短链RNA在基因组水平对基因表达进行调控,其可介导mRNA的降解,诱导染色质结构的改变,决定着细胞的分化命运,还对外源的核酸序列有降解作用以保护本身的基因组。
功能性非编码RNA在基因表达中发挥重要的作用,按照它们的大小可分为长链非编码RNA和短链非编码RNA。
表观遗传学的前沿研究与进展
增强子

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。
增强子是基因组的非编码区域,它虽然离蛋白质编码区域较远,但可以增