表觀遺傳學PPT課件

1、表表 觀觀 遺遺 傳傳 學學（epigenetics）2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日發(fā)發(fā) 展展 歷歷 史史v2000多年前，古希臘哲學家亞里士多德在On the Generation of Animals一書中首先提出后生理論（the theory of epigenesis），它相對于先成論，新器官的發(fā)育由未分化的團塊逐漸形成的。2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日發(fā)發(fā) 展展 歷歷 史史v1939年，生物學家 Waddington CH 首先在現(xiàn)代遺傳學導論中提出了epihenetics這一術語，v并于1942年定義表觀遺傳學為“生物學的分支，研究基因與

2、決定表型的基因產(chǎn)物之間的因果關系”。2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日發(fā)發(fā) 展展 歷歷 史史v1975年，Hollidy R 對表觀遺傳學進行了較為準確的描述。v他認為表觀遺傳學不僅在發(fā)育過程，而且應在成體階段研究可遺傳的基因表達改變，這些信息能經(jīng)過有絲分裂和減數(shù)分裂在細胞和個體世代間傳遞，而不借助于DNA序列的改變，也就是說表觀遺傳是非DNA序列差異的核遺傳。2021年年8月月18日日概概 述述v表觀遺傳學表觀遺傳學l研究不涉及研究不涉及DNADNA序列改變的基因表達和調(diào)控的可遺傳變序列改變的基因表達和調(diào)控的可遺傳變化的，或者說是研究從基因演繹為表型的過程和機制化的，或者說

3、是研究從基因演繹為表型的過程和機制的一門新興的遺傳學分支。的一門新興的遺傳學分支。v表觀遺傳表觀遺傳l所謂表觀遺傳就是不基于所謂表觀遺傳就是不基于DNADNA差異的核酸遺傳。即細胞差異的核酸遺傳。即細胞分裂過程中，分裂過程中，DNA DNA 序列不變的前提下，全基因組的基序列不變的前提下，全基因組的基因表達調(diào)控所決定的表型遺傳，涉及染色質(zhì)重編程、因表達調(diào)控所決定的表型遺傳，涉及染色質(zhì)重編程、整體的基因表達調(diào)控（如隔離子，增強子，弱化子，整體的基因表達調(diào)控（如隔離子，增強子，弱化子，DNADNA甲基化，組蛋白修飾等功能甲基化，組蛋白修飾等功能 ), ), 及基因型對表型的及基因型對表型的決定作用

4、。決定作用。2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日概概 述述vDefinition of EpigeneticslAny changes in gene expression resulting from either a DNA and chromatin modification or resulting from a post post-transcriptional mechanism. However, it does not reflect a difference in the DNA code。vA unifying definition of epigeneti

5、cs: (Adrian Bird, nature, 2007)lthe structural adaptation of chromosomal regions so as to register, signal or perpetuate altered activity states. lThis definition is inclusive of chromosomal marks, because transient modifications associated with both DNA repair or cell-cycle phases and stable change

6、s maintained across multiple cell generations qualify.2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日概概 述述v表觀遺傳學的特點表觀遺傳學的特點：l可遺傳的，即這類改變通過有絲分裂或減數(shù)可遺傳的，即這類改變通過有絲分裂或減數(shù)分裂，能在細胞或個體世代間遺傳；分裂，能在細胞或個體世代間遺傳；l可逆性的基因表達調(diào)節(jié)，也有較少的學者描可逆性的基因表達調(diào)節(jié)，也有較少的學者描述為基因活性或功能的改變；述為基因活性或功能的改變；l沒有沒有DNADNA序列的改變或不能用序列的改變或不能用DNADNA序列變化來序列變化來解釋。解釋。2021年年8月月1

7、8日日2021年年8月月18日日概概 述述2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日概概 述述2021年年8月月18日日遺傳與表觀遺傳遺傳與表觀遺傳2021年年8月月18日日概概 述述2021年年8月月18日日真核生物全部遺傳信息遺傳密碼組蛋白密碼？密碼基因組DNA序列組蛋白氨基端修飾？2021年年8月月18日日概概 述述2021年年8月月18日日DNA與染色質(zhì)2021年年8月月18日日概概 述述2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日概概 述述v基因表達模式基因表達模式v 決定細胞類型的不是基因本身，而是基因表達模式，決定細胞類型的不是基因本身，而是基因表達模式，通過細

8、胞分裂來傳遞和穩(wěn)定地維持具有組織和細胞特通過細胞分裂來傳遞和穩(wěn)定地維持具有組織和細胞特異性的基因表達模式對于整個機體的結(jié)構(gòu)和功能協(xié)調(diào)異性的基因表達模式對于整個機體的結(jié)構(gòu)和功能協(xié)調(diào)是至關重要的。是至關重要的。v 基因表達模式在細胞世代之間的可遺傳性并不依賴細基因表達模式在細胞世代之間的可遺傳性并不依賴細胞內(nèi)胞內(nèi)DNA的序列信息。的序列信息。v 基因表達模式有表觀遺傳修飾決定?；虮磉_模式有表觀遺傳修飾決定。2021年年8月月18日日概概 述述v表觀遺傳學的研究內(nèi)容：表觀遺傳學的研究內(nèi)容：l 基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控u基因組中非編碼RNAu微小RNA（miRNA）u反義RNAu內(nèi)含子、核糖

9、開關等l 基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達的調(diào)控的調(diào)控uDNA甲基化u基因印記u組蛋白共價修飾u染色質(zhì)重塑2021年年8月月18日日Quiz, J. nature. 20062021年年8月月18日日2021年年8月月18日日表觀遺傳學機制表觀遺傳學機制DNA DNA 甲基化甲基化1組蛋白修飾組蛋白修飾2染色質(zhì)重塑染色質(zhì)重塑3RNA RNA 調(diào)調(diào) 控控4DNA DNA 甲基化甲基化12021年年8月月18日日一、一、DNADNA甲基化甲基化2021年年8月月18日日 DNA甲基化(DNA methylation)是研究得最清楚、 也是最重要的表觀遺傳修飾形式，主要是基因組 DNA上的胞嘧啶

10、第5位碳原子和甲基間的共價結(jié)合，胞 嘧 啶 由 此 被 修 飾 為 5 甲 基 胞 嘧 啶 ( 5 -methylcytosine，5mC)。DNMT1胞嘧啶胞嘧啶5-5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶胞嘧啶甲基化反應胞嘧啶甲基化反應 S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸以基因型為以基因型為a/aa/a的母的母鼠及其孕育的基因型為鼠及其孕育的基因型為AVY/aAVY/a的仔鼠作實驗對象。的仔鼠作實驗對象。孕鼠分為兩組，試驗組孕孕鼠分為兩組，試驗組孕鼠除喂以標準飼料外，從鼠除喂以標準飼料外，從受孕前兩周起還增加富含受孕前兩周起還增加富含甲基的葉酸、乙酰膽堿等甲基的葉酸、乙酰膽堿等補充飼料，而對照組孕鼠補充飼料

11、，而對照組孕鼠只喂飼標準飼料。只喂飼標準飼料。 2021年年8月月18日日一、一、DNADNA甲基化甲基化2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日一、一、DNADNA甲基化甲基化v 哺乳動物基因組中哺乳動物基因組中5 5mCmC占胞嘧啶總量的占胞嘧啶總量的2%-7%2%-7%，約，約70%70%的的5 5mCmC存在于存在于CpGCpG二連核苷。二連核苷。v 在結(jié)構(gòu)基因的在結(jié)構(gòu)基因的55端調(diào)控區(qū)域端調(diào)控區(qū)域, , CpG CpG二連核苷常常以成簇串二連核苷常常以成簇串聯(lián)形式排列，這種富含聯(lián)形式排列，這種富含CpGCpG二連核苷的區(qū)域稱為二連核苷的區(qū)域稱為CpGCpG島島( (CpG

12、 CpG islandsislands) )，其大小為，其大小為500-1000bp500-1000bp，約，約56%56%的編碼基因含該的編碼基因含該結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。v 基因調(diào)控元件基因調(diào)控元件( (如啟動子如啟動子) )所含所含CpGCpG島中的島中的5mC5mC會阻礙轉(zhuǎn)錄因會阻礙轉(zhuǎn)錄因子復合體與子復合體與DNADNA的結(jié)合。的結(jié)合。lDNADNA甲基化一般與基因沉默相關聯(lián)；甲基化一般與基因沉默相關聯(lián)；l非甲基化一般與基因的活化相關聯(lián)非甲基化一般與基因的活化相關聯(lián)；l而去甲基化往往與一個沉默基因的重新激活相關聯(lián)。而去甲基化往往與一個沉默基因的重新激活相關聯(lián)。2021年年8月月18日日2021年

13、年8月月18日日一、一、DNADNA甲基化甲基化2021年年8月月18日日v CpGCpG島主要處于基因島主要處于基因55端調(diào)控區(qū)域。端調(diào)控區(qū)域。v 啟動子區(qū)域的啟動子區(qū)域的CpGCpG島一般是非甲基化狀態(tài)的，其非甲基島一般是非甲基化狀態(tài)的，其非甲基化狀態(tài)對相關基因的轉(zhuǎn)錄是必須的?；癄顟B(tài)對相關基因的轉(zhuǎn)錄是必須的。v 目前認為基因調(diào)控元件（如啟動子）的目前認為基因調(diào)控元件（如啟動子）的CpGCpG島中發(fā)生島中發(fā)生5mC5mC修飾會在空間上阻礙轉(zhuǎn)錄因子復合物與修飾會在空間上阻礙轉(zhuǎn)錄因子復合物與DNADNA的結(jié)合。因的結(jié)合。因而而DNADNA甲基化一般與基因沉默相關聯(lián)。甲基化一般與基因沉默相關聯(lián)。2

14、021年年8月月18日日一、一、DNADNA甲基化甲基化2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日一、一、DNADNA甲基化甲基化2021年年8月月18日日vDNA甲基化狀態(tài)的遺傳和保持：lDNADNA復制后，新合成鏈在復制后，新合成鏈在DNMT1DNMT1的作用下，以舊鏈的作用下，以舊鏈為模板進行甲基化。（缺乏嚴格的精確性，為模板進行甲基化。（缺乏嚴格的精確性，95%95%）l甲基化并非基因沉默的原因而是基因沉默的結(jié)果甲基化并非基因沉默的原因而是基因沉默的結(jié)果，其以某種機制識別沉默基因，后進行甲基化。，其以某種機制識別沉默基因，后進行甲基化。lDNADNA全新甲基化。引發(fā)因素可能包

15、括：全新甲基化。引發(fā)因素可能包括：uDNADNA本身的序列、成分和次級結(jié)構(gòu)。本身的序列、成分和次級結(jié)構(gòu)。uRNARNA根據(jù)序列同源性可能靶定的區(qū)域。根據(jù)序列同源性可能靶定的區(qū)域。u特定染色質(zhì)蛋白、組蛋白修飾或相當有序的染色質(zhì)特定染色質(zhì)蛋白、組蛋白修飾或相當有序的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。2021年年8月月18日日vDNA去甲基化l主動去甲基化主動去甲基化l復制相關的去甲基化復制相關的去甲基化l在復制過程中維持甲基化酶活性被關閉或維持甲基化酶在復制過程中維持甲基化酶活性被關閉或維持甲基化酶活性被抵制。活性被抵制。一、一、DNADNA甲基化甲基化2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日一、一、

16、DNADNA甲基化甲基化2021年年8月月18日日復制相關的復制相關的DNA去甲基化去甲基化2021年年8月月18日日Manel Esteller, nature, 20072021年年8月月18日日一、一、DNADNA甲基化甲基化2021年年8月月18日日DNADNA甲基化狀態(tài)的保持甲基化狀態(tài)的保持DNADNA主動去甲基化主動去甲基化DNADNA全新甲基化全新甲基化2021年年8月月18日日二、組蛋白修飾二、組蛋白修飾2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日二、組蛋白修飾二、組蛋白修飾v組蛋白修飾是表觀遺傳研究的重要內(nèi)容。組蛋白修飾是表觀遺傳研究的重要內(nèi)容。v組蛋白的組蛋白的 N

17、 N端是不穩(wěn)定的、無一定組織的亞單位端是不穩(wěn)定的、無一定組織的亞單位，其，其延伸至核小體以外，會受到不同的化學修飾，這種修延伸至核小體以外，會受到不同的化學修飾，這種修飾往往與基因的表達調(diào)控密切相關。飾往往與基因的表達調(diào)控密切相關。v被組蛋白覆蓋的基因如果要表達，首先要改變組蛋白被組蛋白覆蓋的基因如果要表達，首先要改變組蛋白的修飾狀態(tài)，使其與的修飾狀態(tài)，使其與DNADNA的結(jié)合由緊變松，這樣靶基因的結(jié)合由緊變松，這樣靶基因才能與轉(zhuǎn)錄復合物相互作用。因此，組蛋白是重要的才能與轉(zhuǎn)錄復合物相互作用。因此，組蛋白是重要的染色體結(jié)構(gòu)維持單元和基因表達的負控制因子。染色體結(jié)構(gòu)維持單元和基因表達的負控制因子

18、。2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日二、組蛋白修飾二、組蛋白修飾2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日二、組蛋白修飾二、組蛋白修飾v組蛋白修飾種類l乙?；阴；? - 一般與活化的染色質(zhì)構(gòu)型相關聯(lián)，乙?；抟话闩c活化的染色質(zhì)構(gòu)型相關聯(lián)，乙?；揎棿蠖喟l(fā)生在飾大多發(fā)生在H3H3、H4H4的的 Lys Lys 殘基上。殘基上。l甲基化甲基化- - 發(fā)生在發(fā)生在H3H3、H4H4的的 Lys Lys 和和 Asp Asp 殘基上，可以殘基上，可以與基因抑制有關，也可以與基因的激活相關，這往往與基因抑制有關，也可以與基因的激活相關，這往往取決于被修飾的位置和程度。取決于

19、被修飾的位置和程度。l磷酸化磷酸化- - 發(fā)生與發(fā)生與 Ser Ser 殘基，一般與基因活化相關。殘基，一般與基因活化相關。l泛素化泛素化- - 一般是一般是C C端端LysLys修飾，啟動基因表達。修飾，啟動基因表達。lSUMOSUMO（一種類泛素蛋白）化（一種類泛素蛋白）化- - 可穩(wěn)定異染色質(zhì)?？煞€(wěn)定異染色質(zhì)。l其他修飾其他修飾2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日二、組蛋白修飾二、組蛋白修飾Bryan M. Turner, nature cell biology, 2007v組蛋白中被修飾氨基酸的種類、位置和修飾類型被組蛋白中被修飾氨基酸的種類、位置和修飾類型被稱為組蛋白

20、密碼（稱為組蛋白密碼（histone codehistone code），遺傳密碼的），遺傳密碼的表觀遺傳學延伸，決定了基因表達調(diào)控的狀態(tài)，并表觀遺傳學延伸，決定了基因表達調(diào)控的狀態(tài)，并且可遺傳。且可遺傳。2021年年8月月18日日二、組蛋白修飾二、組蛋白修飾2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日三、染色質(zhì)重塑三、染色質(zhì)重塑v染色質(zhì)重塑（染色質(zhì)重塑（chromatin remodelingchromatin remodeling）是一個）是一個重要的表觀遺傳學機制。重要的表觀遺傳學機制。v染色質(zhì)重塑是由染色質(zhì)重塑復合物介導的一系染色質(zhì)重塑是由染色質(zhì)重塑復合物介導的一系列以染色質(zhì)上

21、核小體變化為基本特征的生物學列以染色質(zhì)上核小體變化為基本特征的生物學過程。過程。v組蛋白尾巴的化學修飾（乙酰化、甲基化及磷組蛋白尾巴的化學修飾（乙?；?、甲基化及磷酸化等）可以改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，從而影響鄰近酸化等）可以改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，從而影響鄰近基因的活性?；虻幕钚?。2021年年8月月18日日三、染色質(zhì)重塑三、染色質(zhì)重塑核小體2021年年8月月18日日三、染色質(zhì)重塑三、染色質(zhì)重塑v核小體定位是核小體在核小體定位是核小體在DNADNA上特異性定位的現(xiàn)象。上特異性定位的現(xiàn)象。v核小體核心核小體核心DNADNA并不是隨機的，其具備一定的定向并不是隨機的，其具備一定的定向特性。特性。v核小體定位機制：核

22、小體定位機制：l內(nèi)在定位機制：每個核小體被定位于特定的內(nèi)在定位機制：每個核小體被定位于特定的DNADNA片斷。片斷。l外在定位機制：內(nèi)在定位結(jié)束后，核小體以確定的長外在定位機制：內(nèi)在定位結(jié)束后，核小體以確定的長度特性重復出現(xiàn)。度特性重復出現(xiàn)。v核小體定位的意義：核小體定位的意義：l核小體定位是核小體定位是DNADNA正確包裝的條件。正確包裝的條件。l核小體定位影響染色質(zhì)功能。核小體定位影響染色質(zhì)功能。2021年年8月月18日日三、染色質(zhì)重塑三、染色質(zhì)重塑v重塑因子調(diào)節(jié)基因表達機制的假設有兩種: l機制機制1 1：一個轉(zhuǎn)錄因子獨立地與核小體：一個轉(zhuǎn)錄因子獨立地與核小體DNA DNA 結(jié)合結(jié)合(D

23、NA(DNA可以是核小體或核小體之間的可以是核小體或核小體之間的), ), 然后然后, , 這這個轉(zhuǎn)錄因子再結(jié)合一個重塑因子個轉(zhuǎn)錄因子再結(jié)合一個重塑因子, , 導致附近核小導致附近核小體結(jié)構(gòu)發(fā)生穩(wěn)定性的變化體結(jié)構(gòu)發(fā)生穩(wěn)定性的變化, , 又導致其他轉(zhuǎn)錄因子又導致其他轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合的結(jié)合, , 這是一個串聯(lián)反應的過程這是一個串聯(lián)反應的過程; ; （重建）（重建）l機制機制2 2：由重塑因子首先獨立地與核小體結(jié)合：由重塑因子首先獨立地與核小體結(jié)合, , 不改變其結(jié)構(gòu)不改變其結(jié)構(gòu), , 但使其松動并發(fā)生滑動但使其松動并發(fā)生滑動, , 這將導這將導 致轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合致轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合, , 從而使新形成的

24、無核小體的從而使新形成的無核小體的區(qū)域穩(wěn)定。區(qū)域穩(wěn)定。 （滑動）（滑動）2021年年8月月18日日三、染色質(zhì)重塑三、染色質(zhì)重塑染色質(zhì)修飾與重塑（共價修飾型與染色質(zhì)修飾與重塑（共價修飾型與ATPATP依賴型）依賴型）2021年年8月月18日日三、染色質(zhì)重塑三、染色質(zhì)重塑（A A）結(jié)合）結(jié)合（B B）松鏈）松鏈（C C）重塑）重塑八聚體轉(zhuǎn)移八聚體轉(zhuǎn)移八聚體滑動八聚體滑動+ ATP+ ATP重塑重塑復合物復合物ATPATP依賴的染色質(zhì)重構(gòu)機制依賴的染色質(zhì)重構(gòu)機制2021年年8月月18日日三、染色質(zhì)重塑三、染色質(zhì)重塑v邊界子( boundary elements)：相鄰基因間的物理隔離元件。也可稱為隔

25、離子( insulator elements)。v邊界子和隔離子的隔離功能 ：l封阻末梢增強子對啟動子的作用。封阻末梢增強子對啟動子的作用。 l防止染色質(zhì)位置效應（防止染色質(zhì)位置效應（CPECPE）。）。v由邊界子所確定的染色質(zhì)片斷是基因組調(diào)節(jié)的基本單位，其構(gòu)成染色質(zhì)的功能與或區(qū)室，這即是染色質(zhì)區(qū)室化。2021年年8月月18日日四、四、RNA調(diào)控調(diào)控v1995，RNAi現(xiàn)象首次在線蟲中發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)象首次在線蟲中發(fā)現(xiàn)。v1998，RNAi概念的首次提出。概念的首次提出。v1999，RNAi作用機制模型的提出。在線蟲、果蠅作用機制模型的提出。在線蟲、果蠅、擬南芥及斑馬魚等多種生物內(nèi)發(fā)現(xiàn)、擬南芥及斑馬魚

26、等多種生物內(nèi)發(fā)現(xiàn)RNAi現(xiàn)象?，F(xiàn)象。v2001，RNAi技術成功誘導培養(yǎng)的哺乳動物細胞基技術成功誘導培養(yǎng)的哺乳動物細胞基因沉默現(xiàn)象。因沉默現(xiàn)象。RNAi 技術被技術被Science評為評為2001年度的十大科技進展之一。年度的十大科技進展之一。v至今，蓬勃發(fā)展，成為分子生物學領域最為熱門至今，蓬勃發(fā)展，成為分子生物學領域最為熱門的方向之一。的方向之一。2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日四、四、RNA 調(diào)控調(diào)控vRNA干擾（干擾（RNAi）作用是生物體內(nèi)的一種通過）作用是生物體內(nèi)的一種通過雙鏈雙鏈RNA分子在分子在mRNA水平上誘導特異性序列基水平上誘導特異性序列基因沉默的過程

27、。因沉默的過程。v由于由于RNAi發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后水平，所以又稱為轉(zhuǎn)錄后發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后水平，所以又稱為轉(zhuǎn)錄后基因沉默（基因沉默（post-transcriptional gene silencing, PTGS ）。）。vRNA干擾是一種重要而普遍表觀遺傳的現(xiàn)象。干擾是一種重要而普遍表觀遺傳的現(xiàn)象。2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日四、四、RNA 調(diào)控調(diào)控 siRNAvsiRNA結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：21-23nt的雙鏈結(jié)構(gòu)，序列與靶的雙鏈結(jié)構(gòu)，序列與靶mRNA有同源性，雙鏈兩端各有有同源性，雙鏈兩端各有2個突出非配對的個突出非配對的3堿基。堿基。vsiRNA功能：是功能：是RNAi 作用的

28、重要組分，是作用的重要組分，是RNAi發(fā)生的中介分子。內(nèi)源性發(fā)生的中介分子。內(nèi)源性siRNA是細胞能夠抵御是細胞能夠抵御轉(zhuǎn)座子、轉(zhuǎn)基因和病毒的侵略。轉(zhuǎn)座子、轉(zhuǎn)基因和病毒的侵略。2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日四、四、RNA 調(diào)控調(diào)控2021年年8月月18日日siRNA介導的介導的RNAi2021年年8月月18日日四、四、RNA 調(diào)控調(diào)控vsiRNAi 的特點：的特點：l高效性和濃度依賴性高效性和濃度依賴性l特異性特異性l位置效應位置效應l時間效應時間效應l細胞間細胞間RNAi的可傳播性的可傳播性l多基因參與及多基因參與及ATP依賴性依賴性2021年年8月月18日日2021年

29、年8月月18日日四、四、RNA 調(diào)控調(diào)控 miRNAv結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：21-25nt長的單鏈小分子長的單鏈小分子RNA ，5端有一個磷端有一個磷酸基團，酸基團，3端為羥基，由具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的約端為羥基，由具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的約70-90個堿個堿基大小的單鏈基大小的單鏈RNA前體經(jīng)過前體經(jīng)過Dicer酶加工后生成。酶加工后生成。v特點：具有高度的保守性、時序性和組織特異性特點：具有高度的保守性、時序性和組織特異性 。v功能：功能：2021年年8月月18日日2021年年8月月18日日四、四、RNA 調(diào)控調(diào)控2021年年8月月18日日siRNA介導的介導的RNAi2021年年8月月18日日四、四、RNARNA調(diào)

30、控調(diào)控2021年年8月月18日日 相同點相同點/ /聯(lián)系點聯(lián)系點siRNAsiRNAmiRNAmiRNA長度及特征長度及特征都約在都約在22nt22nt左右，左右，55端是磷酸基，端是磷酸基，3 3端是羥基端是羥基合成的底物合成的底物miRNAmiRNA和和siRNAsiRNA合成都是由雙鏈的合成都是由雙鏈的RNARNA或或RNARNA前體形成的前體形成的DicerDicer酶酶依賴依賴DicerDicer酶的加工，是酶的加工，是DicerDicer的產(chǎn)物，所以具有的產(chǎn)物，所以具有DicerDicer產(chǎn)物產(chǎn)物的特點的特點ArgonauteArgonaute家族蛋白家族蛋白都需要都需要Argon

31、auteArgonaute家族蛋白參與家族蛋白參與RISCRISC組分組分二者都是二者都是RISCRISC組分，所以其功能界限變得不清晰，如二者組分，所以其功能界限變得不清晰，如二者在介導沉默機制上有重疊；產(chǎn)生了在介導沉默機制上有重疊；產(chǎn)生了on targeton target和和off targetoff target的問題的問題作用方式作用方式都可以阻遏靶標基因的翻譯，也可以導致都可以阻遏靶標基因的翻譯，也可以導致mRNAmRNA降解，即在降解，即在轉(zhuǎn)錄水平后和翻譯水平起作用轉(zhuǎn)錄水平后和翻譯水平起作用進化關系進化關系可能的兩種推論：可能的兩種推論：siRNAsiRNA是是miRNAmiRN

32、A的補充，的補充，miRNAmiRNA在進化過程在進化過程中替代了中替代了siRNAsiRNA 四、四、RNA 調(diào)控調(diào)控不同點/分歧點siRNAmiRNA機制性質(zhì)往往是外源引起的，如病毒感染和人工插入dsRNA之后誘導而產(chǎn)生，屬于異常情況是生物體自身的一套正常的調(diào)控機制直接來源長鏈dsRNA發(fā)夾狀pre-miRNA分子結(jié)構(gòu)siRNA是雙鏈RNA，3端有2個非配對堿基，通常為UUmiRNA是單鏈RNA對靶RNA特異性較高，一個突變?nèi)菀滓餜NAi沉默效應的改變相對較低，一個突變不影響miRNA的效應作用方式RNAi途徑miRNA途徑生物合成，成熟過程由dsDNA在Dicer酶切割下產(chǎn)生;發(fā)生在細

33、胞質(zhì)中pri-miRNA在核內(nèi)由一種稱為Drosha酶處理后成為60nt的帶有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的Precursor miRNAs (pre-miRNAs)；這些pre-miRNAs在轉(zhuǎn)運到細胞核外之后再由Dicer酶進行處理，酶切后成為成熟的miRNAs；發(fā)生在細胞核和細胞質(zhì)中Argonaute (AGO) 蛋白質(zhì)各有不同的AGO蛋白質(zhì)各有不同的AGO蛋白質(zhì)互補性（complementarity）一般要求完全互補不完全互補，存在錯配現(xiàn)象RISCs的分子量不同(Martinez and Tuschl, 2004; Martinez et al., 2002; Nykanen et al., 2001;

34、Pham et al., 2004)siRISCsmiRISCs/miRNP各自的生物學功能不同抵抗病毒的防御機制(Pfeffer et al., 2004; Ding et al., 2004)；沉默那些過分表達的mRNA；保護基因組免受轉(zhuǎn)座子的破壞(Mello and Conte, Jr., 2004; Hannon, 2002; Tabara et al., 1999)-9；對有機體的生長發(fā)育有重要作用(Rhoades et al., 2002)重要特性高度特異性高度的保守性、時序性和組織特異性作用機制單鏈的siRNA結(jié)合到RISC復合物中，引導復合物與mRNA完全互補，通過其自身的解旋

35、酶活性，解開siRNAs，通過反義siRNA鏈識別目的mRNA片段，通過內(nèi)切酶活性切割目的片段，接著再通過細胞外切酶進一步降解目的片段。同時，siRNA也可以阻遏3UTR具有短片斷互補的mRNA的翻譯（off target）。成熟的miRNAs則是通過與miRNP核蛋白體復合物結(jié)合，識別靶mRNA，并與之發(fā)生部分互補，從而阻遏靶mRNA的翻譯。在動物中，成熟的單鏈miRNAs與蛋白質(zhì)復合物miRNP結(jié)合，引導這種復合物通過部分互補結(jié)合到mRNA的3UTR（非編碼區(qū)域），從而阻遏翻譯。除此之外，miRNA也可以切割完全互補的mRNA。加工過程siRNA對稱地來源于雙鏈RNA的前體的兩側(cè)臂miRN

36、A是不對稱加工，miRNA僅是剪切pre-miRNA的一個側(cè)臂，其他部分降解。對RNA的影響降解目標mRNA；影響mRNA的穩(wěn)定性在RNA代謝的各個層面進行調(diào)控；與mRNA的穩(wěn)定性無關作用位置siRNA可作用于mRNA的任何部位miRNA主要作用于靶標基因3-UTR區(qū)生物學意義siRNA不參與生物生長，是RNAi的產(chǎn)物，原始作用是抑制轉(zhuǎn)座子活性和病毒感染miRNA主要在發(fā)育過程中起作用，調(diào)節(jié)內(nèi)源基因表達不同點/分歧點siRNAmiRNA2021年年8月月18日日五、其他表觀遺傳機制五、其他表觀遺傳機制v除除DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、和甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、和RNA調(diào)控以外

37、，還有遺傳印跡、調(diào)控以外，還有遺傳印跡、X染色體失活、染色體失活、轉(zhuǎn)座、負突變等。轉(zhuǎn)座、負突變等。v遺傳印跡、遺傳印跡、X染色體失活的本質(zhì)仍為染色體失活的本質(zhì)仍為DNA甲基化甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑。、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑。2021年年8月月18日日遺遺 傳傳 印印 跡跡2021年年8月月18日日v概念：概念：l或稱親本印跡（或稱親本印跡（parent imprinting）l是指基因組在傳遞遺傳信息的過程中，通過基因組的是指基因組在傳遞遺傳信息的過程中，通過基因組的化學修飾（化學修飾（DNA的甲基化；組蛋白的甲基化、乙酰化、的甲基化；組蛋白的甲基化、乙?；?、磷酸化、泛素化等）而使基因或磷酸化、泛素化等）而使基因或DNA片段被標識的過片段被標識的過程。程。v特點：特點：l基因組印跡依靠單親傳遞某種性狀的遺傳信息，被印基因組印跡依靠單親傳遞某種性狀的遺傳信息，被印跡的基因會隨著其來自父源或母源而表現(xiàn)不同，即源跡的基因會隨著其來自父源或母源而表現(xiàn)不同，即源自雙親的兩個等位基因中一個不表達或表達很弱。自雙親的兩個等位基因中一個不表達或表達很弱。l不遵循孟德爾定律，是一種典型的非孟德爾遺傳，正不遵循孟德爾定律，是一種典型的非孟德爾遺傳，正反交結(jié)果不同。反交結(jié)果不同。2021年年8月