表觀遺傳學(xué)考試復(fù)習(xí)

1、一、名詞解釋 表觀遺傳 DNA序列不發(fā)生改變但基因表達(dá)卻發(fā)生了變化的一種有別于傳統(tǒng)遺傳學(xué)的遺傳方式，主要原因包括：（1）基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控，包括DNA甲基化，基因印記，組蛋白共價(jià)修飾，染色質(zhì)重塑；（2）基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控，包含基因組中非編碼的RNA，如miRNA，siRNA等。劑量補(bǔ)償效應(yīng)在生物的性別決定機(jī)制中，性連鎖基因在兩種性別中有相等或近乎相等的有效劑量的遺傳效應(yīng)，即在雌性和雄性細(xì)胞里，由X染色體基因編碼產(chǎn)生的酶或其他蛋白質(zhì)產(chǎn)物在數(shù)量上相等或近乎相等。染色質(zhì)重塑基因表達(dá)調(diào)控過程中所出現(xiàn)的一系列染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化和位置改變的總稱，研究?jī)?nèi)容包括基因表達(dá)的復(fù)制和重組等過程中，染色質(zhì)的包裝狀態(tài)，

2、核小體中的組蛋白以及對(duì)應(yīng)的DNA分子發(fā)生改變的分子機(jī)理。RNA干擾生物體內(nèi)通過雙鏈RNA分子在mRNA水平上誘導(dǎo)具有特異性序列的轉(zhuǎn)錄后基因沉默的過程（如miRNA，siRNA等），是表觀遺傳學(xué)中的一種重要現(xiàn)象。CpG 島 基因組中富含CpG的區(qū)域，長(zhǎng)度500 1000bp，GC含量超過55%，常分布在持家基因和一些組織表達(dá)特異性基因的啟動(dòng)子區(qū)域，其中70% 的C是甲基化的，但總的來說G+C豐富的CpG島是非甲基化的。CpG島區(qū)域序列可以被HpaII酶(CCGG) 切成小片段，因此也叫HTF 島。CpG島在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程中有重要作用，例如啟動(dòng)子區(qū) CpG被甲基化時(shí)轉(zhuǎn)錄是受抑制的。Histone

3、 Crosstalk 組蛋白的不同化學(xué)修飾之間相互作用，不僅表現(xiàn)為同種組蛋白不同殘基的一種修飾能加速或抑制另一修飾的發(fā)生，并且在影響其他組蛋白殘基的同時(shí)，也受到另外組蛋白殘基修飾的調(diào)節(jié)。泛素化修飾 組蛋白賴氨酸殘基與泛素分子羧基末端的甘氨酸相互結(jié)合，可能會(huì)改變底物的結(jié)構(gòu)，參與內(nèi)吞作用、組蛋白的活性、DNA 修復(fù)等過程等。組蛋白的泛素化修飾則會(huì)招募核小體到染色體、參與X染色體失活、影響組蛋白甲基化和基因的轉(zhuǎn)錄。SUMO 修飾 小泛素相關(guān)修飾物(small ubiquitin related modifier, SUMO )，是一種ATP依賴的小蛋白的共價(jià)修飾，通常發(fā)生在賴氨酸(K)上，其生物學(xué)功

4、能包括：轉(zhuǎn)錄沉默、抑制組蛋白的乙?；?。組蛋白密碼 組蛋白在翻譯后的修飾中會(huì)發(fā)生改變，從而提供一種識(shí)別的標(biāo)志，為其他蛋白與DNA結(jié)合產(chǎn)生協(xié)同或拮抗效應(yīng)，這種動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄調(diào)控成分稱為組蛋白密碼。一種假說認(rèn)為是通過下游效應(yīng)蛋白特異的識(shí)別和解譯這種修飾來完成組蛋白密碼的解讀，在基因的功能預(yù)測(cè)與研究中有重要作用。印記缺失 印記基因簇中某個(gè)基因的表達(dá)或不表達(dá)使得印記基因的表達(dá)不再受到抑制從而失去了印記基因的特性，這樣的一種現(xiàn)象即稱為印記缺失，例如刪除DMR 序列將導(dǎo)致Air不表達(dá)，從而失去了Air對(duì)印記基因的抑制作用，繼而印記丟失。二、簡(jiǎn)答題 1. 簡(jiǎn)述表觀遺傳學(xué)的特點(diǎn)及其與遺傳學(xué)的關(guān)系。 表觀遺傳學(xué)的特點(diǎn)：

5、（1）可遺傳的，即這類改變通過有絲分裂或減數(shù)分裂，能在細(xì)胞或個(gè)體世代間遺傳；（2）可逆性的基因表達(dá)調(diào)節(jié)；（3）沒有DNA序列的改變或不能用DNA序列變化來解釋。與遺傳學(xué)的聯(lián)系：傳統(tǒng)遺傳學(xué)認(rèn)為基因決定著生命過程中所需要的各種蛋白質(zhì)，決定著生命體的表型，但現(xiàn)實(shí)生活中存在一些現(xiàn)象（如同卵雙生、染色體上基因的位置效應(yīng)、X染色體的劑量補(bǔ)償效應(yīng)）則說明在相應(yīng)的基因堿基序列沒有發(fā)生變化的情況下，一些生物體的表型能夠發(fā)生改變。這些現(xiàn)象無法用傳統(tǒng)遺傳學(xué)來解釋，由此延伸出了表觀遺傳學(xué)。經(jīng)典遺傳和表觀遺傳具有共同的理論基礎(chǔ)，既相互區(qū)別又相互依存構(gòu)成一個(gè)整體，人類基因組就含有兩類信息：（1）遺傳學(xué)信息：提供了合成生命

6、所必需蛋白質(zhì)的模板及合成包括表觀遺傳學(xué)修飾在內(nèi)的各種蛋白質(zhì)的藍(lán)圖；（2）表觀遺傳學(xué)信息：調(diào)控著適當(dāng)?shù)囊唤M表達(dá)基因及其表達(dá)的程度，即提供了何時(shí)、何地以及如何應(yīng)用上述遺傳學(xué)信息指令。2. 簡(jiǎn)述基于重亞硫酸鹽轉(zhuǎn)化的DNA甲基化的檢測(cè)方法 。 利用重亞硫酸鹽處理, 將沒有甲基化保護(hù)的胞嘧啶轉(zhuǎn)化為尿嘧啶, DNA序列就發(fā)生了相應(yīng)的變化，隨后通過基因測(cè)序、甲基特異性的PCR擴(kuò)增、PCR反應(yīng)后限制性內(nèi)切酶消化法等可以判斷CpG位點(diǎn)是否發(fā)生甲基化，并通過檢測(cè)未轉(zhuǎn)化胞嘧啶的比例, 可以測(cè)定甲基化程度。 3. 哺乳動(dòng)物DNA甲基轉(zhuǎn)移酶分類 。 根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能分成3大類：C末端是高度保守的催化結(jié)構(gòu)域，參與DNA甲基

7、轉(zhuǎn)移反應(yīng)；N端調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域，介導(dǎo)細(xì)胞核內(nèi)定位，調(diào)節(jié)與其它蛋白的相互作用。根據(jù)其催化反應(yīng)的類型也可分為：（1）維持甲基化酶作用于半甲基化位點(diǎn)；（2）重新甲基化酶催化非甲基化的DNA。 4. 列舉DNA去甲基化的方式 。 5. 精氨酸甲基化的去除方式 。 （1）肽基精氨酸去亞胺基酶：蛋白質(zhì)內(nèi)單甲基化的精氨酸脫去甲基和亞胺基，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為瓜氨酸，過程常被稱為去亞胺基化或瓜氨酸化；（2）精氨酸去甲基化酶：包含磷酸化絲氨酸受體，依賴于Fe2+和-酮戊二酸的雙加氧酶，它們能以 -酮戊二酸和O2作為反應(yīng)物，將底物上的甲基轉(zhuǎn)化為甲醛釋放。 6. 簡(jiǎn)述H2B 的泛素化調(diào)控GAL1 基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)理 H2B 的泛素化/

8、去泛素化可以平衡組蛋白H3K4和H3K36之間的甲基化水平，而組蛋白甲基化會(huì)通過改變核小體的結(jié)構(gòu)來調(diào)控基因的表達(dá)。 7. RNAi 參與異染色質(zhì)形成的機(jī)理 （1）重復(fù)片段的雙鏈的相對(duì)的啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄，形成dsRNA；（2）由Dicer切割成siRNAs；（3）siRNAs與RITS結(jié)合，募集Clr4 HKMT并導(dǎo)致隨后的H3K9甲基化。Swi6 (HP1類似物)隨后結(jié)合上來并導(dǎo)致H3K9甲基化的擴(kuò)散引起與其配對(duì)的同源DNA的沉默；（4）招募異染色質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)，異染色質(zhì)形成。8. 印記基因分類及主要功能 印記基因分類：（1）父系印記基因：來自父系的等位基因的表達(dá)被抑制而來自母系的等位基因表達(dá)；（2）

9、母系印記基因：來自母系的等位基因的表達(dá)被抑制而來自父系的等位基因表達(dá)。印記基因主要功能是對(duì)胚胎和新生兒生長(zhǎng)的控制作用，父系印記基因的表達(dá)能夠促進(jìn)胎兒的生長(zhǎng)以及營(yíng)養(yǎng)的攝取，增強(qiáng)胚胎發(fā)育能力，能夠延續(xù)基因的存在；而母系印記基因的表達(dá)能夠抑制胎兒的生長(zhǎng)，減少營(yíng)養(yǎng)的開支，從而提高生育后代的數(shù)量，延續(xù)自己的基因；印記實(shí)際上是調(diào)節(jié)母體和胚胎營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交流和分配的手段，其意義可能在于阻止哺乳動(dòng)物孤雌發(fā)育。9. 簡(jiǎn)述印記擦除和重建 印記是在配子中建立的，因此卵子和精子已經(jīng)攜帶了有印記的染色體（第一代印記）。受精后胚胎成為二倍體，胚胎、膜、胎盤和成體中細(xì)胞不斷分裂，印記依然保持在相同的親本染色體上。生殖細(xì)胞是在胚

10、胎性腺中形成的，僅在這些細(xì)胞中，印記會(huì)在性別決定之前被擦除,胚胎期11.5-12.5天，原始生殖細(xì)胞基因組印記被擦除。先擦除后重建。雄配子印記建立時(shí)間，此時(shí)卵母細(xì)胞正處于生長(zhǎng)階段。當(dāng)胚胎發(fā)育成雄性，性腺分化成睪丸，產(chǎn)生單倍體精子，它們?cè)谌旧w上獲得了父源印記。類似的，在雌性發(fā)育時(shí)，卵子中染色體得到母源印記（第二代印記）。三、問答題 1. 簡(jiǎn)述siRNA 和miRNA的異同點(diǎn)。 相同點(diǎn)：（1）二者的長(zhǎng)度都約是20-25nt左右；（2）都由雙鏈的RNA或RNA前體形成；（3）二者都依賴Dicer酶的加工，產(chǎn)物的特點(diǎn)：5端帶磷酸，3端均有2個(gè)突出的堿基；（4）二者都是RISC（RNA induced

11、 silencing complex)組成；（5）它們?cè)谵D(zhuǎn)錄后水平干擾以抑制靶標(biāo)基因的翻譯。不同點(diǎn)：（1）起源階段上siRNAs通常是外源的，如病毒感染的外源性轉(zhuǎn)錄基因或人工合成的dsRNA通過轉(zhuǎn)染進(jìn)入，而miRNAs是內(nèi)源性的，在基因組中有固定的基因座位，是一種非編碼的RNA；由miRNA基因表達(dá)出最初的pri-miRNA分子；（2）成熟過程上siRNAs直接來源是長(zhǎng)鏈的dsRNA經(jīng)過Dicer酶切割形成雙鏈siRNA,每個(gè)前體dsRNA能夠切割成不定數(shù)量的siRNA 片段，而miRNAs在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄的較大的pri-miRNA經(jīng)由Drosha(RNAse酶)和伴侶蛋白加工成為單鏈pre-m

12、iRNA；發(fā)夾狀、部分互補(bǔ)的pre-miRNA在細(xì)胞質(zhì)中被Dicer（RNAse酶）酶切割形成miRNA；（3）功能階段上siRNAs與RISC（RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物，使用AGO蛋白家族AGO2 ）結(jié)合，以RNAi途徑行使功能，即通過與序列互補(bǔ)的靶標(biāo)mRNA完全結(jié)合（與編碼區(qū)結(jié)合），從而降解mRNA以達(dá)到抑制蛋白質(zhì)翻譯的目的；它通常用于沉默外源病毒、轉(zhuǎn)座子活性，而miRNAs與RISC形成復(fù)合體(利用AGO1)后與靶標(biāo)mRNA通常發(fā)生不完全結(jié)合，并且結(jié)合的位點(diǎn)是mRNA的非編碼區(qū)的3 端；它不會(huì)降解靶標(biāo)mRNA，而只是阻止mRNA的翻譯；miRNA能夠調(diào)節(jié)與生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)的基因。2. 表觀遺傳

13、調(diào)控的分子機(jī)制有哪些及其發(fā)揮作用的原理。 分子機(jī)制發(fā)揮作用的原理DNA甲基化干擾轉(zhuǎn)錄因子對(duì)DNA元件的識(shí)別和結(jié)合；將轉(zhuǎn)錄因子的DNA識(shí)別序列轉(zhuǎn)變?yōu)樽枰治锏淖R(shí)別序列；DNA 甲基化有利于招募染色質(zhì)重塑或修飾因子組蛋白乙酰化中和賴氨酸的正電荷，C=O具有一定的負(fù)電，能夠增加與DNA的斥力，使得DNA結(jié)構(gòu)變得疏松組蛋白甲基化增加賴氨酸上的疏水力組蛋白磷酸化凝縮復(fù)合物的適當(dāng)募集和紡錘體的正確組裝；招募其他蛋白質(zhì)組蛋白泛素化賴氨酸殘基與泛素分子羧基末端的甘氨酸相互結(jié)合，招募核小體到染色體、參與X染色體失活、影響組蛋白甲基化和基因的轉(zhuǎn)錄。組蛋白SUMO化SUMO基團(tuán)與賴氨酸殘基結(jié)合，抑制組蛋白的乙酰化si

14、RNA與RISC（RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物，使用AGO蛋白家族AGO2 ）結(jié)合，以RNAi途徑行使功能，即通過與序列互補(bǔ)的靶標(biāo)mRNA完全結(jié)合（與編碼區(qū)結(jié)合），從而降解mRNA以達(dá)到抑制蛋白質(zhì)翻譯的目的miRNA與RISC形成復(fù)合體(利用AGO1)后與靶標(biāo)mRNA通常發(fā)生不完全結(jié)合以達(dá)到阻止mRNA的翻譯的目的染色質(zhì)重塑通過組蛋白相關(guān)修飾改變單個(gè)核小體結(jié)構(gòu)、位置和染色質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)來調(diào)控基因的表達(dá)。而核小體去除有利于相關(guān)蛋白因子的進(jìn)入和與其識(shí)別位點(diǎn)的結(jié)合，從而保證了蛋白因子（如轉(zhuǎn)錄因子）易于接近染色質(zhì)模板。3. 研究證實(shí)早期的經(jīng)歷與個(gè)體成年以后的生理、心理健康密切相關(guān)，請(qǐng)利用表觀遺傳學(xué)原理分析早期

15、經(jīng)歷是如何對(duì)個(gè)體成年后行為造成持久影響的？（可以以母鼠對(duì)小鼠照顧能力的差異導(dǎo)致子鼠成年后環(huán)境應(yīng)激反應(yīng)差異為例進(jìn)行分析）。 4. 分析SIRT1 在Caloric restriction (CR)中的分子信號(hào)通路 Caloric restriction (CR)：卡路里限制是指在保證機(jī)體基本營(yíng)養(yǎng)需求前提下，降低機(jī)體 30%40%的能量攝入，可延緩隨年齡增大易發(fā)生的疾病和癌癥，延長(zhǎng)壽命。Bax是線粒體凋亡蛋白，可以在線粒體上打洞，從而引發(fā)線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡通路。一般情況下Bax與Ku70結(jié)合，受到某些促進(jìn)細(xì)胞凋亡的信號(hào)時(shí)，Ku70被乙酰化，釋放Bax ，游離Bax 穿入線粒體，引起細(xì)胞凋亡。在卡

16、路里限制的條件下，SIRT1 蛋白質(zhì)表達(dá)增加，此蛋白會(huì)促進(jìn)Ku70去乙?；?，從而使Bax的釋放受到抑制，細(xì)胞凋亡就會(huì)延遲，從而使個(gè)體“延年益壽”。5. 簡(jiǎn)述印記的判讀機(jī)制 （1）通過 CpG島或者啟動(dòng)子的差異甲基化來實(shí)現(xiàn) （2）差異性的將沉默因子結(jié)合到順式沉默元件上 （3）差異性的甲基化邊界元件/絕緣子，例如CCCTC-binding factor (CTCF) 能夠與未甲基化的等位基因結(jié)合，從而阻斷上游啟動(dòng)子與下游增強(qiáng)子之間的聯(lián)系，從而使得上游基因的轉(zhuǎn)錄被抑制。 （4）反義轉(zhuǎn)錄本與CpG島或啟動(dòng)子的甲基化聯(lián)合作用機(jī)制，沉默機(jī)制：RNAi；轉(zhuǎn)錄干擾6. 簡(jiǎn)述線蟲劑量補(bǔ)償 調(diào)節(jié)性別決定和劑量補(bǔ)償

17、通路中的首要基因xol-1被認(rèn)為是一個(gè)主要的控制基因，它的活性是由X: A的比值決定，并進(jìn)而決定這一通路是導(dǎo)致雄性還是雌雄同體發(fā)育。XOL-1是sdc基因（sdc指性別決定和劑量補(bǔ)償缺陷，sex determination and dosage compensation defective）的負(fù)調(diào)節(jié)因子。sdc基因編碼 DCC（劑量補(bǔ)償復(fù)合物）的組分并調(diào)節(jié)her-1 (her指XO線蟲的雌雄同體化，hermaphroditization）性別決定基因。在XO胚胎中，X: A比值為0.5,導(dǎo)致XOL-1蛋白的高水平和SDC蛋白的低水平；DCC不組裝，劑量補(bǔ)償就不能發(fā)生，導(dǎo)致雄性性別發(fā)育。在XX胚胎中，X: A比值為1，導(dǎo)致XOL-1蛋白的低水平和SDC的高水平；DCC得以組裝，發(fā)生劑量補(bǔ)償效應(yīng)，繼而抑制her-1的表達(dá)，導(dǎo)致雌雄同體性別發(fā)育。X信號(hào)元件（XSE ）和常染色體信號(hào)元件（ASE ）在調(diào)節(jié)XOL-1水平時(shí)可能發(fā)揮作用，以及隨后的性別分化和劑量補(bǔ)償復(fù)合物的組裝，后者在雌雄同體中雙倍下調(diào)X 連鎖基因的表達(dá)水平。 7. 簡(jiǎn)述組蛋白的修飾類型及相應(yīng)的酶類、導(dǎo)致的分子效應(yīng)和生物學(xué)功能。組蛋白修飾類型相應(yīng)的酶分子效應(yīng)生物學(xué)功能乙?；疕AT中和賴氨酸的正電荷，C=O具有一定的負(fù)電，能夠增加與DNA的斥力，使得DNA結(jié)構(gòu)變得疏松基因轉(zhuǎn)錄活化；DNA損傷修復(fù)甲基化HKMT，PRMT增