DNA甲基化在轉(zhuǎn)錄起始發(fā)揮的作用課件

1、DNA甲基化在轉(zhuǎn)錄起始發(fā)揮的作用第六組 ：吳密 鐘亮晶 雷雨田 宋學(xué)友 吳玲表觀遺傳學(xué)DNA甲基化CpG島研究進(jìn)展一、表觀遺傳學(xué)基因型相同現(xiàn)象1：一個生物體的不同組織基因表達(dá)模式截然不同表達(dá)模式迥異基因環(huán)境表型 什么是表觀遺傳學(xué)？ 表觀遺傳學(xué)：表觀遺傳學(xué)是研究基因的核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下，基因表達(dá)了可遺傳的變化的一門遺傳學(xué)分支學(xué)科。 基因序列無變化 基因功能發(fā)生變化 可遺傳并且是可逆的 表觀遺傳學(xué)研究對象： DNA甲基化 組蛋白修飾 RNA調(diào)控（RNA干擾，microRNA, long non-coding RNA等)表觀遺傳學(xué)研究對象 DNA甲基化 組蛋白修飾 RNA調(diào)控（RNA干擾，

2、microRNA, long non-coding RNA等) 二、 DNA甲基化DNA甲基化的概念及機(jī)理DNA甲基化是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，在基因組CpG島的CpG二核苷酸的胞嘧啶5碳位共價鍵結(jié)合一個甲基基團(tuán)。 作用：是哺乳動物基因表達(dá)調(diào)控的主要形式。DNA甲基化特點(diǎn)：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)胞或個體世代間遺傳；是基因表達(dá)的改變;沒有DNA序列的變化，或不能用DNA序列變化來解釋。A: 未甲基化或低度甲基化的啟動子能夠允許轉(zhuǎn)錄正常進(jìn)行。B: 甲基化的CpGs阻止轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，因此阻止轉(zhuǎn)錄。C: MBP ( Me-CpG binding protein )

3、也阻止轉(zhuǎn)錄因子和啟動子區(qū)的結(jié)合。其他，如改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，基因啟動子甲基化可抑制轉(zhuǎn)錄因子在基因啟動子區(qū)域的結(jié)合，從而導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄水平的下降DNA 修復(fù)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)癌基因代謝 凋亡分化細(xì)胞周期DNA甲基化DNA甲基化的功能DNA甲基化組蛋白翻譯后修飾RNA機(jī)制CpG島（CpG Island）CpG島（CpG Island）：GC含量可bp達(dá)60%，長度為300-3000bp的區(qū)段。CpG島的結(jié)構(gòu)特征：一般以12kb的DNA長度范圍內(nèi)，（GC）含量超過60（正常的為20），并有高濃度的CpG二核苷酸，高出平均水平1020倍。CG島通常是一些稀有的內(nèi)切酶的切點(diǎn)，如果基因組中這種限制位點(diǎn)的緊密成簇，則

4、表明含有CG島，然后進(jìn)行Southern印跡可鑒定基因。人基因組內(nèi)有45000個CpG島，其中16000個在Alu序列中，還存在29000個CpG島;組成型表達(dá)的基因中100含有CpG，在組織特異性表達(dá)的基因中40有CpG。沒有甲基化的C極易變成U而被修復(fù)，甲基化C脫氨基后形成T，因此CpG序列容易丟失。在兩個CpG島之間有810堿基的重復(fù)序列，該序列決定了甲基化發(fā)生的地點(diǎn)。用組蛋白Hl與含CCGG序列的甲基化和非甲基化DNA實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：甲基化達(dá)到一定程度時會發(fā)生從常規(guī)的B-DNA向Z-DNA的過渡。又由于Z-DNA結(jié)構(gòu)收縮，螺旋加深，使許多蛋白質(zhì)因子賴以結(jié)合的元件縮入大溝而不利于基因轉(zhuǎn)錄的起

5、始。DNA甲基化導(dǎo)致某些區(qū)域DNA構(gòu)象變化，影響蛋白質(zhì)與DNA的相互作用；抑制轉(zhuǎn)錄因子與啟動區(qū)DNA的結(jié)合效率。用序列相同但甲基化水平不同的DNA為材料，比較其作為RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄模板的活性，發(fā)現(xiàn)甲基的引入不利于模板與RNA聚合酶的結(jié)合，降低了其體外轉(zhuǎn)錄活性。5-甲基胞嘧啶在DNA上并不是隨機(jī)分布的，基因的5端和3端往往富含甲基化位點(diǎn)，而啟動區(qū)DNA分子上的甲基化密度與基因轉(zhuǎn)錄受抑制的程度密切相關(guān).CpG甲基化形成機(jī)制：甲基化酶：Dam甲基化酶：催化GATC中的A甲基化（原核）Dcm甲基化酶：催化CCGG中2位C甲基化（原核，JM109,HB101）真核生物甲基化酶：CpG的C形成5甲基胞嘧啶

6、維持甲基化酶（maintenance DNA methyltransferase) (dnmt1) :在甲基化雙鏈中只有親代是甲基化的，而子代為非甲基化。此酶識別親代甲基化位點(diǎn)，催化子代甲基化；對半甲基化的全甲基化催化效率非常高。一旦突變，導(dǎo)致全基因組去甲基化，引發(fā)胚胎死亡重新甲基化酶（de novo DNA methyltransferase)（dnmt3a和dnmt3b):使沒有甲基化的雙鏈發(fā)生甲基化；使早期胚胎發(fā)生重新甲基化；dnmt3b突變引發(fā)著絲粒不穩(wěn)定，面部畸形和致死性免疫缺陷。CpG島影響基因轉(zhuǎn)錄的機(jī)制直接抑制轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，如HAT（組蛋白乙酰化酶）、CA（輔助激活因子）、TF（基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子）；對甲基化敏感的TF有：AP-2,E2F,NFkB;不敏感的有Sp1?；虮磉_(dá)時需要核小體松散、組蛋白乙?；?，這樣可以吸引HAT、CA、TF等轉(zhuǎn)錄因子與DNA結(jié)合而啟動轉(zhuǎn)錄。但CpG甲基化后，結(jié)合5甲基胞嘧啶結(jié)合蛋白（如MBD1,MBD2,MBD3T,MBD4,Mecp2等，methylcytosine-