表觀遺傳與疾病的課件

什么是表觀遺傳？2.表觀遺傳是研究什么的？3.表觀遺傳和傳統(tǒng)的遺傳是什么關系？4.基因表達的轉(zhuǎn)錄調(diào)控什么是表觀遺傳？1小結(jié)表觀遺傳的主要形式是：DNAmethylation,histonemodifications,andnon-codingRNAs表觀遺傳與遺傳的關系：１。直接修飾ＤＮＡ而控制基因表達２。通過修飾組蛋白來調(diào)節(jié)染色體的重塑來控制基因表達３。ncRNAs降解mRNA或者阻斷mRNA的翻譯遺傳（ＤＮＡ）是根本，表觀遺傳是通過調(diào)控基因的表達來顯示它的作用的，是對中心法則的重要補充。意義：表觀遺傳的異常，會導致基因的異常表達，導致染色體的結(jié)構(gòu)的改變，從而導致錯綜負責的各類疾病。與ＤＮＡ突變不同，許多表觀遺傳修飾是可逆的，這就為疾病的治療帶來樂觀的前景小結(jié)表觀遺傳的主要形式是：DNAmethylation,2表觀遺傳的定義Epigeneticsisreferredtoheritabletraits(overroundsofcelldivisionandsometimestransgenerationally)thatdonotinvolvechangestotheunderlyingDNAsequence.在ＤＮＡ序列沒有改變的情況下，基因的功能生了可遺傳的變化，并最終導致了表型的變化。這一術語最早是

C.H.Waddington在1939首次提出的。RubinHoliday在1975進一步完善了表觀遺傳的內(nèi)容。1996年,HermanJG和BaylinSB首次檢測到了抑癌基因啟動子ＤＮＡ被甲基化。標志著表觀遺傳從描述進入了實驗，從宏觀進入了分子時代。表觀遺傳的定義Epigeneticsisreferred3表觀遺傳的形式：1.DNA甲基化（methylation)2.組蛋白的修飾(Histonemodifications)，最常見的修飾是乙?；?，甲基化，磷酸化。Histonecode3.非編碼RNAs。目前研究最多是microRNA,longnon-codingRNA,circularRNA4.PrionsNote:DNA甲基化和組蛋白修飾是可逆的，與上面相對應的逆過程分別是：去甲基化，去乙酰話，去磷酸化。。。。。表觀遺傳的形式：1.DNA甲基化（methylation4表觀遺傳的主要研究內(nèi)容1.DNA甲基化對基因表達的影響（正常發(fā)育和病變）2.組蛋白的修飾對基因表達的影響3.X染色體的失活4.基因印記（gene

imprinting)5.細胞的重編程－多能干細胞的誘導和分化表觀遺傳的主要研究內(nèi)容1.DNA甲基化對基因表達的影響5獲得性可以遺傳－－拉馬克與達爾文之爭拉馬克學說：用進廢退和獲得性可遺傳。例如：長頸鹿的脖子長是因為祖祖輩輩伸長脖子夠樹葉吃導致的。該學說暗示了表觀遺傳對性狀的決定作用達爾文學說：自然選擇，適者生存。長頸鹿的脖子長是因為短脖子的都餓死了。該學說暗示了基因決定性狀。獲得性可以遺傳－－拉馬克與達爾文之爭拉馬克學說：用進廢退和獲6現(xiàn)代遺傳學孟德爾中心法則DNA是遺傳物質(zhì)基因是遺傳的基本單位基因決定形狀摩爾根的果蠅孟德爾的豌豆現(xiàn)代遺傳學孟德爾中心法則DNA是遺傳物質(zhì)摩爾根的果蠅孟德爾7達爾文完勝拉馬克現(xiàn)代遺傳學的建立奠定了達爾文的現(xiàn)代生物學之父的地位.獲得性可遺傳的假說被送進了“shadow”（在前蘇聯(lián)例外）為什么表觀遺傳現(xiàn)在受到如此地關注了呢？表觀遺傳擴大化的后果：李森科達爾文完勝拉馬克現(xiàn)代遺傳學的建立奠定了達爾文的現(xiàn)代生物學之父8GenetictagsarepasseddownthroughgenerationsWhenthezygoteisformedmanyepigenetictagsareremovedfromthechromosomesoftheparents,butsomeremain

獲得性可以遺傳Genetictagsarepasseddownt9Studiesinthefieldofepigeneticsshowsthatparent’sexperiencesarepassedontooffspringthroughepigenetictagsCellMetab.

2016Feb16.PaternalPsychologicalStressReprogramsHepaticGluconeogenesisinOffspring.Studiesinthefieldofepigen10EnvironmentalFactorsThenutritionofthemothercanaffecttheepigenomeofafetusStresshormonesalsotravelfromthemothertoafetustoaffecttheepigenomeStress,socialinteractions,physicalactivity,exposuretotoxinsanddietaremajorfactorsthataffecttheepigenome

胎教的理論依據(jù)EnvironmentalFactorsThenutri11人類基因組計劃（１９９０－２０００）結(jié)果是充滿了驚奇和困惑：只有大約2,2000基因（在變化中）,編碼區(qū)域僅占整個基因組的2%。

那98%（主要是高度重復序列和一些非編碼ＲＮＡ）的作用是什么？2,2000個基因(和老鼠的基因數(shù)量差不多）卻能編碼一個人？這是一項宏偉的計劃，對生物學的研究具有劃時代的意義。也充滿了期待，認為將對很多人類疾病做出最終的解釋和提供治療線索。人類基因組計劃（１９９０－２０００）結(jié)果是充滿了驚奇和困惑：12近年來，各大疾病例如癌癥，糖尿病等都成上升趨勢，為什么？營養(yǎng)（地溝油，三聚氰胺，各種添加劑，化肥農(nóng)藥的不當?shù)龋h(huán)境污染等外界因素新老問題的困惑老問題新問題易感人群：家族性遺傳缺陷攜帶者患病的幾率不同，病征也有所不同Ｘ染色體的失活一些綜合癥在DNA序列上找不到證據(jù)和解釋同卵雙胞胎的表型差異近年來，各大疾病例如癌癥，糖尿病等都成上升趨勢，為什么？新老13IdenticalTwins

aredifferentIdenticaltwinsarefromthesamezygote,sotheybeginlifewiththesamegeneticinformation,includingepigenetictagsWhileinfantstheyexperiencethesameorverysimilarenvironments,sothereislittlevariationintheepigenomeOvertimethetwins’environmentswilldiverge,resultinginindividualepigenetictagstoformforeachtwinIdenticalTwinsaredifferentI14

Thedifferenceinthetwins’epigenomesiswhatmakesthembecomedifferentwhentheyareolderTheepigenetictagscanhavesuchaneffectonthetwinsthatonecandevelopadiseasewhiletheotherisfineWhenthissituationoccurs,researcherswilltrytopinpointtheenvironmentalfactorsthatareresponsibleforthediseaseThedifferenceinthetwins’15Pubmedsearchforepigeneticspapers1964-2011共發(fā)表文章6500多篇1964-20018653659522002-20062007-20131966-2013

發(fā)表的綜述2338篇1966-20012002-20062007-493361942Pubmedsearchforepigenetics16-惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳機制，2011-肺癌發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳機制，2011-前列腺癌的發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳機制，2012-若干項關于細胞重新編程和多能干細胞誘導的項目N多個國家科委973重大研究計劃：國家自然基金委-2011年141項-2010年109項-2009年101項批準的關于表觀遺傳的研究的申請-惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳機制，2011國家科委973重大171.近１０年，對于表觀遺傳的研究成爆炸式上升2.國家也投入了很多經(jīng)費資助表觀遺傳的研究3.表觀遺傳對很多種常見疾病的發(fā)生具有重要作用Epiprofessors表觀遺傳熱已經(jīng)蔚然成風！1.近１０年，對于表觀遺傳的研究成爆炸式上升Epiprofe18Type2diabetesacrossgenerations:frompathophysiologytopreventionandmanagement.Lancet.2011Jul9;378(9786):169-81.Geneticsandepigeneticsinthefibrogenicevolutionofchronicliverdiseases.BestPractResClinGastroenterol.2011Apr;25(2):269-80.Epigeneticderegulationinrheumatoidarthritis.AdvExpMedBiol.2011;711:137-49.Anewepigeneticchallenge:systemiclupuserythematosus.AdvExpMedBiol.2011;711:117-36.Doesgenomicimprintingplayaroleinautoimmunity?AdvExpMedBiol.2011;711:103-16.EpigeneticcodesofPPARγinmetabolicdisease.FEBSLett.2011Jul7;585(13):2121-8.Cancerepigeneticsandtargetedtherapies.Oncology(WillistonPark).2011Mar;25(3):228,231.Epigenetics,spermatogenesisandmaleinfertility.MutatRes.2011May-Jun;727(3):62-71.表觀遺傳與疾?。禾悄虿?，肝病，風濕病，紅斑狼瘡，代謝病，自身免疫病，腫瘤，男性不育，過敏，創(chuàng)傷后應激，孤獨癥，心血管疾病Type2diabetesacrossgenerat19９.Theroleofepigeneticsinthedevelopmentaloriginsofallergicdisease.AnnAllergyAsthmaImmunol.2011May;106(5):355-61;10.Epigeneticaspectsofposttraumaticstressdisorder.DisMarkers.2011Jan;30(2-3):77-87.11.Geneticbasisofautism:isthereawayforward?CurrOpinPsychiatry.2011May;24(3):226-36.12.Epigeneticsincardiovasculardisease.CurrOpinCardiol.2011May;26(3):209-15.表觀遺傳與疾?。?Theroleofepigeneticsin20外界因子通過表觀遺傳對基因的表達調(diào)控來改變表型外界因子通過表觀遺傳對基因的表達調(diào)控來改變表型21DNA甲基化對基因的表達調(diào)控CpG

Island甲基化狀態(tài)決定了基因的表達水平甲基基團ＸDNA甲基化對基因的表達調(diào)控CpGIsland甲基化狀22ＤＮＡ甲基化酶DNMT1:維持甲基化的狀態(tài)DNMT2,3:初始甲基化一個代表：E-cadherin低水平表達E-cadherin是上皮細胞來源的腫瘤惡化的一個標志．啟動子的CpGisland甲基化是調(diào)控該基因表達的主要因素。MCF7MDA-231SodiumbisulfiteconvertsunmethylatedcytosinesofCpGdinucleotidestouracilorUpGＤＮＡ甲基化酶DNMT1:維持甲基化的狀態(tài)一個代表：E-c23組蛋白修飾和組蛋白密碼(histonecode)乙酰化：histoneacetyltransferases(HATs)HumanproteinsthatpossessHATcatalyticactivityinclude:CREBBP,CDY1,CDY2,CDYL1,CLOCKELP3,EP300HAT1KAT2A,KAT2B,KAT5MYST1,MYST2,MYST3,MYST4NCOA1,NCOA3,NCOATTF3C4甲基化：甲基化轉(zhuǎn)移酶MLL,EZH2,PRMTs磷酸化：磷酸化激酶Aurora,Snlf,ATM/ATR修飾的總和就組成了組蛋白密碼組蛋白修飾和組蛋白密碼(histonecode)乙?；篽24Ｘ染色體的失活1.哺乳動物的雌性個體中一條Ｘ染色體失活，并永久保持失活狀態(tài)。2.大多數(shù)動物失活是隨機的，在有袋類動物只有父源的Ｘ染色體失活。3.體細胞的失活發(fā)生在胚胎發(fā)生的早期。TortoiseshellcatＸ染色體的失活1.哺乳動物的雌性個體中一條Ｘ染色體失活，25OnlyoneXisactiveBarbaraMigeon,HenryStewartTalksOnlyoneXisactiveBarbaraMi26Anexample:tortoiseshellcat控制毛色的基因位于X染色體，2個等位基因：橙色（O），黑色（o)。當基因型為雜合體時，X染色體隨機失活Anexample:tortoiseshellcat控27Ｘ染色體具有一個Ｘ染色體失活中心（ＸＩＣ），含有４個非編碼基因(轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是non-codingRNAs),Xist,Tsix,JpxandFtx.這４個non-codingRNAs負責組裝失活復合體。該復合體能特意結(jié)合失活的Ｘ染色體，招募PRC2和YY1蛋白，并甲基化其ＤＮＡ和組蛋白，導致該染色體失活。X染色體的失活機制Ｘ染色體具有一個Ｘ染色體失活中心（ＸＩＣ），含有４個非編碼基28XistWorksinCisBarbaraMigeon,HenryStewartTalksPRC2/YY1，DNMTsXistWorksinCisBarbaraMigeo29Xist的作用機理Xist的作用機理30AdrienBird,HenryStewartTalksAdrienBird,HenryStewartTal31非編碼ＲＮＡ非編碼RNAs包括tRNA，rRNA,microRNAs,siRNAs,和

thelongncRNAs.CraigMelloRNAi靜默基因表達AndrewFire2006諾貝爾生理醫(yī)學獎非編碼ＲＮＡ非編碼RNAs包括tRNA，rRNA,mic32細胞重編程－－多能干細胞的誘導（iPScells)干細胞的美好的應用前景和干細胞的數(shù)量少促使研究者尋找能夠產(chǎn)生大量干細胞的方法。體細胞數(shù)量多，但是終極分化的細胞，不具有多能性。Dolly(1996-2003)里程碑1.July5,1996:Dolly的降生證明了成熟的體細胞具有全能性。2.2006:Yamanaka的小組成功地把小鼠

成纖維細胞誘導成胚胎干細胞特征的細胞，但不能形成chimera.Oct-3/4,SOX2,c-Myc,andKlf43.2007:Yamanaka,和另外２個小組獨立地在小鼠中誘導了能形成chimera的胚胎干細胞。4.2007:Thompson和Yamanaka小組獨立地把人的成纖維細胞誘導成了多能干細胞5.2009:周琪和曾凡一聯(lián)合成功的利用iPS技術培育出了小鼠細胞重編程－－多能干細胞的誘導（iPScells)干細胞的331996-2003Dolly的誕生1996-2003Dolly的誕生342012

Nobel

PriceWinnerYamanaka,S.(2006)."InductionofPluripotentStemCellsfromMouseEmbryonicandAdultFibroblastCulturesbyDefinedFactors".Cell

126(4):663.Yamanaka,S.(2007)."InductionofPluripotentStemCellsfromAdultHumanFibroblastsbyDefinedFactors".Cell

131(5):861–872.2012NobelPriceWinnerYamanak35細胞重編程－－上皮－間質(zhì)細胞的轉(zhuǎn)換(EMT)EMTishot!細胞重編程－－上皮－間質(zhì)細胞的轉(zhuǎn)換(EMT)EMTish36定義：EMT是上皮細胞通過基因的重編程而脫分化變成間質(zhì)細胞的生物學過程1.EMT的發(fā)生是一個漸進的，短暫的，可逆的過程（MET）2.上皮細胞：失去了細胞間的聯(lián)合結(jié)構(gòu)，細胞的極性，和上皮細胞的標志分子間質(zhì)細胞：高表達間質(zhì)細胞標志分子，細胞的遷移能力和浸潤性增加，同時也獲得了抗凋亡能力和干細胞的特征。KalluriR,WeinbergRA.JCI.2009;119(6):1420-8定義：EMT是上皮細胞通過基因的重編程而脫分化變成間質(zhì)細胞371.〉９０％的癌癥致死是由于癌轉(zhuǎn)移導致的。控制癌轉(zhuǎn)移是降低癌癥患者死亡的關鍵2.EMT對腫瘤轉(zhuǎn)移的起始至關重要，能賦予上皮細胞來源的腫瘤細胞侵襲和遷移的能力,因而能促進腫瘤轉(zhuǎn)移。因此研究EMT的發(fā)生機制將為徹底了解并最終解決腫瘤的轉(zhuǎn)移問題開啟了一扇窗戶，通過干預或抑制EMT得發(fā)生可能是一條新的腫瘤治療的策略。3.EMT是干細胞的一個重要來源。研究發(fā)現(xiàn)上皮細胞發(fā)生EMT的同時，也獲得了干細胞的特征。EMT為什么會這么火？1.〉９０％的癌癥致死是由于癌轉(zhuǎn)移導致的?？刂瓢┺D(zhuǎn)移是降低38EMT在是胚胎發(fā)育過程中的關鍵事件在胚胎發(fā)育過程中EMT轉(zhuǎn)換是形成原腸胚（gastrulation）和神經(jīng)管嵴（neuralcrest）所必需的。其次，EMT也參與調(diào)節(jié)多種具有管腔的組織和器官的形成例如胎盤（placenta）、前體節(jié)（somites）、心臟瓣膜（heartvalves）、泌尿生殖系統(tǒng)（urogenitaltract）、繼發(fā)腭（secondarypalate）等。EMT在傷口愈合、組織重建、器官纖維化等過程中也具有重要作用。EMT在是胚胎發(fā)育過程中的關鍵事件在胚胎發(fā)育過程中EMT轉(zhuǎn)換39上皮-間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)換發(fā)現(xiàn)EMT的現(xiàn)象和概念是40多年前由ElizabethHay首先在雞的早期胚胎發(fā)育過程中觀察到并提出的。開創(chuàng)了ECM的研究領域第一位發(fā)育生物學會的女理事長（1973）HarvardUniversity的第一位女正教授和系主任基礎研究系細胞生物學和解剖學（1975）第一位女理事長-細胞生物學會（1976）。美國科學院院士1927-2007上皮-間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)換發(fā)現(xiàn)EMT的現(xiàn)象和概念是40多年前由Eli40ThreesubtypesofEMTThreesubtypesofEMT41在EMT過程中細胞發(fā)生了什么改變？8劇烈的形態(tài)變化基因表達細胞構(gòu)架的轉(zhuǎn)換：cytokeratin-vimentin胞間聯(lián)合等結(jié)構(gòu)消失細胞分泌纖維連接蛋白fibronectin細胞獲得了抗凋亡的能力細胞的增長受到了抑制細胞獲得了干細胞的一些特征在EMT過程中細胞發(fā)生了什么改變？8劇烈的形態(tài)變化42EMTMarkersProteinsthatincreaseinabundanceN-cadherinVimentinFibronectinSnail1(Snail)Snail2(Slug)TwistGoosecoidFOXC2Sox10MMP-2MMP-3MMP9Integrinv?6ProteinsthatdecreaseinabundanceE-cadherenDesmoplakinCytokeratinOccludinProteinsthataccumulate

inthenucleus?-cateninSmad-2/3NF-?Snail1(Snail)Snail2(Slug)TwistEMTMarkersProteinsthatincre43EMT的誘導因子生長因子：TGFbeta,EGF,FGF,BMP,HGF,PDGF,Wnt,等激素：estrogenHypoxia轉(zhuǎn)錄因子:Snail,Slug,Twist,Zeb1/2,Foxc2,

Goosecoid蛋白酶:GSK3beta,tyrosinereceptorkinases,MMPsMicroRNA:miRNA-10,miRNA-21Notably,mi-RNA200familyarestronginhibitorsofEMTEMT的誘導因子生長因子：TGFbeta,EGF,FGF44Tumormetastasis-EMTandMETTumormetastasis-EMTandMET45RegulationofEMTandmetastasisatSnail’spacealongthewayofAjuba

--Thepast,thecurrentandthefuture--RegulationofEMTandmetastas46Thegood,thebadandtheuglyThegood,thebadandtheugly47Snail是誘導EMT和腫瘤轉(zhuǎn)移的關鍵因子GeneticdeletionofthesnailgeneinmicecausesembryoniclethalityduetodefectsingastrulationandinEMT

requiredforgenerationofthemesodermallayer.EctopicexpressionofSnailinvarioustypesoftheepithelialcellsinducesEMTaccompaniedbyincreasedmigration,motilityandinvasiveness,andalsoresultsinthecellstoacquirepropertiesofstemcells.SnailisastrongrepressorofE-cadherin.Down-regulationofE-cadherinisahallmarkofEMTandtumormetastasisSnail是誘導EMT和腫瘤轉(zhuǎn)移的關鍵因子Genetic48SnailorSlugFGFNeuralcrestGastrulationLimbdev’ptTumormetastasisWntNeuralcrestHeartdev’ptTumormetastasisTGFSkinPalatefusionTissuefibrosisHeartdev’ptTumormetastasisBMPNeuralcrestL/RasymmetryMammarydev’ptgastrulationTumormetastasisEGFGSK3-mediatedphosphorylationMTA3EstrogensEMTMetastasisSnailisatthecentralhubofmultipleEMTinducersSnailorSlugFGFNeuralcrestWn49SnailisaSNAGdomaincontainingC2H2zincfingerproteinX2-Cys-X2-4-Cys-X12-16-His-X3-5-HisTheCys2His2zincfingermotifconsistsanαhelixandanantiparallelβsheet.Thezincion(green)iscoordinatedbytwohistidineresiduesandtwocysteineresidues.TheZincfingerbindstothemajorgrooveoftheDNAduplex.Andthebindingspecificityisdeterminedbytheresidueslocatedintheαhelix.TheC2H2zincfingerproteinsarethelargestfamilyofregulatoryproteinsinmammals,whichareencodedbyover700genesinhumangenomeandapproximatelycomprise1%ofthetotalproteinsMostmembersareDNAbindingproteinsandfunctionastranscriptionalregulators.SnailisaSNAGdomaincontain50SnailisaSNAGdomaincontainingC2H2zincfingerprotein–atranscriptionalrepressor>60SNAG:Snail/Slug,Gfi1SnailisaSNAGdomaincontain51Standingquestion:themolecularmechanismofSNAG-mediatedrepressionisunknown.Hypothesis:theSNAGdomainmayrecruitco-factorstomediateitsrepressionfunctionThestrategyistoperformyeasttwo-hybridassaysusingtheSNAGmotifasbaittoscreenamousecDNAlibraryandtofindpotentialSNAGbindingproteinsE-boxZnZnZnZnZnZnZnZnZnSNAGSnailE-cadherin

SnailtargetgenesStandingquestion:themolecul52TheLIMproteinAjubaisaspecificSNAGbindingproteinviaanyeasttwo-hybridscreeningTheLIMproteinAjubaisaspe53AjubaandLimD1belongtotheZyxin/AjubafamilyofLIMdomain-containingproteinsAjubacontainsthreetandemLIMmotifsintheC-terminusandaglycine-prolinerichPreLIMintheN-terminusAjubaandLimD1belongtothe54AjubainteractswithSnailandrepressestheSnail-targetgenesAjubainteractswithSnailand55SnailinducesEMTinhumanmammaryepithelialcellMCF10AcellsvectorSnailWesternblotSnailinducesEMTinhumanmam56AjubaisrequiredforSnailtoinduceEMTDevelopmentalcell,2008AjubaisrequiredforSnailto57E-boxZnZnZnZnZnZnZnZnZnSNAGAjubaLIMSnailpreLIME-cadherin

SnailtargetgenesEffectorsneedtobeidentifiedHowever,Ajubaitselfdoesnotcontainanyapparentenzymaticactivity.Itlikelyfunctionsasaco-regulatorbyrecruitingotherchromatinremodelingfactors.E-boxZnZnZnZnZnZnZnZnZnSNAGAju58TheStrategyPurifyAjuba-associatedproteincomplexesbylargescaleaffinitychromatographycombinedwithMassspectrometry(MS):stablyexpressFlag-epitopetaggedAjubain293cells,andtheAjubaassociatedproteincomplexeswereimmunoprecipitatedwithanti-FlagM2beads.ThecomponentsofthecomplexeswereidentifiedbyMS.TheStrategyPurifyAjuba-asso59AffinitypurificationofAjuba-interactingproteinsfrom293cellsAffinitypurificationofAjuba60Prmt5isatypeIIProteinArgininemethyltransferaseTypeI:Prmt1,2,3,4,and6TypeII:Prmt5Prmt5isatypeIIProteinArg61E-boxZnZnZnZnZnZnZnZnZnSNAGAjubaLIMSnailpreLIMPRMT5MEP50E-cadherin

SnailtargetgenesConclusion:Prmt5isaneffectorrecruitedtoSnailviaaninteractionwithAjubaE-boxZnZnZnZnZnZnZnZnZnSNAGAju62Snailcontainsconserved14-3-3bindingmotifs最近發(fā)現(xiàn)14-3-3能閱讀組蛋白修飾密碼

Snailcontainsconserved14-3-63Snailselectivelyinteractswith14-3-3isoformsSnailselectivelyinteractswi64Mutationofthe14-3-3bindingsitesinSnailMutationofthe14-3-3binding65Mutationofthe14-3-3bindingmotifsimpairsthetranscriptionalrepressionactivityofSnailMutationofthe14-3-3binding66The14-3-3bindingsitesinSnailareessentialforinductionofEMTinMCF10AcellsThe14-3-3bindingsitesinSn67Ajubaisa14-3-3interactingproteinAjubaisa14-3-3interacting68SummarySnailrecruitsAjubaasacorepressorviaitsSNAGmotif.AjubafurtherrecruitsPrmt5whichconferstheSnailcomplexthetranscriptionalrepressionactivitybymethylatehistones14-3-3bindsAjubaandSnail,whichisessentialfortheSnailcomplextobindthetargetchromatin.SummarySnailrecruitsAjubaas69PRC2Suz12/Ezh2H3K27me2/3mSin3HDAC1/2DeacetylationLSD1G9aSuv39H1DemethylationH3K9me2AjubaCo-restPRC2Suz12/Ezh2H3K27me2/3mSin3H70ThecarboxylzincfingersofSnailrecruitubiquitinE3ligasesRing1A/BCancerResearch,2014ThecarboxylzincfingersofS71TheZincfingersofSnailbindtotheRINGdomainofRing1BTheZincfingersofSnailbind72Ring1A/BareessentialforSnail-mediatedrepressionandcellmigrationRing1A/BareessentialforSna73SnailenhancesRing1A/BbindingtoitstargetpromoterSnailenhancesRing1A/Bbindin74PRC2Suz12/Ezh2H3K27me2/3AjubaPRC2Suz12/Ezh2H3K27me2/3Ajuba75Ezh2isrequiredforSnail/Ring1A/BtobindtargetpromoterEzh2isrequiredforSnail/Rin76Ezh2andRing1A/BformtwodistinctcomplexeswithSnailEzh2andRing1A/Bformtwodis77HighlevelsofSnail,Ring1BandH2AK119Ub1inPDACHighlevelsofSnail,Ring1B78H2AK119Ub1isabiomarkerpredictingpoorprognosisH2AK119Ub1isabiomarkerpred79尋找H2AK119Ub1修飾的染色質(zhì)位點尋找H2AK119Ub1修飾的染色質(zhì)位點80Lnc00261是一個潛在的抑癌基因Lnc00261是一個潛在的抑癌基因81表觀遺傳與疾病的課件82什么是表觀遺傳？2.表觀遺傳是研究什么的？3.表觀遺傳和傳統(tǒng)的遺傳是什么關系？4.基因表達的轉(zhuǎn)錄調(diào)控什么是表觀遺傳？83小結(jié)表觀遺傳的主要形式是：DNAmethylation,histonemodifications,andnon-codingRNAs表觀遺傳與遺傳的關系：１。直接修飾ＤＮＡ而控制基因表達２。通過修飾組蛋白來調(diào)節(jié)染色體的重塑來控制基因表達３。ncRNAs降解mRNA或者阻斷mRNA的翻譯遺傳（ＤＮＡ）是根本，表觀遺傳是通過調(diào)控基因的表達來顯示它的作用的，是對中心法則的重要補充。意義：表觀遺傳的異常，會導致基因的異常表達，導致染色體的結(jié)構(gòu)的改變，從而導致錯綜負責的各類疾病。與ＤＮＡ突變不同，許多表觀遺傳修飾是可逆的，這就為疾病的治療帶來樂觀的前景小結(jié)表觀遺傳的主要形式是：DNAmethylation,84表觀遺傳的定義Epigeneticsisreferredtoheritabletraits(overroundsofcelldivisionandsometimestransgenerationally)thatdonotinvolvechangestotheunderlyingDNAsequence.在ＤＮＡ序列沒有改變的情況下，基因的功能生了可遺傳的變化，并最終導致了表型的變化。這一術語最早是

C.H.Waddington在1939首次提出的。RubinHoliday在1975進一步完善了表觀遺傳的內(nèi)容。1996年,HermanJG和BaylinSB首次檢測到了抑癌基因啟動子ＤＮＡ被甲基化。標志著表觀遺傳從描述進入了實驗，從宏觀進入了分子時代。表觀遺傳的定義Epigeneticsisreferred85表觀遺傳的形式：1.DNA甲基化（methylation)2.組蛋白的修飾(Histonemodifications)，最常見的修飾是乙酰化，甲基化，磷酸化。Histonecode3.非編碼RNAs。目前研究最多是microRNA,longnon-codingRNA,circularRNA4.PrionsNote:DNA甲基化和組蛋白修飾是可逆的，與上面相對應的逆過程分別是：去甲基化，去乙酰話，去磷酸化。。。。。表觀遺傳的形式：1.DNA甲基化（methylation86表觀遺傳的主要研究內(nèi)容1.DNA甲基化對基因表達的影響（正常發(fā)育和病變）2.組蛋白的修飾對基因表達的影響3.X染色體的失活4.基因印記（gene

imprinting)5.細胞的重編程－多能干細胞的誘導和分化表觀遺傳的主要研究內(nèi)容1.DNA甲基化對基因表達的影響87獲得性可以遺傳－－拉馬克與達爾文之爭拉馬克學說：用進廢退和獲得性可遺傳。例如：長頸鹿的脖子長是因為祖祖輩輩伸長脖子夠樹葉吃導致的。該學說暗示了表觀遺傳對性狀的決定作用達爾文學說：自然選擇，適者生存。長頸鹿的脖子長是因為短脖子的都餓死了。該學說暗示了基因決定性狀。獲得性可以遺傳－－拉馬克與達爾文之爭拉馬克學說：用進廢退和獲88現(xiàn)代遺傳學孟德爾中心法則DNA是遺傳物質(zhì)基因是遺傳的基本單位基因決定形狀摩爾根的果蠅孟德爾的豌豆現(xiàn)代遺傳學孟德爾中心法則DNA是遺傳物質(zhì)摩爾根的果蠅孟德爾89達爾文完勝拉馬克現(xiàn)代遺傳學的建立奠定了達爾文的現(xiàn)代生物學之父的地位.獲得性可遺傳的假說被送進了“shadow”（在前蘇聯(lián)例外）為什么表觀遺傳現(xiàn)在受到如此地關注了呢？表觀遺傳擴大化的后果：李森科達爾文完勝拉馬克現(xiàn)代遺傳學的建立奠定了達爾文的現(xiàn)代生物學之父90GenetictagsarepasseddownthroughgenerationsWhenthezygoteisformedmanyepigenetictagsareremovedfromthechromosomesoftheparents,butsomeremain

獲得性可以遺傳Genetictagsarepasseddownt91Studiesinthefieldofepigeneticsshowsthatparent’sexperiencesarepassedontooffspringthroughepigenetictagsCellMetab.

2016Feb16.PaternalPsychologicalStressReprogramsHepaticGluconeogenesisinOffspring.Studiesinthefieldofepigen92EnvironmentalFactorsThenutritionofthemothercanaffecttheepigenomeofafetusStresshormonesalsotravelfromthemothertoafetustoaffecttheepigenomeStress,socialinteractions,physicalactivity,exposuretotoxinsanddietaremajorfactorsthataffecttheepigenome

胎教的理論依據(jù)EnvironmentalFactorsThenutri93人類基因組計劃（１９９０－２０００）結(jié)果是充滿了驚奇和困惑：只有大約2,2000基因（在變化中）,編碼區(qū)域僅占整個基因組的2%。

那98%（主要是高度重復序列和一些非編碼ＲＮＡ）的作用是什么？2,2000個基因(和老鼠的基因數(shù)量差不多）卻能編碼一個人？這是一項宏偉的計劃，對生物學的研究具有劃時代的意義。也充滿了期待，認為將對很多人類疾病做出最終的解釋和提供治療線索。人類基因組計劃（１９９０－２０００）結(jié)果是充滿了驚奇和困惑：94近年來，各大疾病例如癌癥，糖尿病等都成上升趨勢，為什么？營養(yǎng)（地溝油，三聚氰胺，各種添加劑，化肥農(nóng)藥的不當?shù)龋?，環(huán)境污染等外界因素新老問題的困惑老問題新問題易感人群：家族性遺傳缺陷攜帶者患病的幾率不同，病征也有所不同Ｘ染色體的失活一些綜合癥在DNA序列上找不到證據(jù)和解釋同卵雙胞胎的表型差異近年來，各大疾病例如癌癥，糖尿病等都成上升趨勢，為什么？新老95IdenticalTwins

aredifferentIdenticaltwinsarefromthesamezygote,sotheybeginlifewiththesamegeneticinformation,includingepigenetictagsWhileinfantstheyexperiencethesameorverysimilarenvironments,sothereislittlevariationintheepigenomeOvertimethetwins’environmentswilldiverge,resultinginindividualepigenetictagstoformforeachtwinIdenticalTwinsaredifferentI96

Thedifferenceinthetwins’epigenomesiswhatmakesthembecomedifferentwhentheyareolderTheepigenetictagscanhavesuchaneffectonthetwinsthatonecandevelopadiseasewhiletheotherisfineWhenthissituationoccurs,researcherswilltrytopinpointtheenvironmentalfactorsthatareresponsibleforthediseaseThedifferenceinthetwins’97Pubmedsearchforepigeneticspapers1964-2011共發(fā)表文章6500多篇1964-20018653659522002-20062007-20131966-2013

發(fā)表的綜述2338篇1966-20012002-20062007-493361942Pubmedsearchforepigenetics98-惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳機制，2011-肺癌發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳機制，2011-前列腺癌的發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳機制，2012-若干項關于細胞重新編程和多能干細胞誘導的項目N多個國家科委973重大研究計劃：國家自然基金委-2011年141項-2010年109項-2009年101項批準的關于表觀遺傳的研究的申請-惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的表觀遺傳機制，2011國家科委973重大991.近１０年，對于表觀遺傳的研究成爆炸式上升2.國家也投入了很多經(jīng)費資助表觀遺傳的研究3.表觀遺傳對很多種常見疾病的發(fā)生具有重要作用Epiprofessors表觀遺傳熱已經(jīng)蔚然成風！1.近１０年，對于表觀遺傳的研究成爆炸式上升Epiprofe100Type2diabetesacrossgenerations:frompathophysiologytopreventionandmanagement.Lancet.2011Jul9;378(9786):169-81.Geneticsandepigeneticsinthefibrogenicevolutionofchronicliverdiseases.BestPractResClinGastroenterol.2011Apr;25(2):269-80.Epigeneticderegulationinrheumatoidarthritis.AdvExpMedBiol.2011;711:137-49.Anewepigeneticchallenge:systemiclupuserythematosus.AdvExpMedBiol.2011;711:117-36.Doesgenomicimprintingplayaroleinautoimmunity?AdvExpMedBiol.2011;711:103-16.EpigeneticcodesofPPARγinmetabolicdisease.FEBSLett.2011Jul7;585(13):2121-8.Cancerepigeneticsandtargetedtherapies.Oncology(WillistonPark).2011Mar;25(3):228,231.Epigenetics,spermatogenesisandmaleinfertility.MutatRes.2011May-Jun;727(3):62-71.表觀遺傳與疾病：糖尿病，肝病，風濕病，紅斑狼瘡，代謝病，自身免疫病，腫瘤，男性不育，過敏，創(chuàng)傷后應激，孤獨癥，心血管疾病Type2diabetesacrossgenerat101９.Theroleofepigeneticsinthedevelopmentaloriginsofallergicdisease.AnnAllergyAsthmaImmunol.2011May;106(5):355-61;10.Epigeneticaspectsofposttraumaticstressdisorder.DisMarkers.2011Jan;30(2-3):77-87.11.Geneticbasisofautism:isthereawayforward?CurrOpinPsychiatry.2011May;24(3):226-36.12.Epigeneticsincardiovasculardisease.CurrOpinCardiol.2011May;26(3):209-15.表觀遺傳與疾?。?Theroleofepigeneticsin102外界因子通過表觀遺傳對基因的表達調(diào)控來改變表型外界因子通過表觀遺傳對基因的表達調(diào)控來改變表型103DNA甲基化對基因的表達調(diào)控CpG

Island甲基化狀態(tài)決定了基因的表達水平甲基基團ＸDNA甲基化對基因的表達調(diào)控CpGIsland甲基化狀104ＤＮＡ甲基化酶DNMT1:維持甲基化的狀態(tài)DNMT2,3:初始甲基化一個代表：E-cadherin低水平表達E-cadherin是上皮細胞來源的腫瘤惡化的一個標志．啟動子的CpGisland甲基化是調(diào)控該基因表達的主要因素。MCF7MDA-231SodiumbisulfiteconvertsunmethylatedcytosinesofCpGdinucleotidestouracilorUpGＤＮＡ甲基化酶DNMT1:維持甲基化的狀態(tài)一個代表：E-c105組蛋白修飾和組蛋白密碼(histonecode)乙?；篽istoneacetyltransferases(HATs)HumanproteinsthatpossessHATcatalyticactivityinclude:CREBBP,CDY1,CDY2,CDYL1,CLOCKELP3,EP300HAT1KAT2A,KAT2B,KAT5MYST1,MYST2,MYST3,MYST4NCOA1,NCOA3,NCOATTF3C4甲基化：甲基化轉(zhuǎn)移酶MLL,EZH2,PRMTs磷酸化：磷酸化激酶Aurora,Snlf,ATM/ATR修飾的總和就組成了組蛋白密碼組蛋白修飾和組蛋白密碼(histonecode)乙?；篽106Ｘ染色體的失活1.哺乳動物的雌性個體中一條Ｘ染色體失活，并永久保持失活狀態(tài)。2.大多數(shù)動物失活是隨機的，在有袋類動物只有父源的Ｘ染色體失活。3.體細胞的失活發(fā)生在胚胎發(fā)生的早期。TortoiseshellcatＸ染色體的失活1.哺乳動物的雌性個體中一條Ｘ染色體失活，107OnlyoneXisactiveBarbaraMigeon,HenryStewartTalksOnlyoneXisactiveBarbaraMi108Anexample:tortoiseshellcat控制毛色的基因位于X染色體，2個等位基因：橙色（O），黑色（o)。當基因型為雜合體時，X染色體隨機失活Anexample:tortoiseshellcat控109Ｘ染色體具有一個Ｘ染色體失活中心（ＸＩＣ），含有４個非編碼基因(轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是non-codingRNAs),Xist,Tsix,JpxandFtx.這４個non-codingRNAs負責組裝失活復合體。該復合體能特意結(jié)合失活的Ｘ染色體，招募PRC2和YY1蛋白，并甲基化其ＤＮＡ和組蛋白，導致該染色體失活。X染色體的失活機制Ｘ染色體具有一個Ｘ染色體失活中心（ＸＩＣ），含有４個非編碼基110XistWorksinCisBarbaraMigeon,HenryStewartTalksPRC2/YY1，DNMTsXistWorksinCisBarbaraMigeo111Xist的作用機理Xist的作用機理112AdrienBird,HenryStewartTalksAdrienBird,HenryStewartTal113非編碼ＲＮＡ非編碼RNAs包括tRNA，rRNA,microRNAs,siRNAs,和

thelongncRNAs.CraigMelloRNAi靜默基因表達AndrewFire2006諾貝爾生理醫(yī)學獎非編碼ＲＮＡ非編碼RNAs包括tRNA，rRNA,mic114細胞重編程－－多能干細胞的誘導（iPScells)干細胞的美好的應用前景和干細胞的數(shù)量少促使研究者尋找能夠產(chǎn)生大量干細胞的方法。體細胞數(shù)量多，但是終極分化的細胞，不具有多能性。Dolly(1996-2003)里程碑1.July5,1996:Dolly的降生證明了成熟的體細胞具有全能性。2.2006:Yamanaka的小組成功地把小鼠

成纖維細胞誘導成胚胎干細胞特征的細胞，但不能形成chimera.Oct-3/4,SOX2,c-Myc,andKlf43.2007:Yamanaka,和另外２個小組獨立地在小鼠中誘導了能形成chimera的胚胎干細胞。4.2007:Thompson和Yamanaka小組獨立地把人的成纖維細胞誘導成了多能干細胞5.2009:周琪和曾凡一聯(lián)合成功的利用iPS技術培育出了小鼠細胞重編程－－多能干細胞的誘導（iPScells)干細胞的1151996-2003Dolly的誕生1996-2003Dolly的誕生1162012

Nobel

PriceWinnerYamanaka,S.(2006)."InductionofPluripotentStemCellsfromMouseEmbryonicandAdultFibroblastCulturesbyDefinedFactors".Cell

126(4):663.Yamanaka,S.(2007)."InductionofPluripotentStemCellsfromAdultHumanFibroblastsbyDefinedFactors".Cell

131(5):861–872.2012NobelPriceWinnerYamanak117細胞重編程－－上皮－間質(zhì)細胞的轉(zhuǎn)換(EMT)EMTishot!細胞重編程－－上皮－間質(zhì)細胞的轉(zhuǎn)換(EMT)EMTish118定義：EMT是上皮細胞通過基因的重編程而脫分化變成間質(zhì)細胞的生物學過程1.EMT的發(fā)生是一個漸進的，短暫的，可逆的過程（MET）2.上皮細胞：失去了細胞間的聯(lián)合結(jié)構(gòu)，細胞的極性，和上皮細胞的標志分子間質(zhì)細胞：高表達間質(zhì)細胞標志分子，細胞的遷移能力和浸潤性增加，同時也獲得了抗凋亡能力和干細胞的特征。KalluriR,WeinbergRA.JCI.2009;119(6):1420-8定義：EMT是上皮細胞通過基因的重編程而脫分化變成間質(zhì)細胞1191.〉９０％的癌癥致死是由于癌轉(zhuǎn)移導致的?？刂瓢┺D(zhuǎn)移是降低癌癥患者死亡的關鍵2.EMT對腫瘤轉(zhuǎn)移的起始至關重要，能賦予上皮細胞來源的腫瘤細胞侵襲和遷移的能力,因而能促進腫瘤轉(zhuǎn)移。因此研究EMT的發(fā)生機制將為徹底了解并最終解決腫瘤的轉(zhuǎn)移問題開啟了一扇窗戶，通過干預或抑制EMT得發(fā)生可能是一條新的腫瘤治療的策略。3.EMT是干細胞的一個重要來源。研究發(fā)現(xiàn)上皮細胞發(fā)生EMT的同時，也獲得了干細胞的特征。EMT為什么會這么火？1.〉９０％的癌癥致死是由于癌轉(zhuǎn)移導致的?？刂瓢┺D(zhuǎn)移是降低120EMT在是胚胎發(fā)育過程中的關鍵事件在胚胎發(fā)育過程中EMT轉(zhuǎn)換是形成原腸胚（gastrulation）和神經(jīng)管嵴（neuralcrest）所必需的。其次，EMT也參與調(diào)節(jié)多種具有管腔的組織和器官的形成例如胎盤（placenta）、前體節(jié)（somites）、心臟瓣膜（heartvalves）、泌尿生殖系統(tǒng)（urogenitaltract）、繼發(fā)腭（secondarypalate）等。EMT在傷口愈合、組織重建、器官纖維化等過程中也具有重要作用。EMT在是胚胎發(fā)育過程中的關鍵事件在胚胎發(fā)育過程中EMT轉(zhuǎn)換121上皮-間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)換發(fā)現(xiàn)EMT的現(xiàn)象和概念是40多年前由ElizabethHay首先在雞的早期胚胎發(fā)育過程中觀察到并提出的。開創(chuàng)了ECM的研究領域第一位發(fā)育生物學會的女理事長（1973）HarvardUniversity的第一位女正教授和系主任基礎研究系細胞生物學和解剖學（1975）第一位女理事長-細胞生物學會（1976）。美國科學院院士1927-2007上皮-間質(zhì)細胞轉(zhuǎn)換發(fā)現(xiàn)EMT的現(xiàn)象和概念是40多年前由Eli122ThreesubtypesofEMTThreesubtypesofEMT123在EMT過程中細胞發(fā)生了什么改變？8劇烈的形態(tài)變化基因表達細胞構(gòu)架的轉(zhuǎn)換：cytokeratin-vimentin胞間聯(lián)合等結(jié)構(gòu)消失細胞分泌纖維連接蛋白fibronectin細胞獲得了抗凋亡的能力細胞的增長受到了抑制細胞獲得了干細胞的一些特征在EMT過程中細胞發(fā)生了什么改變？8劇烈的形態(tài)變化124EMTMarkersProteinsthatincreaseinabundanceN-cadherinVimentinFibronectinSnail1(Snail)Snail2(Slug)TwistGoosecoidFOXC2Sox10MMP-2MMP-3MMP9Integrinv?6ProteinsthatdecreaseinabundanceE-cadherenDesmoplakinCytokeratinOccludinProteinsthataccumulate

inthenucleus?-cateninSmad-2/3NF-?Snail1(Snail)Snail2(Slug)TwistEMTMarkersProteinsthatincre125EMT的誘導因子生長因子：TGFbeta,EGF,FGF,BMP,HGF,PDGF,Wnt,等激素：estrogenHypoxia轉(zhuǎn)錄因子:Snail,Slug,Twist,Zeb1/2,Foxc2,

Goosecoid蛋白酶:GSK3beta,tyrosinereceptorkinases,MMPsMicroRNA:miRNA-10,miRNA-21Notably,mi-RNA200familyarestronginhibitorsofEMTEMT的誘導因子生長因子：TGFbeta,EGF,FGF126Tumormetastasis-EMTandMETTumormetastasis-EMTandMET127RegulationofEMTandm