《基因表達(dá)》第六章 真核轉(zhuǎn)錄調(diào)控(II)

第六章

真核轉(zhuǎn)錄調(diào)控(II)RegulationoftranscriptionineukaryotesII4發(fā)育的基因調(diào)控遺傳背景相同的細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中因基因表達(dá)的差異而產(chǎn)生了細(xì)胞分化通常只有不到10%的基因在特定的細(xì)胞內(nèi)表達(dá)（無(wú)脊椎動(dòng)物大約有1.5~2萬(wàn)基因，脊椎動(dòng)物是2倍多）決定每種細(xì)胞特異性的標(biāo)志基因只不過(guò)100~200個(gè)大部分差異基因的表達(dá)是在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)的3種策略指導(dǎo)發(fā)育中的基因表達(dá)mRNA定位（mRNAlocalization）細(xì)胞-細(xì)胞接觸（cell-to-cellcontact）分泌信號(hào)分子擴(kuò)散傳導(dǎo)（signalingthroughthediffusionofasecretedsignalingmolecule）mRNA定位在細(xì)胞分裂過(guò)程中使關(guān)鍵的調(diào)節(jié)分子非對(duì)稱性分配，使子細(xì)胞得到不同量的調(diào)節(jié)分子從而在發(fā)育過(guò)程中經(jīng)歷不同的過(guò)程，通常這種非對(duì)稱分布的分子是mRNAmRNA定位的共同機(jī)制是它們沿著細(xì)胞骨架成分肌動(dòng)蛋白或微管蛋白運(yùn)輸酵母子細(xì)胞HO基因的關(guān)閉定位mRNA啟動(dòng)海鞘肌肉

的分化酵母子細(xì)胞HO基因的關(guān)閉抑制子Ash1抑制HO基因的表達(dá)Ash1選擇性在子細(xì)胞中表達(dá)而導(dǎo)致HO基因的沉默阻止了子細(xì)胞中交配型的轉(zhuǎn)換基因ash1出芽前在母細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄在出芽過(guò)程中，ash1mRNA附著在微管的生長(zhǎng)端，微管從母細(xì)胞的細(xì)胞核延伸到出芽部位，將ash1mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)至子細(xì)胞定位到子細(xì)胞后，ash1mRNA翻譯為抑制子蛋白海鞘肌肉的分化確定肌肉形成的主要因素是Macho-1的調(diào)節(jié)蛋白，在未受精卵的細(xì)胞質(zhì)中均勻分布在受精后就定位在植物極（底端），最終在8胚期只有2個(gè)細(xì)胞遺傳了這種mRNA，這些細(xì)胞形成尾肌Macho-1mRNA編碼DNA結(jié)合蛋白（鋅指），在活化肌肉特異基因的轉(zhuǎn)錄中起作用細(xì)胞-細(xì)胞接觸一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞外信號(hào)蛋白可以沉積在細(xì)胞膜上，也可以分泌到細(xì)胞間質(zhì)中，來(lái)影響相鄰細(xì)胞的基因表達(dá)接受信號(hào)的細(xì)胞由細(xì)胞表面的受體識(shí)別，從細(xì)胞表面受體到細(xì)胞核的通訊常常涉及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑（signaltransductionpathway）細(xì)胞表面的信號(hào)分子只控制與其有直接的、物理接觸的細(xì)胞的基因表達(dá)（細(xì)胞-細(xì)胞接觸）；分泌于細(xì)胞間質(zhì)的信號(hào)分子可以長(zhǎng)距離發(fā)揮作用分泌信號(hào)分子梯度引導(dǎo)位置信息（positionalinformation），控制位置信息的信號(hào)分子亦稱成形素（morphogen）昆蟲神經(jīng)元的Notch信號(hào)（無(wú)脊椎動(dòng)物）發(fā)育神經(jīng)元在其表面有Delta信號(hào)分子，可與皮膚細(xì)胞表面的受體Notch結(jié)合Delta對(duì)Notch的活化使結(jié)合Notch的胞內(nèi)部分NotchIC從細(xì)胞膜釋放進(jìn)入細(xì)胞核，并與DNA結(jié)合蛋白Su(H)結(jié)合Su(H)-NotchIC復(fù)合體激活抑制子的基因表達(dá)，抑制子進(jìn)而阻斷神經(jīng)元的發(fā)育Su(H)可與多種蛋白結(jié)合，NotchIC進(jìn)細(xì)胞核后取代了與Su(H)結(jié)合的抑制因子，使Su(H)轉(zhuǎn)而活化受它抑制的基因（Notch信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)具啟動(dòng)調(diào)節(jié)開關(guān)的功能）神經(jīng)外胚層形成2種主要細(xì)胞：神經(jīng)元和上皮細(xì)胞早期神經(jīng)外胚層都能夠形成2類細(xì)胞中的任一種。一旦細(xì)胞開始形成神經(jīng)元或神經(jīng)母細(xì)胞（neuroblast），它抑制所有與它直接接觸的細(xì)胞這種抑制造成這些細(xì)胞保留在胚胎表面形成上皮細(xì)胞，而發(fā)育中的神經(jīng)元移入胚胎腔形成神經(jīng)元神經(jīng)元和上皮細(xì)胞分泌信號(hào)分子分泌信號(hào)分子梯度引導(dǎo)位置信息（positionalinformation），控制位置信息的信號(hào)分子亦稱成形素（morphogen）長(zhǎng)程信號(hào)分子成形素脊椎動(dòng)物（胚胎背部外胚層細(xì)胞形成神經(jīng)管）靠近神經(jīng)管腹部的特殊結(jié)構(gòu)叫底板（floorplate），是細(xì)胞分泌因子Shh（Sonichedgehog）的表達(dá)位點(diǎn)Shh是一種梯度成形素，從底板分泌并在神經(jīng)管底部的胞外間質(zhì)形成濃度梯度神經(jīng)管內(nèi)的神經(jīng)元根據(jù)它們接受的Shh數(shù)目分化為不同的細(xì)胞類型底板附近的細(xì)胞接受高濃度的Shh而形成V3神經(jīng)元接受漸次濃度的Shh細(xì)胞形成運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元更低濃度的Shh引導(dǎo)V2和V1神經(jīng)元形成5果蠅胚胎發(fā)育的調(diào)控黑腹果蠅的生活史卵母細(xì)胞的發(fā)育果蠅的卵母細(xì)胞有明顯的極性，細(xì)胞核分布在前端，生長(zhǎng)的微管從核伸展到胞質(zhì)的后端果蠅卵包含2種定位的mRNA，bicoidmRNA分布在前極；oskarmRNA分布在后極oskarmRNA由輔助細(xì)胞（nursecell）合成并存儲(chǔ)在卵母細(xì)胞前端，隨卵母細(xì)胞的增大成熟而移到后端，定位過(guò)程依賴于3’-UTR的特殊序列bicoidmRNA在前端的定位也依賴于自身的3’-UTR特殊序列oskarmRNA編碼一種RNA結(jié)合蛋白，負(fù)責(zé)極粒（polargranule）的組裝，極粒控制早期胚胎后部區(qū)域的發(fā)育，包括極細(xì)胞（生殖細(xì)胞的前體）受精卵的核發(fā)育卵細(xì)胞一旦受精，精卵單倍體核融合，受精卵在中心卵黃區(qū)開始快速分裂，不形成核膜在進(jìn)行10輪近乎同步核分裂同時(shí)，從核中心粒發(fā)散上午微管將細(xì)胞核從中心粒向四周遷移，約有1000個(gè)核進(jìn)入卵的皮層，其余細(xì)胞留在中央?yún)^(qū)（功能不明）快速有絲分裂的核表現(xiàn)為轉(zhuǎn)錄沉默（沉默的機(jī)制不明），到達(dá)皮層的核獲得PolII轉(zhuǎn)錄能力（90min）到達(dá)皮層的核又進(jìn)行3輪分裂，產(chǎn)生約6000個(gè)緊密排列的柱形核，有卵黃包圍（雖然仍是合胞體，但抗細(xì)胞骨架蛋白抗體的染色表明，每個(gè)核周圍呈密實(shí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）受精3h后，胚胎經(jīng)歷細(xì)胞化過(guò)程，相鄰的核之間形成細(xì)胞質(zhì)膜，胚胎轉(zhuǎn)化為細(xì)胞母胚層（blastoderm），此時(shí)，不同種類的細(xì)胞分裂不再同步，它們發(fā)育的命運(yùn)由所分割的細(xì)胞質(zhì)中的信息決定（a）BcdmRNA定位于胚胎的前部（b）顯示BCD蛋白形成的梯度，最高的濃度位于胚胎的前部（c）nosmRNA定位于胚胎的后部（d）NOS蛋白梯度的最高點(diǎn)位于胚胎的后部前后軸（AP）位置信息兩種轉(zhuǎn)錄因子（BCD和HB-M蛋白）沿合胞體前后軸建立位置信息BCD蛋白由bicoid（bcd）基因編碼HB-M蛋白由hunchback（hb）基因編碼hb-mmRNA的翻譯被nanos（nos）基因編碼的蛋白所阻斷bcdmRNA和nosmRNA來(lái)源于母體，通過(guò)微管定位于前后兩極細(xì)胞骨架建立果蠅的前后軸bcd和nosmRNA的3’UTRs（終止密碼子下游的非翻譯區(qū)）有一個(gè)特異的微管結(jié)合序列置換實(shí)驗(yàn)（swapping）（nosmRNA）5’UTR＋編碼區(qū)（bcdmRNA）3’UTR形成NOS的雙梯度，產(chǎn)生不正常的兩端鏡像對(duì)稱的胚胎置換實(shí)驗(yàn)2類bcd靶基因：orthodenticle和hunchbackorthodenticle對(duì)頭部分化起主要作用，受高濃度的BCD活化hunchback促進(jìn)胸腔的發(fā)育，高和中濃度的BCD都足以活化它的表達(dá)orthodenticle基因5’上游186bp包含低親和力的位點(diǎn)，只有高濃度的BCD才會(huì)被結(jié)合

hunchback基因5’上游含高親和力的位點(diǎn)，能被中高濃度的BCD結(jié)合，hunchback基因在胚胎的前、后部都有轉(zhuǎn)錄BCD以單體形式與DNA結(jié)合，但單體可以通過(guò)相互作用協(xié)調(diào)鄰近位點(diǎn)的結(jié)合，產(chǎn)生了基因表達(dá)顯著的開關(guān)界限，因此在胚胎中部hunchback形成表達(dá)界限bcd以濃度依賴方式調(diào)節(jié)分節(jié)基因此圖的orthodenticle蛋白的梯度在“b”中顯示不正確，頭部仍然有表達(dá)；“b”只是示意在胚胎中部，由于bicoid濃度的降低，orthodenticle基因不能轉(zhuǎn)錄了（新版無(wú)此圖）。bcd激活和NOS抑制的共同調(diào)節(jié)hunchback基因從2個(gè)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄，一個(gè)是上述的受BCD濃度梯度控制的啟動(dòng)子，另一個(gè)是母系控制的啟動(dòng)子（在卵母細(xì)胞中表達(dá)）母系控制的轉(zhuǎn)錄本在未受精卵是均一表達(dá)，母系轉(zhuǎn)錄本的翻譯受NOS（RNA結(jié)合蛋白）的阻斷NOS蛋白與特定的母系mRNA的3’-UTR序列結(jié)合，叫NRE元件（Nanosresponseelement），結(jié)合導(dǎo)致hunchbackmRNA的poly-A尾縮短，弱化mRNA并抑制翻譯這種雙重調(diào)節(jié)產(chǎn)生Hunchback濃度的高度傾斜，到胚胎后半部急劇降低Hunchback建立Gap基因Hunchback作為轉(zhuǎn)錄抑制子，建立“間隔”基因的表達(dá)模式kruppel、knirps、giant各自形成不同的表達(dá)界限（見下圖）Hunchback抑制子的數(shù)目成為kruppel、knirps、giant各獨(dú)特表達(dá)的主要因素：kruppel、只有3個(gè)結(jié)合位點(diǎn)而受高濃度的Hunchback抑制；giant有7個(gè)結(jié)合位點(diǎn)而受低濃度的Hunchback抑制（作用機(jī)制不明）Hb和Gap建立EVE表達(dá)的分節(jié)條eve基因以stripe的方式在胚胎表達(dá)（見下圖）。每個(gè)eve條包含4個(gè)細(xì)胞，間隔也是4個(gè)細(xì)胞eve基因的編碼區(qū)2kb，5’的上游調(diào)節(jié)區(qū)有4kb，而3’下游的調(diào)節(jié)區(qū)有8kbstripe2的增強(qiáng)子有500bp，包含4種調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合位點(diǎn)：Bicoid、Hunchback、Giant和KruppelBicoid、Hunchback在stripe2的表達(dá)調(diào)節(jié)中起激活作用。Giant和Kruppel起抑制作用去除Hunchback單一的結(jié)合位點(diǎn)，使得stripe2幾乎不表達(dá)，而以優(yōu)化的Bicoid位點(diǎn)取代，只能得到部分恢復(fù)Kruppel的抑制作用Kruppel通過(guò)2個(gè)不同的途徑介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄的抑制stripe2的增強(qiáng)子有3個(gè)Kruppel結(jié)合位點(diǎn)，其中2個(gè)直接與Bicoid重疊，競(jìng)爭(zhēng)抑制第3個(gè)Kruppel位點(diǎn)距離Bicoid位點(diǎn)50bp，Kruppel結(jié)合后抑制相鄰結(jié)合的Bicoid的激活作用（淬滅）這種抑制作用依賴Kruppel對(duì)CtBP（轉(zhuǎn)錄抑制子）的招募，CtBP具酶活性，可以削弱鄰近激活子的功能（短程轉(zhuǎn)錄抑制）短程轉(zhuǎn)錄抑制保證增強(qiáng)子的自主性Evestripe的形成是廣泛分布的激活子（如Bicoid、Hunchback

）和局部分布的抑制子（如Giant、Kruppel

）相互作用的結(jié)果stripe3由Hunchback和Knirps界定，類似的原理操縱著剩余的stripe的形成增強(qiáng)子的自主性是指抑制子與一個(gè)增強(qiáng)子結(jié)合后并不干擾活化子對(duì)另一個(gè)增強(qiáng)子的結(jié)合與激活作用脊腹軸（DV）調(diào)節(jié)蛋白Dorsal控制脊腹形成，沿DV軸的細(xì)胞產(chǎn)生Dorsal蛋白的活性梯度Dorsal蛋白是基因轉(zhuǎn)錄的激活因子，dorsalmRNA在卵母細(xì)胞及早期胚胎中是均一的胚胎細(xì)胞化后從底部和側(cè)面進(jìn)入細(xì)胞（停留在胞質(zhì)頂部，與Cactus蛋白接成復(fù)合體）腹測(cè)的濾泡細(xì)胞先建立起SPZ（spatzle）的濃度梯度spatzle

與卵母細(xì)胞膜上均一的Toll受體結(jié)合SPZ-Toll濃度依賴地進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)遞磷酸化使Dorsal從Dorsal-Cactus復(fù)合體中釋放，進(jìn)入細(xì)胞核細(xì)胞信號(hào)建立果蠅的背腹軸Dorsal的活性梯度啟動(dòng)組織分化Dorsal蛋白的活性梯度激活不同閾值的靶基因：twist、rhomboid、sogtwist基因5’端只有2個(gè)低親和力的Dorsal結(jié)合位點(diǎn)，需要高濃度的Dorsal激活轉(zhuǎn)錄rhomboid基因上游1.5kb有一段300bp的增強(qiáng)子，有多個(gè)twist的低親和力位點(diǎn)，同時(shí)包含至少中親和力的位點(diǎn)sog基因的增強(qiáng)子位于第一內(nèi)含子，一段400bp序列含4個(gè)高親和力的Dorsal結(jié)合位點(diǎn)rhomboid、sog基因的表達(dá)還受到抑制子Snail的協(xié)同作用6進(jìn)化中的基因表達(dá)和調(diào)控基因復(fù)制導(dǎo)致生物多樣性的增加第一種途徑，祖先基因（ancestralgene）復(fù)制后產(chǎn)生新的編碼序列的突變第二種途徑，復(fù)制的基因本身不具有新的功能，而是獲得新的調(diào)控序列，允許具有不同的表達(dá)模式（更重要）置換實(shí)驗(yàn)goosberry和paired基因可能源于1次基因倍增，兩個(gè)蛋白質(zhì)整體結(jié)構(gòu)相似，但只有25%的蛋白序列同源性，含有截然不同的DNA結(jié)合域：同源域和配對(duì)域這2個(gè)基因在胚胎發(fā)育的表達(dá)模式也截然不同，paired基因在7個(gè)條帶中表達(dá)，而goosberry基因在稍晚期的14個(gè)條帶中都表達(dá)配對(duì)蛋白的突變體體節(jié)沒變化，而Gsb突變體發(fā)育異常。融合基因含goosberry基因調(diào)控序列和paired基因的編碼序列，轉(zhuǎn)基因到Gsb突變體中，融合基因挽救了Gsb突變體，形成正常的胚胎和體形正常的成年果蠅（不育）

進(jìn)化中基因表達(dá)變化的3種途徑模式?jīng)Q定基因（patterndetermininggene）：這些基因的活性和表達(dá)模式在進(jìn)化中的變化造成動(dòng)物形態(tài)的顯著改變一個(gè)模式?jīng)Q定基因在新的模式下自己表達(dá)，導(dǎo)致其靶基因獲得新的表達(dá)模式模式?jīng)Q定基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白獲得新的功能一個(gè)給定的模式?jīng)Q定基因的靶基因獲得新的調(diào)控序列，受到其他調(diào)節(jié)基因的控制而獲得新的表達(dá)模式

Pax6表達(dá)的改變Pax6控制幾乎所有動(dòng)物的眼睛的發(fā)育，只在發(fā)育的眼睛中正常表達(dá)，如果在錯(cuò)誤的組織中錯(cuò)誤表達(dá)，會(huì)導(dǎo)致這些組織長(zhǎng)出額外的眼睛進(jìn)化上Pax6的功能有所改變，但最重要的還是產(chǎn)生形態(tài)各異的眼睛如，將烏賊的Pax6基因植入果蠅并錯(cuò)誤表達(dá)，也會(huì)在果蠅的翅膀和腿上長(zhǎng)出異位的眼睛，與果蠅本身的Pax6錯(cuò)誤表達(dá)效果一樣果蠅一和烏賊的Pax6基因的蛋白序列只有30%的同源性

Antp和ftzAntp控制果蠅中胸的發(fā)育，正常情況下只在中胸表達(dá)。一個(gè)染色體的倒置把Antp編碼區(qū)置于調(diào)節(jié)頭部表達(dá)的調(diào)控序列的控制下，導(dǎo)致頭部長(zhǎng)出了腿

Antp和ftz的互變分節(jié)基因ftz和Antp連鎖，是4億年前甲殼類和昆蟲分化前的一次復(fù)制倍增兩蛋白質(zhì)有相關(guān)性，含有非常相似的DNA結(jié)合域，但識(shí)別截然不同的DNA結(jié)合序列，這是因?yàn)樗鼈兒筒煌幕锇榈鞍祝╬artner）結(jié)合形成不同的異二聚體Antp和Exd相互作用，而Ftz和FtzF1相互作用。Antp-Exd和Ftz-FtzF1二聚體識(shí)別截然不同的DNA序列，因此Antp和Ftz調(diào)控不同的靶基因Dorsal的濃度梯度控制模式?jīng)Q定基因的靶增強(qiáng)子的改變可以快速進(jìn)化出新的基因模式把低親和力的結(jié)合位點(diǎn)變成最佳的Dorsal結(jié)合位點(diǎn)可以讓靶基因在更廣泛的模式下被激活被另外一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子增效Dorsal功能，也可以激活更廣泛的表達(dá)被抑制子（Snail）和活化子（Twist）共同作用而獲得新的表達(dá)模式Ubx的錯(cuò)誤表達(dá)果蠅模式?jīng)Q定基因Ubx闡明了3個(gè)進(jìn)化原理，改變Ubx的表達(dá)模式、編碼的調(diào)控蛋白或它的靶增強(qiáng)子都產(chǎn)生了新的基因表達(dá)模式Ubx

控制后胸的發(fā)育（也選擇性地抑制中胸發(fā)育所需要基因的表達(dá)）。Antp是Ubx調(diào)控的基因之一Ubx突變體顯示有4只完全發(fā)育的翅膀，這個(gè)突變提的表型部分來(lái)源于Antp

的錯(cuò)誤表達(dá)Ubx在后胸不同組織的特異表達(dá)依賴它80kb的調(diào)控序列，Cbx（Contrabithorax）可以只改變Ubx的調(diào)控區(qū)，使Ubx不僅在后胸表達(dá)，還在中胸錯(cuò)誤表達(dá)出現(xiàn)顯著的表型是翅膀轉(zhuǎn)化為平衡棒Ubx的功能改變實(shí)驗(yàn)構(gòu)建Ubx和Antp的融合基因，接上hsp70的順式調(diào)控序列，在高溫環(huán)境下發(fā)育果蠅的胚胎，Ubx和Antp在幾乎所有的組織中表達(dá)構(gòu)建Ubx-VP16的融合基因（Ubx的DNA結(jié)合域和病毒VP16蛋白的高效激活功能域），使Ubx轉(zhuǎn)化成一個(gè)激活蛋白Ubx的錯(cuò)誤表達(dá)使胚胎具有后胸的特征，Antp的錯(cuò)誤表達(dá)使胚胎具有中胸的特征Ubx-VP16的錯(cuò)誤表達(dá)與Ubx的不同，而更像Antp產(chǎn)生的表型Ubx靶基因增強(qiáng)子的變化Ubx蛋白含有與Exd相互作用的基序（與Antp類似），形成Ubx-Exd異二聚體。許多同源異構(gòu)蛋白可以和Exd相互作用，識(shí)別復(fù)合的DNA序列Exd識(shí)別的核心序列為TGAT（半位點(diǎn)half-site），Ubx識(shí)別的核心序列為A-T-T/G-A/G，與之相鄰Ubx-Exd異二聚體優(yōu)先選擇中間為T-T的復(fù)合DNA序列，而Exd-Labial異二聚體優(yōu)先選擇中間為G-G的復(fù)合DNA序列7表觀遺傳學(xué)（epigenetics）DNA甲基化（DNAmethylation）

基因組印記（genomicimprinting）染色體失活（chromosomeinactivation）非編碼RNA（noncodingRNA）DNA甲基化真核生物的DNA甲基化只發(fā)生在胞嘧啶5的碳原子上，由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）催化，以S-腺苷-L-甲硫氨酸（SAM）為甲基供體，生成5mCCpG二核苷酸5’端的胞嘧啶是絕大多數(shù)的甲基化位點(diǎn)，2條鏈中相對(duì)的兩個(gè)5mC的甲基在DNA雙鏈的大溝中呈特定的三維結(jié)構(gòu)DNA的甲基化分為維持甲基化（maintenanceof）和從頭甲基化（denovometylation）維持甲基化與DNA復(fù)制相偶聯(lián)，在生成的新DNA鏈中，只有親代鏈?zhǔn)羌谆?，這種非對(duì)稱甲基化DNA鏈對(duì)DNMT1有高親和力從頭甲基化是DNA甲基化狀態(tài)的重新構(gòu)建。在卵子受精的開始，DNMT1完全失活，胚胎基因組完全去甲基化，隨后在DNMT3a和DNMT3b催化下，重新構(gòu)建基因組的甲基化譜CpG島（CpGislands）CpG至少含有300~1000bp的區(qū)域，其中GC所占比例超過(guò)50%，且CpG的觀察值/預(yù)測(cè)值比例必須高于0.6

CpG島通常位于基因的啟動(dòng)子區(qū)或是第一個(gè)外顯子區(qū)CpG島一般是非甲基化的，看家基因的啟動(dòng)子都含有CpG島，且保持非甲基化狀態(tài)；而組織特異性的基因啟動(dòng)子大多保持甲基化狀態(tài)啟動(dòng)子區(qū)CpG島的甲基化的密度與轉(zhuǎn)錄抑制的程度相關(guān)DNA甲基化與基因沉默哺乳動(dòng)物的基因由于其鄰近位置的DNA甲基化而處于沉默狀態(tài)DNA甲基化有2種主要途徑抑制基因轉(zhuǎn)錄，其一是甲基化對(duì)轉(zhuǎn)錄激活子的直接排斥第二是通過(guò)與甲基化結(jié)合蛋白（MeCP2）的識(shí)別結(jié)合，招募組蛋白脫乙酰基酶和組蛋白甲基化酶，修飾常染色質(zhì)為異染色質(zhì)MeCP2是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的選擇性識(shí)別甲基化的CpG位點(diǎn)的蛋白質(zhì)，由1條單鏈多肽組成，包含一個(gè)甲基化胞嘧啶結(jié)合域（MBD）和一個(gè)轉(zhuǎn)錄抑制域（TRD）基因印記基因印記是指來(lái)自父方和母方的等位基因在通過(guò)精子和卵子傳遞給子代時(shí)發(fā)生了修飾，使帶有親代印記的等位基因具有不同的表達(dá)特性在生殖細(xì)胞形成早期，來(lái)自父方和母方的印記將全部被消除。父方等位基因在精母細(xì)胞形成精子時(shí)產(chǎn)生新的甲基化模式；母方等位基因甲基化模式在卵子發(fā)生時(shí)形成，因此在受精前來(lái)自父方和母方的等位基因具有不同的甲基化模式（√）印記基因的存在可能反映了性別的競(jìng)爭(zhēng)，從目前發(fā)現(xiàn)的印記基因來(lái)看，父方對(duì)胚胎的貢獻(xiàn)是加速其發(fā)育，而母方則是限制胚胎發(fā)育速度目前發(fā)現(xiàn)的印記基因大約80%成簇，這些成簇的基因被同一條鏈上的印記控制區(qū)中心（imprintingcontrolregein，ICR）所調(diào)節(jié)。ICR是甲基化的直接目標(biāo)印記基因?qū)ε咛グl(fā)育和胎兒出生后的生長(zhǎng)發(fā)育有重要作用，對(duì)行為和大腦的功能也有很大影響（√）Igf2和H19基因Igf2和H19基因是研究比較透徹的2個(gè)印記基因，位于人第11號(hào)染色體上相互鄰近的位置H19只表達(dá)來(lái)自母本染色體上的等位基因，而Igf2只表達(dá)來(lái)自父本染色體上的等位基因2個(gè)調(diào)節(jié)序列對(duì)上述2個(gè)基因的差異性表達(dá)起關(guān)鍵作用，一個(gè)位于H19下游的增強(qiáng)子序列，另一個(gè)位于兩基因中間的絕緣子序列絕緣子序列與CTCF的蛋白結(jié)合，阻斷激活子在增強(qiáng)子位置對(duì)Igf2的激活作用通過(guò)精子和卵子傳遞給子代時(shí)發(fā)生了修飾，使帶有親代印記的等位基因具有不同的表達(dá)特性父本染色體上絕緣子元件和H19的啟動(dòng)子均被甲基化基因印記與人類疾病臍疝-巨舌-巨人癥綜合征（BWS）（√）患者表現(xiàn)為胚胎和胎盤過(guò)度增生，巨舌，巨大發(fā)育，兒童期易發(fā)生腫瘤。該病主要是由11號(hào)染色體上的Igf2和CDKN1C兩個(gè)印記基因的錯(cuò)誤表達(dá)引發(fā)，Igf2為父本表達(dá)的等位基因，CDKN1C為母本表達(dá)的等位基因父本單親二體型（uniparentaldisomy，UPD）是引發(fā)BWS的主要原因，即Igf2基因雙倍表達(dá)，CDKN1C基因不表達(dá)。次要原因是母本的CDKN1C等位基因發(fā)生突變，或由于母本的染色體發(fā)生移位造成CDKN1C基因失活和（或）母本Igf2的基因表達(dá)與基因組印記相關(guān)的疾病常常是由于印記丟失導(dǎo)致兩個(gè)等位基因同時(shí)表達(dá)，或突變導(dǎo)致有活性的等位基因失活所致抑癌基因有活性的等位基因失活便提高了發(fā)生癌癥的幾率，如Igf2基因印記丟失將導(dǎo)致多種腫瘤，如Wilms瘤。和印記丟失相關(guān)的疾病還有成神經(jīng)細(xì)胞瘤，急性早幼粒細(xì)胞性白血病，橫紋肌肉瘤和散發(fā)的骨肉瘤等

X染色體失活女性有兩條X染色體，而男性只有一條X染色體，為了保持平衡，女性的一條X染色體被永久失活，這便是“劑量補(bǔ)償”效應(yīng)（dosagecompensation）X染色體失活遵循n-1法則，不論有多少條X染色體，最終只能隨機(jī)保留一條的活性，失活的X染色體固縮形成間期的性染色質(zhì)失活是隨機(jī)的，既可以是來(lái)自父本的X染色體，也可以是來(lái)自母本的X染色體。一個(gè)細(xì)胞的某條X染色體一旦失活，由該細(xì)胞繁衍而來(lái)的子細(xì)胞都是相同的X染色體失活（嵌合體）（√）X染色體的失活發(fā)生在胚胎的早期，囊胚期。這個(gè)過(guò)程由X失活中心（Xinactivationcenter，Xic）控制哺乳動(dòng)物受精以后，X染色體發(fā)生系統(tǒng)變化。首先父本X染色體在所有的早期胚胎細(xì)胞中失活，表現(xiàn)為整個(gè)染色體的組蛋白被修飾和對(duì)細(xì)胞分裂有抑制作用的PcG蛋白（Polycombgroup，PcG）表達(dá)，然后Xp在內(nèi)細(xì)胞群又選擇性恢復(fù)活性，最后父本或母本X染色體再隨機(jī)失活X失活中心X失活中心（Xic）是一個(gè)順式作用位點(diǎn)，包含辨別X染色體數(shù)目的信息和Xist基因，前者可保證僅有一條染色體有活性，但機(jī)制不明。Xist基因缺失將導(dǎo)致X染色體失活失敗X染色體失活過(guò)程為：Xist基因轉(zhuǎn)錄出XistRNA，XistRNA包裹在合成它的X染色體上，隨著XistRNA在X染色體上的擴(kuò)展，對(duì)基因沉默的蛋白質(zhì)因子被招募來(lái)，立即誘導(dǎo)DNA甲基化和組蛋白修飾的發(fā)生，這對(duì)X染色體失活的建立和維持有重要的作用失活的染色體依舊持續(xù)合成XistRNA，維持本身的失活狀態(tài)，但有活性的X染色體如何阻止XistRNA的結(jié)合機(jī)制還不明確

X染色體的失活只是部分片段的失活，或者在胚胎發(fā)育時(shí)期需要某些基因的雙份表達(dá)與X染色體失活相關(guān)的疾病

和X染色體失活相關(guān)的疾病多是由X染色體的不對(duì)稱失活使攜帶有突變等位基因的X染色體在多數(shù)細(xì)胞中具有活性所致Wiskott-Aldrich綜合征表現(xiàn)為免疫缺陷、濕疹、伴血小板缺乏癥，該病是由于WASP基因突變所致，該病患者多為男性。因?yàn)槿旧w隨機(jī)失活導(dǎo)致女性為嵌合體，攜帶有50%的正常基因，通常無(wú)癥狀表現(xiàn)存在女性患病的原因在于不對(duì)稱X染色體失活，即攜帶有正常WASP基因的染色體過(guò)多失活但女性體內(nèi)還存在另一種機(jī)制，通過(guò)不對(duì)稱失活使攜帶有突變基因的X染色體大部分失活。對(duì)Pelizae