表觀遺傳研究生一級(jí)課件

08八月2023表觀遺傳研究生一級(jí)03八月2023表觀遺傳研究生一級(jí)1遺傳、變異和環(huán)境是生物進(jìn)化的三大因素拉馬克主義（Lamarckism）：用進(jìn)廢退達(dá)爾文主義（Darwinism）：優(yōu)勝劣汰孟德爾遺傳學(xué)—分子遺傳學(xué)第一節(jié)

遺傳與表觀遺傳遺傳、變異和環(huán)境是生物進(jìn)化的三大因素第一節(jié)遺傳與表觀遺傳2基因型(Genotype)-->表型(Phenotype)基因型(Genotype)-->表型(Phenotype3基因表達(dá)模式一個(gè)多細(xì)胞生物機(jī)體的不同類型細(xì)胞相同的基因型

不同的表型

基因表達(dá)模式一個(gè)多細(xì)胞生物機(jī)體的不同類型細(xì)胞相同的基因型4從受精卵發(fā)育分化成200多種不同類型細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制是什么？導(dǎo)致同一個(gè)細(xì)胞內(nèi)DNA序列完全相同的等位基因發(fā)生功能差異的機(jī)制是什么？組織和細(xì)胞特異性基因表達(dá)模式的建立，及其傳遞和維持的機(jī)制是什么？環(huán)境因素影響表型的機(jī)制是什么？需解釋的問題：從受精卵發(fā)育分化成200多種不同類型細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制是什么？需5基因組包含兩類遺傳信息；一類提供合成生命必須的RNA和蛋白質(zhì)的模板，稱遺傳編碼信息；另一類提供何時(shí)、何地、以何種方式去應(yīng)用遺傳編碼信息，稱為表觀遺傳信息表觀遺傳信息構(gòu)成了基因和表型間的關(guān)鍵信息界面。它拓展了經(jīng)典的遺傳信息所涵蓋的意義，使生物在保持遺傳穩(wěn)定的同時(shí)能夠更好地適應(yīng)環(huán)境表觀遺傳研究生一級(jí)課件6Agouti小鼠的A基因編碼一種旁分泌的信號(hào)分子,能使毛囊黑色素細(xì)胞從合成黑色素轉(zhuǎn)為合成黃色素。在鼠毛生長的中間階段，A基因的一過性短暫表達(dá)在每根鼠毛的毛尖下方形成黃色條帶，使野生型Agouti小鼠呈現(xiàn)特征性的棕褐色環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控Agouti小鼠的A基因編碼一種旁分泌的信號(hào)分子,能使毛囊7在A基因5’端上游插入一個(gè)源自逆轉(zhuǎn)座子的IAP(intracisternalAparticle)序列后，A基因受IAP中的啟動(dòng)子調(diào)控而持續(xù)異位表達(dá)，造成攜有該突變的小鼠毛色變黃，肥胖。插入了IAP的A基因稱為AVY等位基因(Agoutiviableyellowgeneallele)

J.Nutr.127,1902S–1907S(1997).FASEBJ.12,949–957(1998).在A基因5’端上游插入一個(gè)源自逆轉(zhuǎn)座子的IAP(int8IAP啟動(dòng)子區(qū)域CpG島的甲基化會(huì)使有些細(xì)胞中的AVY基因表達(dá)受抑。所以，即使在近交系同窩仔鼠中，AVY小鼠也會(huì)出現(xiàn)以黃色為主到雜以大小不等的棕褐色斑塊的不同表型J.Nutr.127,1902S–1907S(1997).FASEBJ.12,949–957(1998).IAP啟動(dòng)子區(qū)域CpG島的甲基化會(huì)使有些細(xì)胞中的AVY基因表9EffectofmaternaldietarysupplementationonthephenotypeandepigenotypeofAvy/aoffspring.Mol.Cell.Biol.23,5293–5300(2003).Effectofmaternaldietarysup10表觀遺傳研究生一級(jí)課件11

（1）表觀遺傳修飾對(duì)環(huán)境因子的敏感性可以用來解釋遺傳學(xué)上完全一樣的個(gè)體在不同的環(huán)境中可產(chǎn)生明顯的表型差異，也提示表觀遺傳修飾在基因和環(huán)境的相互作用中起著重要的作用Agouti小鼠實(shí)驗(yàn)的深刻啟示在于：

（2）基因組中可轉(zhuǎn)座因子的異常甲基化，會(huì)引起個(gè)體在細(xì)胞水平上的表觀遺傳鑲嵌性，擴(kuò)大了表型變化的范圍Agouti小鼠實(shí)驗(yàn)的深刻啟示在于：（2）基因組中可轉(zhuǎn)座因12表觀遺傳學(xué)(epigenetics)：研究不涉及DNA序列改變的基因表達(dá)和調(diào)控的可遺傳變化機(jī)制，或者說是研究從基因型演繹為表型的過程和機(jī)制的一門新興的遺傳學(xué)分支表觀遺傳的異常會(huì)引起表型的改變、機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能的異常，甚至導(dǎo)致疾病表觀遺傳學(xué)(epigenetics)：研究不涉及DNA序列改13遺傳學(xué)與表觀遺傳學(xué)遺傳學(xué)與表觀遺傳學(xué)14表觀遺傳研究生一級(jí)課件15表觀遺傳學(xué)（epigenetics）揭示了基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的兩個(gè)特征：一是它們長久地可以受到自然性的后天影響（可獲得性），二是它們可以遺傳（可遺傳性）。這兩種因素結(jié)合在一起，那么獲得性遺傳就是有可能的了如此，至少在某種程度上，表觀遺傳學(xué)讓拉馬克主義復(fù)活了，它也許能夠成為達(dá)爾文進(jìn)化思想的一個(gè)補(bǔ)充表觀遺傳學(xué)（epigenetics）揭示了基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制的16表觀遺傳機(jī)制DNA甲基化組蛋白修飾和染色質(zhì)重塑非編碼RNA調(diào)控第二節(jié)表觀遺傳密碼概述表觀遺傳機(jī)制DNA甲基化組蛋白修飾和染色質(zhì)重塑非編碼RNA調(diào)17

基因組DNA上胞嘧啶的第5位碳原子和甲基共價(jià)結(jié)合，被修飾為5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5-mC)，是最重要的表觀遺傳修飾形式之一1.DNA甲基化(DNAmethylation)

基因組DNA上胞嘧啶的第5位碳原子和甲基共價(jià)結(jié)18結(jié)構(gòu)基因5’端附近富含CpG二聯(lián)核苷的區(qū)域稱為CpG島(CpGislands)DNA甲基化哺乳動(dòng)物基因組DNA中5-mC約占胞嘧啶總量的2%-7%，絕大多數(shù)5-mC存在于CpG二聯(lián)核苷(CpGdoublets)結(jié)構(gòu)基因5’端附近富含CpG二聯(lián)核苷的區(qū)域稱為CpG島(Cp19通常，DNA甲基化與基因沉默(genesilence)相關(guān)；非甲基化與基因活化(geneactivation)相關(guān)；去甲基化與沉默基因的重新激活(reactivation)相關(guān)

通常，DNA甲基化與基因沉默(genesilence)20

基因啟動(dòng)子所含CpG島中的5-mC會(huì)阻礙轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體與DNA的結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄DNA甲基化序列與MeCP、MBD結(jié)合后，募集轉(zhuǎn)錄阻遏蛋白質(zhì)到局部，使組蛋白去乙酰化、染色質(zhì)重構(gòu)、異染色質(zhì)化，抑制基因表達(dá)DNA甲基化調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄CpG頻率5’Rb基因3’基因啟動(dòng)子所含CpG島中的5-mC會(huì)阻礙轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體與D21

22識(shí)別、結(jié)合甲基化序列的蛋白質(zhì)識(shí)別、結(jié)合甲基化序列的蛋白質(zhì)23

從頭甲基化

胚胎期，對(duì)稱，Dnmt3a、b完成

維持甲基化成熟體細(xì)胞，

Dnmt1完成DNA甲基化狀態(tài)的遺傳從頭甲基化

胚胎期，對(duì)稱，Dnmt3a、b完成DNA甲基化24DNA甲基化狀態(tài)的保持DNA主動(dòng)去甲基化DNA全新甲基化DNA甲基化狀態(tài)的保持DNA主動(dòng)去甲基化DNA全新甲基化255-羥甲基胞嘧啶——第六種堿基的奧秘

5mC和5hmC的生成圖示5-羥甲基胞嘧啶——第六種堿基的奧秘5mC和5hmC26Science,2009,324(5929):929–930

Science,2009,324(5929):929–27表觀遺傳研究生一級(jí)課件28Science,2009,324(5929):930–935

Science,2009,324(5929):930–29TET蛋白家族結(jié)構(gòu)示意圖TET蛋白家族結(jié)構(gòu)示意圖30SchematicdiagramsoftheTetproteinsSchematicdiagramsoftheTet31

5hmC在基因組中的分布5hmC在基因組中的分布32

5hmC在DNA去甲化過程中的作用5hmC在DNA去甲化過程中的作用33RelationshipofTet1/5hmCandtranscriptioninmouseEScells.RelationshipofTet1/5hmCand34

2.組蛋白修飾與染色質(zhì)重塑2.組蛋白修飾與染色質(zhì)重塑35

組蛋白的N端會(huì)受到不同的化學(xué)修飾，如磷酸化、乙酰化和甲基化等修飾組蛋白中被修飾氨基酸的種類、位置和修飾類型組成了組蛋白密碼（histonecode）組蛋白的結(jié)構(gòu)修飾可使染色質(zhì)的構(gòu)型改變，與基因的表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。以核小體變化為基本特征的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化過程稱為染色質(zhì)重塑組蛋白的N端會(huì)受到不同的化學(xué)修飾，如磷酸化、乙?；图?6染色質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)37乙酰化：大多發(fā)生在H3、H4的Lys殘基上，一般與活化的染色質(zhì)構(gòu)型相關(guān)甲基化：發(fā)生在H3、H4的Lys和Asp殘基上，可以與基因抑制有關(guān)，也可以與基因的激活相關(guān)，取決于被修飾的位置和程度磷酸化：發(fā)生與Ser殘基，一般與基因活化相關(guān)泛素化：一般是C端Lys修飾，啟動(dòng)基因表達(dá)SUMO（一種類泛素蛋白）化：可穩(wěn)定異染色質(zhì)組蛋白修飾種類乙?；捍蠖喟l(fā)生在H3、H4的Lys殘基上，一般與活化的38組蛋白乙?；揎棿蠖嗉性贖3的第9、14、18、27位賴氨酸及H4的第5、8、12和16位的賴氨酸組蛋白乙酰化是由組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶(HAT)和組蛋白去乙?；?HDAC)協(xié)調(diào)催化完成，是一個(gè)可逆的動(dòng)力學(xué)過程，可以調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄組蛋白乙?；揎椊M蛋白乙酰化修飾大多集中在H3的第9、14、18、27位賴氨39HATandHDAC40KAT:lysine(K)acetyltransferaseHATandHDAC40KAT:lysine(K)40414141組蛋白甲基化多發(fā)生于組蛋白H3、H4的賴氨酸、精氨酸和組氨酸殘基上，可發(fā)生一甲基、二甲基和三甲基化。研究最多的位點(diǎn)是H3K4,H3K9,H3K27,H3K36,H3K79和H4K20。組蛋白甲基化由特異的組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(histonemethyltransferase,HMT)催化完成，去甲基化是由賴氨酸去甲基酶(lysine-specificdemethylase1,LSD1)催化完成。組蛋白甲基化修飾組蛋白甲基化多發(fā)生于組蛋白H3、H4的賴氨酸、精氨酸和組氨酸42NatureReviewGenetics,2012,13(5):343NatureReviewGenetics,2012,143表觀遺傳研究生一級(jí)課件44組蛋白修飾種類與功能組蛋白修飾種類與功能45表觀遺傳研究生一級(jí)課件46DNA甲基化、組蛋白乙酰化、染色質(zhì)重塑與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)DNA甲基化、組蛋白乙?；?、染色質(zhì)重塑與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)474.RNA調(diào)控4.RNA調(diào)控48lncRNome:http://genome.igib.res.in/lncRNome/NONCODE:/index.phpLNCipedia:/DIANA-LncBase

:http://diana.imis.athena-innovation.gr/DianaTools/index.php?r=lncBase/indexstarBase:/index.php

lncRNome:http://genome.igib.r49真核細(xì)胞中,存在著一個(gè)由DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重塑和ncRNA系統(tǒng)組成的一個(gè)表觀遺傳修飾網(wǎng)絡(luò)，能動(dòng)地調(diào)控著具有組織和細(xì)胞特異性的基因表達(dá)模式。機(jī)體的表觀遺傳模式的變化在整個(gè)發(fā)育過程中是高度有序的，也是嚴(yán)格受控的

真核細(xì)胞中,存在著一個(gè)由DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)50表觀遺傳調(diào)控作用基因組印跡基因表達(dá)編程X染色體失活第三節(jié)DNA甲基化與表觀遺傳現(xiàn)象表觀遺傳基因組印跡基因表達(dá)編程X染色體失活第三節(jié)DNA甲511956年,A.Prader和H.Willi

父源染色體15q11-13區(qū)段缺失Prader-Willi綜合征1956年,A.Prader和H.WilliPra52Angelman綜合征

1968年H.Angelman

母源染色體15q11-13區(qū)段缺失Angelman綜合征196853

PWS和AS這一對(duì)綜合征表明父親和母親的基因組在個(gè)體發(fā)育中有著不同的影響，這種現(xiàn)象被稱為基因組印跡(genomicimprinting)。也稱為遺傳印記（geneticimpriting）

基因組印記(genomicimprinting)是在受精卵形成過程中，特異性地對(duì)源于父親或母親的等位基因做一印記，使其只表達(dá)父源或母源等位基因，在子代中產(chǎn)生不同表型。是一種不符合孟德爾遺傳規(guī)律的表觀遺傳現(xiàn)象1.基因組印記

(genomicimprinting)PWS和AS這一對(duì)綜合征表明父親和母親的基因組在個(gè)體發(fā)育54近年研究表明，基因組印跡是兩個(gè)親本等位基因的差異性甲基化造成了一個(gè)親本等位基因的沉默，另一個(gè)親本等位基因保持單等位基因活性。

近年研究表明，基因組印跡是兩個(gè)親本等位基因的差異性甲基化造成55表觀遺傳研究生一級(jí)課件56

在父源和母源染色體上，這些調(diào)控元件的CpG島呈現(xiàn)甲基化型的明顯差異。

在PWS和AS患者中發(fā)現(xiàn)，微小染色體缺失集中的區(qū)域有成簇排列的富含CpG島的基因表達(dá)調(diào)控元件，稱為印跡中心(imprintingcenters,ICs)SNRPN的23個(gè)CpG二聯(lián)核苷父源非甲基化完全甲基化母源例如

差異甲基化(differentialmethylation)：父源和母源染色體上的ICs的甲基化呈現(xiàn)出分化狀態(tài)在父源和母源染色體上，這些調(diào)控元件的CpG島呈現(xiàn)甲基化57Beckwith-Wiedemann綜合征(BWS)是一種過度生長綜合征,常伴有肥胖和先天性臍疝等癥狀，并有兒童期腫瘤易患傾向Beckwith-Wiedemann綜合征(BWS)是一種過58

在長約1Mb的該區(qū)段中至少有12個(gè)成簇排列的印跡基因，其中有些呈父源等位基因表達(dá)模式，另一些呈母源等位基因表達(dá)模式，這些基因分屬兩個(gè)印跡域(imprinteddomain)，它們的印跡狀態(tài)分別受控于印跡調(diào)控區(qū)(impritingcontrolregions，ICR)源于染色體11p15.5區(qū)段的多種能造成該區(qū)段印跡基因表達(dá)失衡的遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)機(jī)制異常在長約1Mb的該區(qū)段中至少有12個(gè)成簇排列的印跡基因，59表觀遺傳研究生一級(jí)課件60差異甲基化區(qū)（ICE）、鋅指蛋白（CTCF）和增強(qiáng)子（E）對(duì)Igf2和H19的交互易換式印跡調(diào)節(jié)模式差異甲基化區(qū)（ICE）、鋅指蛋白（CTCF）和增強(qiáng)子（E）對(duì)61已發(fā)現(xiàn)100多個(gè)印跡基因，大多成簇排列，其中許多與疾病相關(guān)多數(shù)印跡基因的作用機(jī)制尚不清楚，但都與DNA甲基化型的異常相關(guān)不同親本來源的印跡基因的DNA甲基化型是在生殖細(xì)胞成熟過程中建立的

已發(fā)現(xiàn)100多個(gè)印跡基因，大多成簇排列，其中許多與疾病相關(guān)62印跡基因的DNA甲基化型在生殖細(xì)胞成熟過程中的建立原始性細(xì)胞（2n）配子（n）合子（2n）印跡基因的DNA甲基化型在生殖細(xì)胞成熟過程中的建立原始性細(xì)胞63

基因組印跡是性細(xì)胞系的一種表觀遺傳修飾，由一整套分布于染色體不同部位的印跡中心來協(xié)調(diào)印跡中心介導(dǎo)印跡標(biāo)記的建立及其在發(fā)育全過程中的維持和傳遞，并以親本來源特異性方式優(yōu)先表達(dá)兩個(gè)親本等位基因中的一個(gè)，而使另一個(gè)沉默。哺乳動(dòng)物中相當(dāng)數(shù)量的印跡基因與胎兒的生長發(fā)育和胎盤的功能密切相關(guān)

基因組印跡是性細(xì)胞系的一種表觀遺傳修飾，由一整套分布于染色64發(fā)育是一個(gè)高度有序的生物學(xué)過程，是從一個(gè)全能的受精卵開始，到建成一個(gè)由200多種結(jié)構(gòu)和功能各異的細(xì)胞組成的整體的過程2.基因重新編程(reprogramming)一個(gè)生物機(jī)體的所有細(xì)胞雖具有完全一樣的基因組，卻有不一樣的基因表達(dá)模式。與組織和細(xì)胞特異性的基因表達(dá)模式的建立和維持相關(guān)的細(xì)胞信息，必需是可以通過細(xì)胞分裂而遺傳的，同時(shí)也應(yīng)該具備被刪除和重建的潛在可能性

發(fā)育是一個(gè)高度有序的生物學(xué)過程，是從一個(gè)全能的受精卵開始，到65

“多莉”克隆綿羊的誕生雄辯地證明：一個(gè)來自成年的哺乳動(dòng)物的高度分化的體細(xì)胞仍然保持發(fā)育成為完整個(gè)體的能力，也就是說細(xì)胞的分化并沒有造成不可逆的遺傳物質(zhì)修飾“多莉”克隆綿羊的誕生雄辯地證明：一個(gè)來自成年的哺乳66已完全分化的細(xì)胞，其基因組在特定條件下可經(jīng)表觀遺傳修飾重建而為胚胎發(fā)育中的基因表達(dá)重新編程，賦予發(fā)育全能性，為胚胎發(fā)育和分化發(fā)出正確的指令。胚胎發(fā)育中表觀基因組重新編程的差誤將會(huì)導(dǎo)致多種表觀遺傳缺陷性疾病已完全分化的細(xì)胞，其基因組在特定條件下可經(jīng)表觀遺傳修飾重建而67多莉：死掉了…IanWilmutDolly多莉：生于1996年7月5日，死于2003年2月14日多莉：死掉了…IanWilmutDolly多莉：生于19968早期原始生殖細(xì)胞在沿著生殖系統(tǒng)管腔移行時(shí)，原屬體細(xì)胞型的表觀遺傳修飾(包括基因組印跡)會(huì)被刪除。在生殖細(xì)胞發(fā)生與成熟過程中表觀遺傳標(biāo)記重新建立早期原始生殖細(xì)胞在沿著生殖系統(tǒng)管腔移行時(shí)，原屬體細(xì)胞型的表觀69受精后，會(huì)進(jìn)行除印跡基因以外的表觀遺傳修飾的刪除與重建，重建后的表觀基因組在組織特異性定型后被穩(wěn)定地維持受精后，會(huì)進(jìn)行除印跡基因以外的表觀遺傳修飾的刪除與重建，重建70Dynamicchangesof5mCand5hmClevelsinthepaternalandmaternalgenomesduringpreimplantationdevelopment.Dynamicchangesof5mCand5hm71LevelsofmC,hmC,andtheTETenzymesduringcellulardevelopmentLevelsofmC,hmC,andtheTET72CellStemCell.2013Mar13.

CellStemCell.2013Mar13.73Tet1actsattheOct4locitopromote5mC-to-5hmCconversionandfacilitatestheDNAdemethylationandtranscriptionalreactivationduringOSKMiPSCinduction.Tet1(T)canreplaceOct4andinitiatesomaticcellreprogramminginconjunctionwithSox2(S),Klf4(K),andc-Myc(M).EstablishedanefficientTSKMsecondaryreprogrammingsystem5hmCenrichmentisinvolvedinthedemethylationandreactivationofgenesandregulatoryregionsthatareimportantforpluripotency.Tet1actsattheOct4locito74ASchematicModelofTSKM-MediatedReprogrammingandQuantificationof5mCand5hmCiniPSCsASchematicModelofTSKM-Medi75MolCell.2013Feb28.

MolCell.2013Feb28.76Genomicimprintingdirectstheallele-specificmarkingandexpressionoflociaccordingtotheirparentalorigin.DifferentialDNAmethylationatimprintedcontrolregions(ICRs)isestablishedingametesand,althoughlargelypreservedthroughdevelopment,canbeexperimentallyresetbyfusingsomaticcellswithembryonicgermcell(EGC)lines.ThefusionofBcellswithEGCsinitiatespluripotentreprogramming,inwhichrapidre-expressionofOct4isaccompaniedbyanaccumulationof5-hydroxymethylcytosine(5hmC)atseveralICRs.Tet2wasrequiredfortheefficientreprogrammingcapacityofEGCs,whereasTet1wasnecessarytoinduce5-methylcytosineoxidationspecificallyatICRs.ThesedatashowthattheTet1andTet2proteinshavediscreterolesincell-fusion-mediatedpluripotentreprogrammingandimprinterasureinsomaticcells.Genomicimprintingdirec77

◆動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，改變胚胎培養(yǎng)液會(huì)引起異常甲基化和印跡基因Igf2和H19的表達(dá)失調(diào)，造成印跡性疾病◆輔助生育是在配子生成和胚胎發(fā)育早期干預(yù)生殖，這正是表觀遺傳編程獲得和維持的關(guān)鍵時(shí)期，提示有必要對(duì)經(jīng)輔助生育技術(shù)孕育的孩子作表觀遺傳學(xué)監(jiān)測表觀遺傳修飾的重新編程對(duì)環(huán)境變化非常敏感◆動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，改變胚胎培養(yǎng)液會(huì)引起異常甲基化和印跡基因78

1949年,Barr在雌貓神經(jīng)元的核中發(fā)現(xiàn)緊貼核膜有深染，呈圓、橢圓、三角形的小體，而雄貓中沒有。其它哺乳類（包括人類）都有這一現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)命名為Barr小體，現(xiàn)在稱X染色質(zhì)雄雌3.X染色體失活1949年,Barr在雌貓神經(jīng)元的核中發(fā)現(xiàn)緊貼核膜79

雌性哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)僅有一條X染色體是有活性的，另一條在遺傳上是失活的，在間期細(xì)胞核中固化為異染色質(zhì)。因此，雌雄兩性細(xì)胞中都只有一條X染色體保持轉(zhuǎn)錄活性，使X連鎖基因產(chǎn)物的量保持相同水平失活發(fā)生在胚胎早期（第16天）X染色體的失活是隨機(jī)的，失活后是恒定的失活的X染色體上仍有部分基因是有活性的Lyon化現(xiàn)象——

X染色體的劑量補(bǔ)償（dosagecompensation）雌性哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)僅有一條X染色體是有活性的，另一條在遺80X染色體失活過程模式圖X染色體失活過程模式圖81

1991年，發(fā)現(xiàn)X染色體Xq13.3區(qū)段有一個(gè)X失活中心(X-inactioncenter，Xic)，X-失活從Xic區(qū)段開始啟動(dòng)，然后擴(kuò)展到整條染色體X染色體失活的機(jī)制1991年，發(fā)現(xiàn)X染色體Xq13.3區(qū)段有一82表觀遺傳研究生一級(jí)課件83Xist：X染色體失活的特異性轉(zhuǎn)錄子，產(chǎn)物是lncRNA。

Tsix：位于Xist下游的反向轉(zhuǎn)錄子，產(chǎn)物也是lncRNA，調(diào)控Xist的功能DXPas34：富含CpG，包括15Kb的微衛(wèi)星序列，參與X-失活。

Xic長約1Mb，包括基因：Xist、Tsix和DXPas34

Xist：X染色體失活的特異性轉(zhuǎn)錄子，產(chǎn)物是lncRNA。84LncRNAsinX-chromosomeinactivationLncRNAsinX-chromosomeinact85表觀遺傳研究生一級(jí)課件86

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：由于WASP基因突變所致

自身免疫性疾?。号砸赘幸埠蚗染色體失活相關(guān)，因?yàn)榕詾榍逗象w，如果自身免疫性T細(xì)胞不能耐受兩個(gè)X染色體所編碼的抗原，則會(huì)導(dǎo)致自身免疫缺陷性疾病，如紅斑狼瘡等

與X染色體失活相關(guān)的疾病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87

Rett綜合征是一種X連鎖遺傳性進(jìn)行性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其疾病基因是X染色體上編碼McCP2蛋白質(zhì)的基因Rett綜合征Rett綜合征是一種X連鎖遺傳性進(jìn)行性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其疾病88

ICF綜合征是一種罕見的常染色體隱性遺傳病，主要病癥是不同程度的免疫缺陷，并伴以面部畸形和智力低下?；颊咧辽儆袃煞N同型免疫球蛋白的減少或缺失，并造成細(xì)胞免疫缺陷

ICF綜合征ICF綜合征是一種罕見的常染色體隱性遺89患者有典型隨體序列Ⅱ和Ⅲ的低甲基化，是能催化DNA從頭甲基化的DNMT3B編碼基因的突變所致患者的淋巴細(xì)胞分裂中，1號(hào)、9號(hào)和16號(hào)等多條染色體的環(huán)著絲粒區(qū)域的不穩(wěn)定性明顯增高。這些區(qū)域含一種衛(wèi)星DNA序列，與著絲粒的功能和動(dòng)基體裝配有關(guān)。這些序列通常是被甲基化的，但在ICF患者中幾乎完全非甲基化患者有典型隨體序列Ⅱ和Ⅲ的低甲基化，是能催化DNA從頭甲基90Cell.2012Dec21;151(7):1417-30.最新進(jìn)展Cell.2012Dec21;151(7):1417-91

早在1979年R.Holliday就曾經(jīng)提出DNA甲基化可能在癌變過程中起著重要的作用。1983年，發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞中DNA甲基化的總體水平低于正常細(xì)胞，腫瘤細(xì)胞的低

甲

基化頻繁發(fā)生于重復(fù)序列和在生物進(jìn)化過程中引入的寄生性DNA，造成基因組不穩(wěn)定第四節(jié)表觀遺傳與腫瘤早在1979年R.Holliday就曾經(jīng)提出DNA甲基92

除DNA甲基化的總體水平降低之外，癌細(xì)胞往往出現(xiàn)局部序列的高甲基化，高甲基化通常集中在抑癌基因啟動(dòng)子附近的GpG島

DNA甲基化的異?？赡苁前┘?xì)胞中某些抑制惡性生長的基因沉默的原因除DNA甲基化的總體水平降低之外，癌細(xì)胞往往出現(xiàn)局部93組織特異性甲基化遺傳印記X-染色體失活轉(zhuǎn)座重復(fù)順序的靜息化

抑癌基因的啟動(dòng)子CpG島的高甲基化全景性的去甲基化5mC的高變異性>T正常細(xì)胞腫瘤細(xì)胞DNACpG甲基化腫瘤細(xì)胞的表觀遺傳變化組織特異性甲基化遺傳印記X-染色體失活轉(zhuǎn)座重復(fù)順序的靜息化94表觀遺傳異常與腫瘤發(fā)生表觀遺傳異常與腫瘤發(fā)生95表觀遺傳研究生一級(jí)課件96表觀遺傳研究生一級(jí)課件97甲基化和去乙?；幬镏委熌[瘤甲基化和去乙?；幬镏委熌[瘤98

表觀遺傳學(xué)是建立在經(jīng)典遺傳學(xué)理論基礎(chǔ)上，研究基因功能實(shí)現(xiàn)機(jī)制的遺傳學(xué)分支學(xué)科遺傳學(xué)研究基因序列改變所致基因表達(dá)變化，如基因突變、基因雜合丟失和微衛(wèi)星不穩(wěn)定等；而表觀遺傳學(xué)則研究基于非基因序列改變所致基因表達(dá)變化，如DNA甲基化和染色質(zhì)構(gòu)象變化等

結(jié)束語表觀遺傳學(xué)是建立在經(jīng)典遺傳學(xué)理論基礎(chǔ)上，研究基因功能實(shí)現(xiàn)99表觀遺傳研究生一級(jí)課件100表觀遺傳研究生一級(jí)課件101Reviews：Cell，2007：128issue4Nature,2007:vol447issue24Website:///labheads/allis/index.phphttp://www.babraham.ac.uk/chromatin/fraser.htmlFURTHERREADINGReviews：FURTHERREADING102

103YiZhang:張毅Born:1963,SichuanBS:1984AgriculturalUniversityofChinaPhD:1995FloridaStateUniversityatTallahasseePostdoc:1999RobertWoodJohnsonSchoolofMedicineAsst.Prof.1999-2004UniversityofNorthCarolina,ChapelHillAssociateProf2004-2005UNCProfessor2005,HHMI2005GraduateStudentPabon-Pena,L.M.,Zhang,Y.,andEpstein,L.M.(1991).Newtsatellite2transcriptsself-cleavebyusinganextendedhammerheadstructure.Mol.Cell.Biol.11,6109-6115.Coats,S.R.,Zhang,Y.,andEpstein,L.M.(1994).Transcriptionofsatellite2fromthenewtisdrivenbyasnRNAtypeofpromoter.NucleicAcidsRes.22,4697-4704.Zhang,Y.,andEpstein,L.M.(1996).Cloningandcharacterizationofsatellite2hammerheadsfromadiversesetofcaudateamphibians.Gene172,183-190.PostdocZhang,Y.,Iratni,R.,Erdjument-Bromage,H.,Tempst,P.,andReinberg,D.(1997).HistonedeacetylasesandSAP18,anovelpolypeptide,arecomponentsofahumanSin3complex.Cell89,357-364.Zhang,Y.,Sun,Z.W.,Iratni,R.,Erdjument-Bromage,H.,Tempst,P.,Hampsey,M.,andReinberg,D.(1998).SAP30,anovelproteinconservedbetweenhumanandyeast,isacomponentofahistonedeacetylasecomplex.MolCell1,1021-1031.Zhang,Y.,LeRoy,G.,Seelig,H.-P.,Lane,W.,andReinberg,D.(1998).Thedermatomyositis-specificautoantigenMi2isacomponentofaproteincomplexcontaininghistonedeacetylaseandnucleosomeremodelingactivities.Cell95,279-289.Zhang,Y.,Ng,H-H.,Erdjument-Bromage,H.,Tempst,P.,Bird,A.,andReinberg,D.(1999).AnalysisoftheNuRDsubunitsrevealsahistonedeacetylasecorecomplexandaconnectionwithDNAmethylation.Genes&Dev.13,1924-1935.YiZhang:張毅Born:1963,Sichua104AssistantProf.(2001).Genes&Dev,15:827-832.(2001).Gene268,77-85.(2001).

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