表觀遺傳學完整版本

表觀遺傳學

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Epigenetics

）1.現(xiàn)象的出現(xiàn)1930年，著名的果蠅遺傳學家H.J.Muller描述了“位置效應花斑”（positioneffectvariegation,PEV）所有染色質(zhì)劑量正常，只是排列異常，表型大不相同H.J.Muller2.概念演化1939，Waddington在對基因型決定表型過程中的偶然性機制研究中最先使用了這一名詞表觀遺傳現(xiàn)象：非DNA突變引起的可繼承的表型變化原則：開關(guān)型和可繼承定義：不基于DNA差異的核酸遺傳。即細胞分裂過程中，DNA序列不變的前提下，全基因組的基因表達調(diào)控所決定的表型遺傳，涉及染色質(zhì)重編程、整體的基因表達調(diào)控（DNA甲基化，組蛋白修飾、干擾RNA等)3.研究對象研究與經(jīng)典孟德爾定律不相符的許多遺傳現(xiàn)象過程中逐步發(fā)展起來的研究的一個重要問題：等位基因的選擇性調(diào)控“人絕不僅僅是基因的簡單累加”“你可以繼承DNA序列之外的一些東西，這正是現(xiàn)在遺傳學中讓我們激動的地方”4.表觀遺傳學的界定表觀遺傳學的共同線索：DNA不是“裸露的”DNA與組蛋白構(gòu)成一個動態(tài)的多聚體—染色質(zhì)通過調(diào)整染色質(zhì)的狀態(tài)來實現(xiàn)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)某一個體不變的DNA序列染色質(zhì)的總體構(gòu)成，會隨著細胞類型的不同而變化，以及對其收到的內(nèi)外界信號發(fā)生反應染色質(zhì)的變化可隨細胞類型的變化而不同，也可對外界信號發(fā)生反應outline第一章：染色質(zhì)修飾及其作用機理第二章：染色體重塑與組蛋白變體第三章：DNA甲基化第四章：RNA干擾和異染色質(zhì)組裝第五章：哺乳動物基因組印記第六章：哺乳動物X染色體失活第七章：表觀遺傳學和人類疾病第一章：染色質(zhì)修飾及其作用機理1.核小體和染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)染色質(zhì)：DNA+組蛋白組蛋白（Histone）：小分子強堿性蛋白。由球狀結(jié)構(gòu)域和可變的（相對無結(jié)構(gòu)域的）從核小體表面伸出的“組蛋白尾部”組成，組蛋白序列相當保守核小體（Nucleosome）：染色質(zhì)重復單位，由核心組蛋白（H2A、H2B、H3和H4）組成的一個蛋白八聚體和一段147bp包繞在外周的DNA組成核小體結(jié)構(gòu)（左）核小體模型（右）組蛋白核心八聚體被DNA盤繞結(jié)構(gòu)圖2.組蛋白翻譯后修飾（HPTM）分類：（1）小分子化學集團修飾：乙?；姿峄图?/p>

基化；（2）肽類修飾：泛素化和sumo化模型1：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變模型1提出染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變是由組蛋白乙酰化或磷酸化等順式共價修飾所介導模型2描述了某種組蛋白翻譯后修飾對一個染色質(zhì)結(jié)合因子的抑制作用模型3中，一個組蛋白翻譯后修飾可以為一個染色質(zhì)結(jié)合因子提供特異性結(jié)合3.組蛋白翻譯后修飾類型

3.1乙酰化（acetylation）與去乙?；瘜嶒炞C據(jù)：轉(zhuǎn)錄活躍區(qū)或準備轉(zhuǎn)錄的染色質(zhì)區(qū)域傾向于開放構(gòu)想，可被核酸酶降解；實驗發(fā)現(xiàn)雞紅細胞中活躍球蛋白基因處核酸酶高敏位點和組蛋白高乙?；稽c有高度的相關(guān)性釀酒酵母中，轉(zhuǎn)錄沉默區(qū)域有降低的轉(zhuǎn)錄水平基因表達過程中重要的調(diào)控方式組蛋白的高乙?；寝D(zhuǎn)錄活躍的標志，低乙?；瘎t與轉(zhuǎn)錄抑制有關(guān)多發(fā)生在H3和H4的賴氨酸上組蛋白乙?；绞墙M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HATs）和組蛋白去乙酰化酶（HDACs）共同調(diào)控的過程乙?；福篏NAT—以H3為主要底物MYST--以H4為主要底物CBP/p300去乙?；福悍譃?類，期中第Ⅲ類為需要NAD作為輔酶基因激活因子招募組蛋白乙酰化酶模型一：乙?；泻土藥д姷馁嚢彼?，降低了組蛋白與帶負電DNA的結(jié)合，開放了DNA結(jié)合位點，使得轉(zhuǎn)錄因子易于與DNA結(jié)合而促進轉(zhuǎn)錄模型三：提供轉(zhuǎn)錄因子給某些染色質(zhì)結(jié)合蛋白3.2磷酸化（Phosphorylation）最著名的翻譯后修飾，組蛋白是最早被發(fā)現(xiàn)具有磷酸化的蛋白之一轉(zhuǎn)錄中的作用：激活轉(zhuǎn)錄1991年，Mahadeevan研究發(fā)現(xiàn)，促進細胞周期的基因表達的上升與組蛋白H3磷酸化具有相關(guān)性，四膜蟲的研究也證實了連接組蛋白H1的磷酸化也可能影響轉(zhuǎn)錄調(diào)控磷酸化重要位點：H3第十位絲氨酸（H3S10）

精確機理：所知甚少！有證據(jù)支持3個經(jīng)典模型模型一：四膜蟲中，連接組蛋白H1和若干相鄰殘疾的磷酸化影響組蛋白與DNA結(jié)合的親和性，增加周圍染色質(zhì)的轉(zhuǎn)錄潛力

模型二：引起HP-1蛋白與DNA結(jié)合的親和性下降

模型三：14-3-3接頭蛋白可識別基因啟動子處磷酸化集團3.3甲基化（Methylation）最復雜的修飾可以發(fā)生在賴氨酸或精氨酸上；每個甲基化狀態(tài)多樣性（單甲基化或多甲基化）目前已知24個甲基化位點轉(zhuǎn)錄中的作用：激活或抑制3.3.1賴氨酸的甲基化賴氨酸可以被單（me1）、雙（me2）或三（me3）甲基化6個甲基化位點較清楚：H3上的K4，K9，K27，K36，K79；H4上的K20H3K4，H3K36，H3K79與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)，其余的與轉(zhuǎn)錄抑制相關(guān)組蛋白賴氨酸甲基化酶:除Dot1，都含有SET結(jié)構(gòu)域甲基化的賴氨酸可被含有Chromo、tudor和PHD重復結(jié)構(gòu)域識別H3K4富集于常染色體質(zhì)，H3K4me3出現(xiàn)于活躍的轉(zhuǎn)錄過程中與其他修飾有交流信息：H3K4與H3S10同時發(fā)生，H3K9無法進行，以阻斷H3K9對轉(zhuǎn)錄活躍的抑制在人體中，SMYD3催化的甲基化還與細胞增殖的誘導相關(guān)H3K9目前為止研究最多的甲基化，SUV39H1是最早發(fā)現(xiàn)的組蛋白賴氨酸甲基化酶與著絲粒和端粒周圍異染色質(zhì)形成有關(guān)

通過chromo結(jié)構(gòu)域與HP1因子結(jié)合介導異染色質(zhì)形成與DNA甲基化協(xié)同存在H3K9與DNA甲基化互相依賴，缺失DNA甲基化酶的哺乳動物癌細胞中H3K9甲基化水平下降在常染色質(zhì)基因抑制中也有功能3.3.2賴氨酸去甲基化2004年，去甲基化酶LSD1的發(fā)現(xiàn)提供了細胞內(nèi)可發(fā)生去甲基化的證據(jù)LSD1特異性去除H3K4甲基化，參與抑制作用2005年以后，另有4種新的去甲基化酶被發(fā)現(xiàn)：JHDM1（H3K36me1）、JHDM2A（H3K9me1和me2）、JHDM3A和JMJD2A（H3K36me3和H3K9me3）、JMJD2C3.3.3.精氨酸甲基化1999年，精氨酸甲基化酶CARM被鑒定出來后才認識到精氨酸甲基化在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的重要性單甲基化和雙甲基化參與轉(zhuǎn)錄正負調(diào)控PRMT1，PRMT4和CARM1促進轉(zhuǎn)錄，PRMT5抑制轉(zhuǎn)錄去精氨酸化具有很大的可能性?D.泛素化/去泛素化及sumo化同屬于大的多肽類修飾泛素是一類廣泛表達的低分子量蛋白質(zhì)，標記需要水解的蛋白質(zhì)泛素化：酶促的翻譯后蛋白修飾泛素化與甲基化類似，可以引起轉(zhuǎn)錄的激活或抑制H2B的泛素化和去泛素化的順序發(fā)生是建立適當水平的H3K4和H3K36所必須的Sumo是一類廣泛存在與真核生物中且高度保守的蛋白質(zhì)家族，哺乳動物中有sumo-1，sumo-2，sumo-3和sumo-4,Sumo化：發(fā)生在賴氨酸殘基上，防止激活性組蛋白翻譯后修飾的發(fā)生兩種機制：封閉可以乙?；馁嚢彼嵛稽c；sumo化的組蛋白與DNA抑制因子結(jié)合，招募去乙?；?.修飾中的旋律4.1組蛋白密碼假說一：存在一種密碼把特定的修飾與各種生命進程相聯(lián)系假說二：不存在一種嚴格的針對特定進程的組蛋白密碼，而是通過眾多蛋白結(jié)合模塊對HPTM進行識別和結(jié)合4.2修飾模式順式模式：同一組蛋白尾巴上（H3S10ph和H3K14ac：乙?；概c事先磷酸化的H3末端有更高的親和性）反式模式：不同組蛋白尾巴上（H2BK123泛素化和H3K4甲基化：泛素化改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，有利于甲基化酶的結(jié)合）第二章染色體重塑與組蛋白變體1.染色體重塑（chromatinremodeling）染色質(zhì)重塑是由染色質(zhì)重塑復合物介導的，一系列以染色質(zhì)上核小體變化為基本特征的生物學過程指染色質(zhì)位置和結(jié)構(gòu)的變化，主要涉及核小體的置換或重新排列，改變了核小體在基因啟動序列區(qū)域的排列，增加了基因轉(zhuǎn)錄裝置和啟動序列的可接近性組蛋白修飾因子和染色體重塑因子染色體重塑時的修飾酶：ISWI家族和SWI家族染色體重塑機制（共價修飾與ATP依賴）2.組蛋白變體和表觀遺傳學因為巨大的DNA長度，演化出結(jié)構(gòu)性蛋白進行包裝染色質(zhì)因為組蛋白變體的裝入和置換而多樣化組蛋白變體在基因表達、染色體分離、DNA修復和真核生物中其它基本的染色體有關(guān)進程中起著多種作用2.1組蛋白變體：相對于染色體中常規(guī)的組蛋白而言，特殊狀態(tài)的染色體所需要的組蛋白類型，不同的組蛋白變體使染色體具有不同的構(gòu)型組蛋白變體轉(zhuǎn)錄激活DNA損傷修復異染色質(zhì)和染色體失活核小體包裝2.2組蛋白變體參與的調(diào)節(jié)A.轉(zhuǎn)錄激活與轉(zhuǎn)錄激活相關(guān)的變體：H2A-Bbd，H3.3，H2A.ZH2A-Bbd與組蛋白H4的乙酰化同時出現(xiàn)，標志著染色的轉(zhuǎn)錄激活；而失活的染色體中缺乏H2A-BbdH3.3與H3僅有4個氨基酸的不同，僅在轉(zhuǎn)錄活躍的區(qū)域替換H3H2A.Z廣泛分布于真核生物的染色體中，

偏好組裝在啟動子附近區(qū)域，其功能主要是調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄，它可以穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)，防止基因沉默異常地蔓延到相鄰的常染色體上B.DNA損傷修復H2A.X是在DNA出現(xiàn)斷裂時，替代H2A的H2A變體，它對DNA修復有重要作用C.異染色質(zhì)和染色體失活相關(guān)的變體CenH3、MacroH2A、H2Av和y—H2A.X與異染色質(zhì)和染色體失活有關(guān)CenH3在著絲粒的區(qū)域發(fā)現(xiàn)，是著絲粒遺傳必需的變體MacroH2A僅在脊椎動物體內(nèi)存在，大量存在于失活的染色體中，能抑制轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，并能抑制染色質(zhì)重構(gòu)復合物Swl／SNF對染色質(zhì)的作用H2Av是在果蠅中發(fā)現(xiàn)的H2A．Z同源蛋白，它同時具有H2A．Z和H2A．X的特征，定位于異染色質(zhì)，參與常染色質(zhì)的沉γ—H2A．X是性染色體失活的必需成分D.核小體包裝連接組蛋白H1變體通過調(diào)整與DNA相互作用，直接影響核小體的包裝的松緊程度和染色體的高級結(jié)2.3組蛋白替換核小體是動態(tài)的，組蛋白的替換不僅包括常規(guī)的組蛋白與組蛋白變體問的替換，還包括變體之間的替換，修飾狀態(tài)不同的同種組蛋白的替換，這些過程是由相應的染色質(zhì)重構(gòu)復合物來替換組蛋白變體的組裝獨立于DNA復制之外，復制后被植入轉(zhuǎn)錄激活時，組蛋白替換由RNA聚合酶ll和染色體重構(gòu)復合物協(xié)同完成組蛋白的替換有兩大作用：第一，去掉組蛋白上的表觀遺傳的標記，利于所需基因的再程序化；第二，換上細胞發(fā)揮特定功能所需的組蛋白變體與轉(zhuǎn)錄激活和延伸相關(guān)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化模型一：乙?；馁嚢彼嶙R別具有bromo結(jié)構(gòu)域的Swi/Snf,移動核小體或改變核小體結(jié)構(gòu)模型二：八聚體選擇性丟失，機制不明確模型三：ATP依賴的重塑復合物置換組蛋白變體，使基因處于激活準備狀態(tài)模型四：FACT因子促進RNApol2越過核小體進行轉(zhuǎn)錄延伸，并促進H2A/H2B二聚體的置換第三章DNA甲基化1.甲基化概念DNA甲基化(DNAmethylation)是研究得最清楚、也是最重要的表觀遺傳修飾形式，主要是基因組DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基間的共價結(jié)合，胞嘧啶由此被修飾為5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5mC)哺乳動物中，甲基化主要發(fā)生在5’CpG3’二核苷酸序列的胞嘧啶上5-甲基胞嘧啶能自發(fā)脫氨基形成胸腺嘧啶（突變的熱點）哺乳動物中，1%的DNA序列發(fā)生甲基化DNMT1S-腺苷甲硫氨酸（SAM）胞嘧啶5-甲基胞嘧啶2.哺乳動物中DNA甲基化的開始和維持2.1早期胚胎中的從頭甲基化進入體細胞的非甲基化DNA在數(shù)代后保持非甲基化狀態(tài)；導入小鼠胚胎中的DNA序列被甲基化胚胎具有使DNA從頭甲基化的能力從頭甲基轉(zhuǎn)移酶：Dnmt3a，Dnmt3b，DNMT3B2.2甲基化的維持：DNA甲基化象征的細胞記憶機制1975，HollidayandPugh,Riggs兩個實驗室分別提出DNA甲基化象征著細胞記憶機制假說：DNA剛剛復制完成時，來自親本的維持胞嘧啶甲基化的模式，新合成的鏈沒有被修飾，為了使親本的模式傳給子代，他們假定有種“維持甲基轉(zhuǎn)移酶”能夠?qū)Ｒ坏睦眉谆挠H本CpG為模板使子鏈的CpG甲基化，而非甲基化的CpG不能成為維持甲基轉(zhuǎn)移酶的模板。這種機制產(chǎn)生的結(jié)果是DNA甲基化模板可以像DNA序列本身一樣被半保留復制證據(jù)：非洲爪蟾核糖體RNA基因甲基化和非甲基化的模式圖

哺乳動物的DNA維持甲基轉(zhuǎn)移酶Dnmt1的分離：傾向于以只有一條鏈的CpG發(fā)生甲基化的DNA為模板2.3DNA甲基化的分布轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄病毒中的衍生重復序列大多數(shù)功能基因編碼區(qū)2.4DNA甲基化中的例外：CpG島的DNA甲基化富含CpG的區(qū)域，長約500~1000bp，GC含量超過55%60%的CpG島位于基因編碼區(qū)的轉(zhuǎn)錄起始區(qū)域通常不發(fā)生甲基化2.5發(fā)育過程中DNA甲基化模式的動態(tài)變化DNA甲基化表現(xiàn)出整體的穩(wěn)定性，某些特異的序列上也會發(fā)生顯著變化雌性哺乳動物在失活的X染色體上的位于啟動子區(qū)域的CpG島會發(fā)生大量的從頭甲基化，保證基因長期沉默癌細胞中的CpG島的甲基化使一些基因異常沉默2.6染色質(zhì)結(jié)構(gòu)觸發(fā)DNA甲基化對組蛋白的修飾觸發(fā)了DNA的甲基化或非甲基化哺乳動物中，依賴H3K9位點的甲基化染色質(zhì)重塑蛋白對甲基化的必要性3.1轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合干擾DNA大溝中甲基的出現(xiàn)阻礙了特定基因轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合。許多轉(zhuǎn)錄因子識別包含CpG的GC富集區(qū)，當CpG被甲基化時，其中一些轉(zhuǎn)錄因子就不能識別結(jié)合DNA3.DNA甲基化對基因表達的調(diào)控3.2甲基化CpG結(jié)合蛋白的吸引DNA甲基化結(jié)合蛋白與共抑制復合體相互作用DNA甲基化能夠被MeCP2識別并提供改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)的信號3.3MeCP2與Rett綜合征Rett綜合征：

是一種嚴重影響兒童精神運動發(fā)育的疾病，發(fā)病率為1/10000-1/15000女孩，臨床特征為女孩起病，第六個星期開始呈進行性智力下降，孤獨癥行為，手的失用，刻板動作及共濟失調(diào)，第十個星期死亡MECP2的基因突變有關(guān)，Amir等人發(fā)現(xiàn)具有X染色體連鎖的MECP2基因新型突變的雜合子的女性易感Rett假設(shè)：在腦中一些需要MeCP2抑制表達的基因，在缺乏MeCP2時得到表達而導致異常的神經(jīng)功能4.基因組的主動去甲基化受精卵中，父本基因組主動去甲基化早期胚胎中母本基因組也丟失甲基化機制尚不明確，但是它必然包含修飾的主動去除4.DNA去甲基化（DNAdemythelation）5-甲基胞嘧啶變?yōu)榘奏し绞剑褐鲃尤ゼ谆?-甲基胞嘧啶去甲基化酶水解作用5-甲基胞嘧啶/DNA糖基化酶將甲基胞嘧啶從DNA骨架切除，然后通過內(nèi)切酶修復復制相關(guān)的去甲基化復制過程中甲基化酶的關(guān)閉，使得新生鏈不能依照親本鏈甲基化導致甲基化丟失受精卵中，父本基因組主動去甲基化早期胚胎中母本基因組也丟失甲基化5.研究展望外在因素如何影響DNA甲基化和基因表達尚不完全清楚DNA異常甲基化為這些復雜疾病的某些特征提供了解釋(2型糖尿病、精神分裂癥、自身免疫疾病和癌癥)，鼓舞人們尋找新的藥物靶點第四章.RNA干擾和異染色質(zhì)組裝1.RNA干擾（RNAinterference，RNAi）通路概述RNAi最早被用來描述線蟲外源性dsRNA誘導的基因沉默，現(xiàn)在更廣泛的表示各種dsRNA引發(fā)的基因沉默RNAi涉及的步驟：參與RNAi的關(guān)鍵小分子：小干擾RNA和微小RNAdsRNA的產(chǎn)生經(jīng)過加工形siRNA定位到小分子mRNA2.小干擾RNA（small

inferencernaRNA，siRNA）2.1概述：長約21-23bp的雙鏈結(jié)構(gòu)，序列與靶mRNA有同源性，雙鏈兩端各有2個突出非配對的3’堿來源：自身基因組轉(zhuǎn)錄（內(nèi)源性）

病毒插入或人工注入（外源性）siRNA通過RNA誘導的沉默復合體（RISC）或RNA誘導轉(zhuǎn)錄沉默復合體（RITS）定位于mRNA或染色體，引起mRNA降解或引起染色體的修飾一種典型的負調(diào)控機制siRNA識別靶序列是有高度特異性的降解首先在相對于siRNA來說的中央位置發(fā)生，所以這些中央的堿基位點就顯得極為重要，一旦發(fā)生錯配就會嚴重抑制RNAi的效應。2.2RNAi介導的異染色質(zhì)組裝：

常染色質(zhì)與異染色質(zhì)：生物的染色質(zhì)可以分為轉(zhuǎn)錄活性區(qū)的常染色質(zhì)以及低轉(zhuǎn)錄水平的異染色質(zhì)異染色質(zhì)間期核內(nèi)染色質(zhì)絲折疊壓縮程度高，處于凝聚狀態(tài)，染料著色深的那部分染色質(zhì)；常染色質(zhì)則相反異染色質(zhì)特點：富含重復DNA序列、基因密度低，一般無轉(zhuǎn)錄活性常染色質(zhì)特點：基因密度高，基因活化異染色質(zhì)常染色質(zhì)RITS通過siRNA結(jié)合到染色質(zhì)上，募集Clr4導致H3K9甲基化，Swi6隨后結(jié)合上來導致H3K9甲基化的擴散和異染色質(zhì)的形成，在此過程中，另一關(guān)鍵蛋白Chp1與H3K9甲基化的組蛋白結(jié)合穩(wěn)定RITS的結(jié)合染色質(zhì)水平的基因沉默主要依賴組蛋白H3的去乙?；约捌銱3K9的甲基化，使得甲基化的H3K9能夠結(jié)合異染色質(zhì)蛋白，從而終止轉(zhuǎn)錄機制：siRNA指導的異染色質(zhì)組裝3.微小RNA（microRNA,miRNA）3.1概述發(fā)現(xiàn)：1993年，Lee等人在對秀麗線蟲（C．elegans）的突變體進行遺傳分析時，意外發(fā)現(xiàn)了一種控制細胞發(fā)育的長度約為22個核苷酸的RNA，叫l(wèi)in-4RNA定義：miRNA，全稱microRNA，即微小核糖核酸。它是一類長約22個核苷酸序列的單鏈小分子RNA特點：（1）位于基因組非編碼區(qū)；（2）進化上高度保守；（3）可在轉(zhuǎn)錄后水平對基因表達進行調(diào)節(jié)；（4）參與多種生命過程，調(diào)控多達30%的蛋白的表達來源：內(nèi)源性和外源性（？）機制：通過抑制mRNA翻譯（動物）或者降解mRNA（植物）引起基因表達沉默miRNA的形成3.2生物學意義：miRNA的發(fā)現(xiàn)豐富了人們對蛋白質(zhì)合成控制的認識，補充了在RNA水平對靶mRNA分子進行更迅速更有效調(diào)節(jié)的新方式。miRNA的發(fā)現(xiàn)也是對中心法則中RNA次要的中介角色的重要補充。研究表明，miRNA在調(diào)控基因表達方面起著必不可少的重要作用，miRNA序列、結(jié)構(gòu)、豐度和表達方式的多樣性，使其成為mRNA強有力的調(diào)節(jié)因子，miRNA的調(diào)控領(lǐng)域涉及到許多方面，包括生物個體發(fā)育、組織分化、控制細胞的增殖和凋亡、病毒感染、能量代謝、癌癥的發(fā)生發(fā)展等等3.3miRNA與腫瘤作為抑癌基因或原癌基因第五章.哺乳動物基因組印記1.概述基因組印記（GenomicImprinting）：二倍體細胞中父母親特異性的基因表達二倍體體細胞含有所有基因的兩個父母親拷貝，基因印記使得這一對等位基因只表達一個母源和父源親本對產(chǎn)生可存活的后代都是必須的，所以哺乳動物完全依靠有性生殖產(chǎn)生可存活子代印記在配子中建立，此時期兩條親源染色體是分開的目前只有DNA甲基化被清楚地證明在哺乳動物中起到了配子印記的作用，而且是唯一可知的可繼承的修飾遺傳印記基因在體細胞中穩(wěn)定的維持在原始生殖細胞產(chǎn)生期間，印記標志即可消失又可重現(xiàn)DNA印記序列的關(guān)鍵特征：只可能在兩個親本配子中的一個中被修飾，因此需要有兩種識別系統(tǒng)：精子特異性和卵子特異性的印記一旦建立就必須在相同的染色體上維持下去印記必須在胚胎及成體動物的每次細胞分裂之后從同一條親本染色體得到DNA甲基化在基因組印記中的作用：可以在精子或卵子中由只作用于一個配子的從頭合成的甲基轉(zhuǎn)移酶建立；可以在每次細胞分裂是通過甲基轉(zhuǎn)移酶維持；可以在生殖系中被擦除而在下一代中重建（被動去甲基化或去甲基化酶完成）2.基因組印記的功能已知印記基因在體內(nèi)的作用：第一個發(fā)現(xiàn)的印記基因是IGF2，定位于染色體11q15，父源等位基因優(yōu)先表達“親本沖突”假說：基因組印記的產(chǎn)生是對親本沖突產(chǎn)生的應答而進化來的滋養(yǎng)層防御假說：母源基因組由于結(jié)構(gòu)上能進行內(nèi)部繁殖，如果卵子的自發(fā)激活會引起胚胎的全面發(fā)育，母體受到威脅，因此印記被認為沉默了促進胚胎發(fā)育的基因，所以胚胎形成必須的基因只能在受精后從父源基因組中得到基因組印記功能進化成調(diào)節(jié)親體和子代之間營養(yǎng)傳遞的一種方式哺乳動物是二倍體，單倍體的卵子和單倍體的精子結(jié)合之后才能產(chǎn)生二倍體胚胎，雌性雖然被賦予了生殖的能力，但是不能以孤雌生殖的方式來繁殖，因為胎兒生長所需的某些重要基因是有印記的，它們在母源染色體上被沉默而只在父源染色體上表達，因此兩套親本基因組都是哺乳動物生殖所必須的印記基因成簇存在簇的共同特征：配子差異的DNA甲基化區(qū)域(differentiallyDNA-methylatedregion,DMR)配子DMR控制整個或部分基因簇的表達，被定為簇的印記控制元件(imrintingcontrolelement,ICE)3、印記基因成簇存在并受印記控制元件的調(diào)控多數(shù)印記基因成簇存在，其中含有多種編碼蛋白的mRNA和至少一個非編碼RNA（ncRNA），ncRNA以被證明了它對印記mRNA基因的沉默作用，印記表達有含有從一個親本配子帶來的印記控制元件所調(diào)控4.印記基因簇中兩種類型的順式沉默作用絕緣子模型ncRNA介導的沉默模型自1991年，哺乳動物中第一個印記基因被發(fā)現(xiàn)以來，基因組印記成為人們關(guān)注的熱點與多種疾病，包括癌癥有著密切聯(lián)系對該研究的進一步深入，有助于解析哺乳動物基因組如何使用表觀遺傳機制來調(diào)控基因表達第六章：哺乳動物中的劑量補償效應1.概述性別決定機制導致兩性所攜帶的X連鎖基因的數(shù)量不同，女性是男性的兩倍，劑量補償機制用來平衡兩性間X連鎖基因產(chǎn)物在哺乳動物中，劑量補償?shù)臋C制包括關(guān)閉（沉默）兩條X染色體中一條的大部分基因，使雌雄一樣，僅有一條激活的染色體MaryLyon于1961年提出，用來解釋小鼠中X染色體連鎖的毛色基因（coat-colorgene）的表達形式與玳瑁貓（calicocat）顯示的毛色形式是類似的三種劑量補償?shù)姆绞剑宏P(guān)閉兩條雌性X染色體中一條上的基因；（哺乳動物）使雄性單條X染色體的基因轉(zhuǎn)錄率加倍；（果蠅）使每條雌性X染色體的轉(zhuǎn)錄率減半；（線蟲）失活的染色體被稱為巴氏小體（barrbody）X染色體失活發(fā)生在胚胎發(fā)育的早期當胚胎只有少數(shù)細胞時，來自父本的X(p)染色體失活，有研究稱X(p)在精子中已經(jīng)失活胚胎著床前，X(p)重新被激活X(p)和X(m)隨機失活，失活模式確定以后，其子代的失活模式也隨即確定雌性是“鑲嵌體”（mosaics）：部分表達X(p)，部分表達X(m)XOXoO：o顯性：隱形黃色：非黃色B基因：黑色，棕色玳瑁貓（tortoiseshellcat）2、染色體失活的關(guān)鍵部位失活總開關(guān)：X染色體失活中心（Xinactivecenter，Xic）確保X染色體隨機失活起始的正確性和適當性Xic可以編碼產(chǎn)生一個大的非編碼RNA，稱為Xist（X染色體失活特異性轉(zhuǎn)錄），它從轉(zhuǎn)錄位點開始沿著整條染色體積累，為X染色體的沉默啟動提供了準備3.X失活過程XistRNA表達并包裹X染色體結(jié)合染色質(zhì)修飾蛋白X染色體的基因的5’端發(fā)生DNA甲基化組蛋白被甲基化修飾其他的染色質(zhì)與重塑因子的參與4.X染色體失活的調(diào)控X染色體失活需要密切調(diào)控印記失活和隨機失活4.1.印記失活調(diào)控沉默來源于父本的X染色體，1971年，有Sharman在有袋類動物中首先發(fā)現(xiàn)在小鼠胚胎中，存在抑制Xm（來自母本的染色體）中Xist表達的印記，保持X染色體活性4.2.X染色體的計數(shù)失活調(diào)控

計數(shù)：細胞有一種檢測出現(xiàn)的X染色體數(shù)量的方法細胞遵循n-1的原則，使每個二倍體染色體組中除了一條X染色體外的所有X染色體都失活細胞如何做到“計數(shù)”？------Rastan的封閉因子模型封閉因子在所有細胞中屏蔽一條染色體上Xist等位基因的表達，以確保有一條染色體不經(jīng)歷里X染色體激活4.3.選擇失活調(diào)控：隨機與不隨機并存屏蔽因子對X染色體的選擇具有傾向性（不隨機）屏蔽因子對X染色體不具備傾向性，但細胞導致兩條X染色體中一條失活的細胞逐漸丟失Tsix（xistantisense）保證隨機失活的元件在將要失活的X染色體上，Tsix沉默保證Xist的表達在將要活化的X染色體上，Tsix激活保證Xist的沉默第七章.表觀遺傳學和人類疾病1.表觀遺傳學與疾病攜帶相同致病突變的同卵雙胞胎可以有相當不同的臨床表現(xiàn)表觀遺傳學提供了很好的解釋人類是最好的研究模型1.1基因組印記紊亂：Prader-willi綜合征（PWS）和Angelman（AS）綜合征【姐妹綜合征】病因：15q11-q13上一個約5~6Mb區(qū)域的缺失表型完全不同發(fā)育遲緩，呆滯，飲食過量，重度肥胖，中度智力障礙，強迫癥，易焦慮重度發(fā)育遲緩，語言能力極差，運動失調(diào)，雙手不正常擺動，異常外形PSW和AS患者分別為父源和母源15q11-q13缺失25%的PWS為母本單親源二倍體（UPD）。2%~5%的AS為父本單親源二倍體（UPD）1.2導致染色體結(jié)構(gòu)紊亂越來越多的疾病被發(fā)現(xiàn)起源于與染色體結(jié)構(gòu)和重塑相關(guān)蛋白的改變，凸顯了精密協(xié)調(diào)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對于人類健康的重要性