遗传学第11章表观遗传课件.ppt

1、表观遗传学：后基因组时代的领舞者。表观遗传学：后基因组时代的领舞者。DNA双螺旋的解码者、诺贝尔奖获得者双螺旋的解码者、诺贝尔奖获得者Watson说：说：“你可以继承你可以继承DNA序列之外的一些东西。这正是现在遗传序列之外的一些东西。这正是现在遗传学中让我们激动的地方。学中让我们激动的地方。”第十一章 表观遗传学 表观遗传学表观遗传学 (epigenetics)是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表 达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。基因表达模式基因表达模式相同基因型相同基因型不同的表现型不同

2、的表现型表观遗传学的特点：表观遗传学的特点：可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数分可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间遗传裂，能在细胞或个体世代间遗传可逆性的基因表达调节可逆性的基因表达调节没有没有DNA序列的改变或不能用序列的改变或不能用DNA变化来解释变化来解释遗传与表观遗传遗传与表观遗传DNA与染色质表观遗传修饰从多个水平上调控基因的表达：表观遗传修饰从多个水平上调控基因的表达：1 1、DNA水平：水平：DNA甲基化甲基化2 2、蛋白质水平：组蛋白修饰、蛋白质水平：组蛋白修饰3 3、染色质水平：染色质重塑、染色质水平：染色质重塑4 4、RNA水平：水平：mi

3、RNA、RNA干扰干扰1 1、DNADNA甲基化（甲基化（DNA methylation）DNA甲基化是目前研究得最清楚、也是最重要的表观遗甲基化是目前研究得最清楚、也是最重要的表观遗传修饰形式。通过甲基供体传修饰形式。通过甲基供体S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸，并在，并在DNA甲基转移酶（甲基转移酶（DNA methyltransferase，DNMT）的的催化下，催化下，CpG二核苷酸中的胞嘧啶环上二核苷酸中的胞嘧啶环上5，位置的氢被活性位置的氢被活性甲基所取代，从而转变成甲基所取代，从而转变成5-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（5-mC）。）。胞嘧啶甲基化反应胞嘧啶甲基化反应CpGCpG岛：在结构

4、基因的岛：在结构基因的5 5，端调控区域，端调控区域，CpGCpG二连核苷常常以成簇二连核苷常常以成簇串联形式排列，这种富含串联形式排列，这种富含CpGCpG二连核苷的区域成为二连核苷的区域成为CpGCpG岛。岛。以基因型为以基因型为a/aa/a的母的母鼠及其孕育的基因型为鼠及其孕育的基因型为AVY/aAVY/a的仔鼠作实验对象。的仔鼠作实验对象。孕鼠分为两组，试验组孕孕鼠分为两组，试验组孕鼠除喂以标准饲料外，从鼠除喂以标准饲料外，从受孕前两周起还增加富含受孕前两周起还增加富含甲基的叶酸、乙酰胆碱等甲基的叶酸、乙酰胆碱等补充饲料，而对照组孕鼠补充饲料，而对照组孕鼠只喂饲标准饲料。只喂饲标准饲料

5、。2 2、组蛋白修饰、组蛋白修饰组蛋白修饰种类组蛋白修饰种类乙酰化乙酰化-一般与活化的染色质构型相关联，乙酰一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修饰大多发生在化修饰大多发生在H3H3、H4H4的的LysLys残基上。残基上。甲基化甲基化发生在发生在H3H3、H4H4的的LysLys和和AspAsp残基上，可以与基残基上，可以与基因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往往取决因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往往取决于被修饰的位置和程度。于被修饰的位置和程度。磷酸化磷酸化 发生在发生在SerSer残基，一般与基因活化相关。残基，一般与基因活化相关。泛素化泛素化 一般是一般是C C端端LysL

6、ys修饰，启动基因表达。修饰，启动基因表达。SUMOSUMO（一种类泛素蛋白）化（一种类泛素蛋白）化 可稳定异染色质。可稳定异染色质。3 3、染色质重塑、染色质重塑染色质重塑（染色质重塑（chromatin remodelingchromatin remodeling）是一个重要的表是一个重要的表观遗传学机制。观遗传学机制。染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的一系列以染色质染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的一系列以染色质上上核小体变化核小体变化为基本特征的生物学过程。为基本特征的生物学过程。组蛋白尾巴的化学修饰（乙酰化、甲基化及磷酸化等）组蛋白尾巴的化学修饰（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改

7、变染色质结构，从而影响邻近基因的活性。可以改变染色质结构，从而影响邻近基因的活性。ATPATP依赖的染色质重塑机制依赖的染色质重塑机制lRNARNA干扰干扰(RNAi(RNAi)作用是生物体内的一种通过双链作用是生物体内的一种通过双链RNARNA分子分子在在mRNAmRNA水平上诱导特异性序列基因沉默的过程。水平上诱导特异性序列基因沉默的过程。l由于由于RNAiRNAi发生在转录后水平，所以又称为发生在转录后水平，所以又称为转录后基因沉转录后基因沉默默(post-transcriptional gene silencing,PTGS)(post-transcriptional gene sil

8、encing,PTGS)。lRNARNA干扰是一种重要而普遍的表观遗传现象。干扰是一种重要而普遍的表观遗传现象。RNARNA干扰干扰4 4、RNARNA调控调控5 5、其他表观遗传机制、其他表观遗传机制（1 1）遗传印记）遗传印记概念概念或称或称基因组印记基因组印记是指基因组在传递遗传信息的过程中，通过基因组的化学修是指基因组在传递遗传信息的过程中，通过基因组的化学修饰饰 (DNA(DNA的甲基化；组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素的甲基化；组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等化等)而使基因或而使基因或DNADNA片段被标识的过程。片段被标识的过程。特点特点基因组印记依靠单亲传递某种性状

9、的遗传信息，被印记的基因基因组印记依靠单亲传递某种性状的遗传信息，被印记的基因会随着其来自父源或母源而表现不同，即会随着其来自父源或母源而表现不同，即源自双亲的两个等位源自双亲的两个等位基因中一个不表达或表达很弱基因中一个不表达或表达很弱。不遵循孟德尔定律不遵循孟德尔定律，是一种典型的非孟德尔遗传，正反交结果，是一种典型的非孟德尔遗传，正反交结果不同。不同。（2）X染色体失活染色体失活X X染色体随机失活是染色体随机失活是X X失活中心失活中心（XICXIC）调控的。）调控的。XicXic是一个是一个顺式作用位点，包含辨别顺式作用位点，包含辨别X X染色体数目的信息染色体数目的信息和和XistXist基因基因，前者可保证仅有一条染色体有活性，后者缺失将导致前者可保证仅有一条染色体有活性，后者缺失将导致X X染染色体失活失败。色体失活失败。X染色体失活过程模式图染色体失活过程模式图