1、表观遗传学的出现修补了经典理论，开创了遗传学研究的新局面第2页/共49页当前，表观遗传学研究的强度大大增强 第3页/共49页第4页/共49页但是，繁杂多变的表观遗传学因素、表象让很多入门者迷惑第5页/共49页4概述概述1235表观遗传修饰表观遗传修饰遗传印记遗传印记X染色体失活染色体失活基因表达的重新编程基因表达的重新编程表观遗传与疾病表观遗传与疾病6内容第6页/共49页第7页/共49页1.基本概念基因的基因的DNA序列不发生改变的情况下，基因的表达水平与序列不发生改变的情况下，基因的表达水平与功能发生改变，并产生可遗传的表型。功能发生改变，并产生可遗传的表型。表观遗传差异：同卵双生表观遗传差
2、异：同卵双生第8页/共49页2.表观遗传的特征 可遗传；可遗传；可逆性；可逆性；DNADNA不变。不变。第9页/共49页3.表观遗传学发展简史 19421942年，年，Conrad Hal Waddington提出现代提出现代Epigenetics的概念，认为基因型通过一些的概念，认为基因型通过一些“偶然的、不确定的机制偶然的、不确定的机制”决定了不同的表型决定了不同的表型 19411941年，年，Hermann J.Muller发现发现Positioneffect variegation(PEV)第一种表观遗传学现象第一种表观遗传学现象 19581958年，发现年，发现paramutatio
3、nparamutation现象现象 19611961年，年，Mary LyonMary Lyon发现发现X X染色体失活现象染色体失活现象 19831983年，年，DNADNA甲基化的发现甲基化的发现。第10页/共49页第11页/共49页DNADNA甲基化甲基化RNARNA相关沉默相关沉默组蛋白修饰组蛋白修饰第12页/共49页1.DNA甲基化 DNADNA甲基化是指在甲基化是指在DNADNA甲基化转移酶（甲基化转移酶（DNMTsDNMTs）的作用下，）的作用下，将一个甲基添加在将一个甲基添加在DNADNA分子的碱基上，最常见的是加在分子的碱基上，最常见的是加在胞嘧啶上，形成胞嘧啶上，形成5-5
4、-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（5mC)5mC)。5 5mCmC占胞嘧啶总占胞嘧啶总量的量的2%-7%2%-7%，约，约70%70%的的5 5mCmC存在于存在于CpGCpG二连核苷。二连核苷。结构基因含有很多结构基因含有很多CpG CpG 结构，基因组中结构，基因组中60%60%90%90%的的CpG CpG 都被甲基化都被甲基化,未甲基化的未甲基化的CpG CpG 成簇地组成成簇地组成CpG CpG 岛岛,位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点。位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点。第13页/共49页第14页/共49页（1）DNA甲基转移酶的类型及功能 DNMTl在细胞分裂过程中维持在细胞
5、分裂过程中维持DNADNA复制时新生链的甲基化复制时新生链的甲基化状态与方式；状态与方式；DNMT2与与DNADNA特异位点结合，但其作用还不清楚，从结构特异位点结合，但其作用还不清楚，从结构上说上说DNMT2DNMT2仅仅含有催化区域，而缺失整个调节区域。仅仅含有催化区域，而缺失整个调节区域。DNMT3A和和DNMT3B催化催化DNADNA甲基化新生位点，甲基化新生位点，DNMT3A/DNMT3A/DNMT3BDNMT3B对着丝粒卫星对着丝粒卫星DNADNA重复序列甲基化。重复序列甲基化。第15页/共49页（2）DNA甲基化的功能nDNADNA甲基化可引起基因组中相应区域的染色质结构变甲基化
6、可引起基因组中相应区域的染色质结构变化化,使使DNADNA失去失去DNADNA酶的敏感位点和限制性内切酶的切割酶的敏感位点和限制性内切酶的切割位点；位点；nDNA 甲基化可甲基化可使染色质高度螺旋化使染色质高度螺旋化,凝缩成团凝缩成团,失失去转录活性。去转录活性。第16页/共49页（3）DNA甲基化的意义宿主防御模型宿主防御模型转座子的活性对机体非转座子的活性对机体非常有害常有害甲基化抑制转座子的活甲基化抑制转座子的活性性基因调控模型基因调控模型DNA甲基化的主要功能甲基化的主要功能是转录沉默是转录沉默建立特定的基因表达模建立特定的基因表达模式：组织特异性、生殖式：组织特异性、生殖特异性特异性
7、基因印记、基因印记、X染色体失染色体失活活第17页/共49页1941年，Hermann J.几天后，雄性生殖细胞开始再甲基化，再甲基化将有助于生殖细胞有丝分裂的重新开始及随后的减数分裂。印记基因的内含子小，雄性印记基因重组率高于雌性印记基因印记形成（重新甲基化）H19 的基因印记簇（2）DNA甲基化的功能采用基于绝缘子的沉默机制DNA repair：H2AX磷酸化DNMTl在细胞分裂过程中维持DNA复制时新生链的甲基化状态与方式；DNA甲基化的主要功能是转录沉默活性X染色体停止表达不稳定的Xist RNA，已有的Xist RNA很快降解。基因印迹使基因的表达受到抑制，导致被印迹的基因的生物功能
8、的丧失。X染色体失活过程（进展阶段）甲基化状态在分化的体细胞上是稳定和可遗传的，但在哺乳动物中至少有两个时期，一个是配子发生期，另一个是胚胎期，基因组的甲基化状态发生广泛的重新编程。X染色体失活过程（终末阶段）（1）配子发生中的甲基化现象DNA甲基化可引起基因组中相应区域的染色质结构变化,使DNA失去DNA酶的敏感位点和限制性内切酶的切割位点；转座子的活性对机体非常有害（2）胚胎发育中的甲基化现象小鼠 Igf-2 基因总是母本来源的等位基因被印迹，父本来源的等位基因表达，因此是母本印迹。2.RNA相关沉默nRNARNA干扰（干扰（RNAiRNAi）作用是生物体内的一种通过双链）作用是生物体内的
9、一种通过双链RNARNA分子在分子在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。n由于由于RNAiRNAi发生在转录后水平，所以又称为转录后基因发生在转录后水平，所以又称为转录后基因沉默（沉默（post-transcriptional gene silencing,post-transcriptional gene silencing,PTGS PTGS）。）。第18页/共49页（1）RNAi的研究历程第19页/共49页 siRNA 结构：结构：21-23nt21-23nt的双链结构，的双链结构，序列与靶序列与靶mRNAmRNA有同源性，有同源性，双
10、链两端各有双链两端各有2 2个突出非配个突出非配对的对的33碱基。碱基。功能：功能：是是RNAi RNAi 作用的重要作用的重要组分，是组分，是RNAiRNAi发生的中介发生的中介分子。内源性分子。内源性siRNAsiRNA使细胞使细胞能够抵御转座子、转基因能够抵御转座子、转基因和病毒的侵略。和病毒的侵略。miRNA 结构：结构：21-25nt21-25nt长的单链小长的单链小分子分子RNA RNA，55端有一个磷端有一个磷酸基团，酸基团，33端为羟基，由端为羟基，由具有发夹结构的约具有发夹结构的约70-9070-90个个碱基大小的单链碱基大小的单链RNARNA前体经前体经过过DicerDic
11、er酶加工后生成。酶加工后生成。特点：特点：具有高度的保守性、具有高度的保守性、时序性和组织特异性时序性和组织特异性 。（2）参与）参与RNA干扰的主要分子干扰的主要分子第20页/共49页siRNA介导的介导的RNAi第21页/共49页3.组蛋白修饰n乙酰化乙酰化-一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修饰大多发生在修饰大多发生在H3H3、H4H4的的 Lys Lys 残基上。残基上。n甲基化甲基化-发生在发生在H3H3、H4H4的的 Lys Lys 和和 Asp Asp 残基上，可残基上，可以与基因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往以与基因抑制有关，也可
12、以与基因的激活相关，这往往取决于被修饰的位置和程度。往取决于被修饰的位置和程度。n磷酸化磷酸化-发生与发生与 Ser Ser 残基，一般与基因活化相关。残基，一般与基因活化相关。n泛素化泛素化-一般是一般是C C端端LysLys修饰，启动基因表达。修饰，启动基因表达。nSUMOSUMO（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。n其他修饰其他修饰第22页/共49页p位点：位点：通常发生在蛋白质的赖氨酸通常发生在蛋白质的赖氨酸(K)上；上；p可逆的生化反应：可逆的生化反应：乙酰化和去乙酰化乙酰化和去乙酰化p分子效应：分子效应：中和赖氨酸上的正电荷，增加组蛋白与中和赖
13、氨酸上的正电荷，增加组蛋白与DNA的排斥力，的排斥力，使使DNA结构变得疏松，从而导致基因的转录活化。结构变得疏松，从而导致基因的转录活化。p生物学功能生物学功能：A.基因转录活化；基因转录活化；B.DNA损伤修复损伤修复(1)组蛋白的乙酰化第23页/共49页(2)组蛋白的甲基化n位点：位点：主要发生在赖氨酸主要发生在赖氨酸(K)(K)或精氨酸或精氨酸(R)(R)上；上；n分子效应：分子效应：增加赖氨酸上的疏水力增加赖氨酸上的疏水力n生物学功能：生物学功能：A.A.基因转录活化（基因转录活化（H3-K4)；B.B.基因转录沉默基因转录沉默（H3-K9）；C.XC.X染色体失活染色体失活第24页
14、/共49页(3)组蛋白的磷酸化位点：位点：主要发生在丝氨酸主要发生在丝氨酸(S)/(S)/苏氨酸苏氨酸(T)(T)功能：功能：A.A.转录调控：转录调控：H3K10H3K10被被Rsk-2Rsk-2磷酸化磷酸化B.B.异染色质的形成：异染色质的形成：H4S1H4S1的磷酸化的磷酸化C.DNA repair C.DNA repair：H2AXH2AX磷酸化磷酸化第25页/共49页DNA甲基化是甲基化是产生遗传印记产生遗传印记的主要原因。的主要原因。第26页/共49页1.概念 遗传印记遗传印记（gene imprinting)gene imprinting)是指基因组在传递遗传信息是指基因组在传递
15、遗传信息的过程中，通过基因组的化学修饰（的过程中，通过基因组的化学修饰（DNADNA的甲基化；组蛋的甲基化；组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等）而使基因或白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等）而使基因或DNADNA片段被标识的过程。片段被标识的过程。基因组印记依靠单亲传递某种性状的遗传信息，被印迹的基因组印记依靠单亲传递某种性状的遗传信息，被印迹的基因会随着其来自父源或母源而表现不同，即源自双亲的基因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基因中一个不表达或表达很弱。两个等位基因中一个不表达或表达很弱。不遵循孟德尔定律，是一种典型的非孟德尔遗传，正反交不遵循孟德尔定律，是一
16、种典型的非孟德尔遗传，正反交结果不同。结果不同。第27页/共49页（2）参与RNA干扰的主要分子印记基因的内含子小，雄性印记基因重组率高于雌性印记基因（2）胚胎发育中的甲基化现象（3）DNA甲基化的意义内源性siRNA使细胞能够抵御转座子、转基因和病毒的侵略。两条染色体都表达不稳定的Xist RNA（3）DNA甲基化的意义表观遗传学的出现修补了经典理论，开创了遗传学研究的新局面1961年，Mary Lyon发现X染色体失活现象磷酸化-发生与 Ser 残基，一般与基因活化相关。其中一条X染色体表达的Xist RNA包裹自身并启动异染色质化过程结构：21-25nt长的单链小分子RNA，5端有一个磷
17、酸基团，3端为羟基，由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成。1961年就提出了关于雌性哺乳动物体细胞的两条X染色体中会有一条发生随机失活的假说，并认为这是一种基因剂量补偿的机制。基因印记、X染色体失活转录调控：H3K10被Rsk-2磷酸化DNMT3A和DNMT3B催化DNA甲基化新生位点，DNMT3A/DNMT3B对着丝粒卫星DNA重复序列甲基化。印记基因的内含子小，雄性印记基因重组率高于雌性印记基因RNA干扰（RNAi）作用是生物体内的一种通过双链RNA分子在mRNA水平上诱导特异性序列基因沉默的过程。（1）RNAi的研究历程1942年，Conrad
18、 Hal Waddington提出现代Epigenetics的概念，认为基因型通过一些“偶然的、不确定的机制”决定了不同的表型正交Igf-2Igf-2Igf-2mIgf-2mIgf-2Igf-2Igf-2mIgf-2m反交正常小鼠矮小型小鼠矮小型小鼠矮小型小鼠正常小鼠正常小鼠Igf-2mIgf-2Igf-2Igf-2m第28页/共49页 由正反交实验可以看出由正反交实验可以看出：l印迹基因的正反交结果不一致、不符合孟德尔定律。印迹基因的正反交结果不一致、不符合孟德尔定律。l小鼠小鼠 Igf-2 Igf-2 基因总是母本来源的等位基因被印迹，基因总是母本来源的等位基因被印迹，父本来源的等位基因表
19、达，因此是母本印迹。父本来源的等位基因表达，因此是母本印迹。l基因印迹使基因的表达受到抑制，导致被印迹的基基因印迹使基因的表达受到抑制，导致被印迹的基因的生物功能的丧失。因的生物功能的丧失。第29页/共49页2.主要功能 出生前的生长发育出生前的生长发育;父系基因的表达父系基因的表达-胚胎发育能力增强胚胎发育能力增强 母系基因的表达母系基因的表达-胚胎发育能力削弱胚胎发育能力削弱 在特定细胞系及神经发育方面有重要功能在特定细胞系及神经发育方面有重要功能第30页/共49页 印记去除（去甲基化）印记去除（去甲基化）印记形成（重新甲基化）印记形成（重新甲基化）印记维持（甲基化维持）印记维持（甲基化维
20、持）父源基因组的去甲基化是将甲基直接去除；而母源基因组父源基因组的去甲基化是将甲基直接去除；而母源基因组的去甲基化则多数是因甲基转移酶的去甲基化则多数是因甲基转移酶DNMT1DNMT1活性受阻而使甲活性受阻而使甲基化维持失败。基化维持失败。3.印记过程第31页/共49页4.遗传印记的特点 遗传印记遍布基因组遗传印记遍布基因组 印记基因的内含子小，雄性印记基因重组率高于雌性印记印记基因的内含子小，雄性印记基因重组率高于雌性印记基因基因 印记基因表达具有组织特异性印记基因表达具有组织特异性 印记基因在世代传递中可以逆转印记基因在世代传递中可以逆转第32页/共49页5.印记基因的调控方式 母源等位基
21、因簇母源等位基因簇 E.g.H19 的基因印记簇的基因印记簇 采用采用ncRNA介导的沉默机制介导的沉默机制 父源等位基因簇父源等位基因簇 E.g.Igf2 的基因印记簇的基因印记簇 采用基于绝缘子的沉默机制采用基于绝缘子的沉默机制第33页/共49页第34页/共49页第35页/共49页 1961年就提出了关于雌性哺乳动物体细胞的两条年就提出了关于雌性哺乳动物体细胞的两条X染色体染色体中会有一条发生随机失活的假说，并认为这是一种基因剂中会有一条发生随机失活的假说，并认为这是一种基因剂量补偿的机制。量补偿的机制。1996年等发现年等发现X染色体的染色体的Xq13.3区段有一个区段有一个X失活中心失
22、活中心(X-inaction center，Xic)，X-失活从失活从Xic区段开始启动，区段开始启动，然后扩展到整条染色体。然后扩展到整条染色体。第36页/共49页1.失活X染色体特点：l组蛋白组蛋白H4不被乙酰化不被乙酰化lCpG岛的高度甲基化岛的高度甲基化第37页/共49页增加赖氨酸上的疏水力而母源基因组的去甲基化则多数是因甲基转移酶DNMT1活性受阻而使甲基化维持失败。转座子的活性对机体非常有害这些异常表型的高发性和穿越种间的相似性说明：这些问题主要不是由遗传信息的改变引起的而是由外遗传信息的改变导致的，其主要原因就是基因没有获得正确的重新编程。RNA干扰（RNAi）作用是生物体内的一
23、种通过双链RNA分子在mRNA水平上诱导特异性序列基因沉默的过程。印记基因的内含子小，雄性印记基因重组率高于雌性印记基因在胚胎期，同样发生全局性的去甲基化和再甲基化过程。(3)正确重新编程，产生正常克隆动物。基因印记、X染色体失活X染色体失活过程（终末阶段）（2）DNA甲基化的功能组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等）而使基因或DNA片段被标识的过程。乙酰化和去乙酰化DNA甲基化的主要功能是转录沉默胚胎期，在精子进入卵子时发生的主动去甲基化中，一些父系表达的印迹基因将受保护不被去甲基化。甲基化状态在分化的体细胞上是稳定和可遗传的，但在哺乳动物中至少有两个时期，一个是配子发生期，另一个是胚胎
24、期，基因组的甲基化状态发生广泛的重新编程。X染色体失活过程（进展阶段）1983年，DNA甲基化的发现结构：21-25nt长的单链小分子RNA，5端有一个磷酸基团，3端为羟基，由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成。（3）DNA甲基化的意义2.X染色体失活过程（起始阶段）两条染色体都表达不稳定的两条染色体都表达不稳定的Xist RNAXist RNA第38页/共49页X染色体失活过程（进展阶段）其中一条其中一条X染色体表达的染色体表达的Xist RNA包裹自身并包裹自身并启动异染色质化过程启动异染色质化过程第39页/共49页X染色体失活过程（终末阶段）活
25、性活性X染色体停止表达不稳定的染色体停止表达不稳定的Xist RNA，已，已有的有的Xist RNA很快降解。很快降解。第40页/共49页第41页/共49页 近几年，哺乳动物克隆取得较大进展，体细胞克隆已在近几年，哺乳动物克隆取得较大进展，体细胞克隆已在多种哺乳动物获得成功，但成功率仍很低，面临着许多多种哺乳动物获得成功，但成功率仍很低，面临着许多问题：重构胚难以植入子宫、流产率高、胎盘过大、出问题：重构胚难以植入子宫、流产率高、胎盘过大、出生个体体重过重、许多个体有呼吸循环系统疾病等。生个体体重过重、许多个体有呼吸循环系统疾病等。这些异常表型的高发性和穿越种间的相似性说明：这些这些异常表型的
26、高发性和穿越种间的相似性说明：这些问题主要不是由遗传信息的改变引起的而是由外遗传信问题主要不是由遗传信息的改变引起的而是由外遗传信息的改变导致的，其主要原因就是基因没有获得正确的息的改变导致的，其主要原因就是基因没有获得正确的重新编程。重新编程。第42页/共49页1.配子发生和胚胎发育中的甲基化现象甲基化状态在分化的体细胞上是稳定和可遗甲基化状态在分化的体细胞上是稳定和可遗传的，但在哺乳动物中至少有两个时期，一传的，但在哺乳动物中至少有两个时期，一个是配子发生期，另一个是胚胎期，基因组个是配子发生期，另一个是胚胎期，基因组的甲基化状态发生广泛的重新编程。的甲基化状态发生广泛的重新编程。第43页
27、/共49页（1）配子发生中的甲基化现象 在小鼠，全局性的去甲基化发生在原始生殖细胞在小鼠，全局性的去甲基化发生在原始生殖细胞(PGC,(PGC,primordial germ cells)primordial germ cells)发育早期。一旦发育早期。一旦PGCPGC去甲基化，去甲基化，雄性生殖细胞的有丝分裂和雌性生殖细胞的减数分裂都将雄性生殖细胞的有丝分裂和雌性生殖细胞的减数分裂都将停止。停止。几天后，雄性生殖细胞开始再甲基化，再甲基化将有助于几天后，雄性生殖细胞开始再甲基化，再甲基化将有助于生殖细胞有丝分裂的重新开始及随后的减数分裂生殖细胞有丝分裂的重新开始及随后的减数分裂 。雌性生殖
28、细胞的再甲基化则发生在出生后卵的生长期，雌性生殖细胞的再甲基化则发生在出生后卵的生长期，Dnmt3A/3BDnmt3A/3B是可能的参与者，但不确定。是可能的参与者，但不确定。第44页/共49页（2）胚胎发育中的甲基化现象 在胚胎期，同样发生全局性的去甲基化和再甲基化过程。在胚胎期，同样发生全局性的去甲基化和再甲基化过程。当精子进入卵子，在精子当精子进入卵子，在精子DNADNA未复制之前，精子基因组就未复制之前，精子基因组就已发生广泛的去甲基化。已发生广泛的去甲基化。因为细胞核中没有因为细胞核中没有DnmtlDnmtl，卵子的基因组则经过一个被动，卵子的基因组则经过一个被动去甲基化过程，直至桑
29、椹胚。去甲基化过程，直至桑椹胚。当囊胚植入子宫后，立即发生由当囊胚植入子宫后，立即发生由Dnmt3A/3BDnmt3A/3B介导的从头甲介导的从头甲基化，但仅作用在内细胞团基化，但仅作用在内细胞团(inner cellmass)(inner cellmass)，滋养外胚，滋养外胚层不被从头合成甲基化层不被从头合成甲基化 ，此时需别的外遗传标记使基因，此时需别的外遗传标记使基因组序列被甲基化或不被甲基化。组序列被甲基化或不被甲基化。第45页/共49页2.配子发生和胚胎发育中的遗传印迹现象 印记基因的印记基因的“印记印记”形成于配子发育晚期，并且独立于胚形成于配子发育晚期，并且独立于胚胎发育中的全
30、局性去甲基化作用和甲基化作用；胎发育中的全局性去甲基化作用和甲基化作用；在在配子发生配子发生晚期，将建立印记基因亲本特异的甲基化标志，晚期，将建立印记基因亲本特异的甲基化标志，若此标志一旦丢失，除非经过生殖系若此标志一旦丢失，除非经过生殖系(germ line)(germ line)的传递，的传递，否则将不可能再次获得。否则将不可能再次获得。胚胎期胚胎期，在精子进入卵子时发生的主动去甲基化中，一些，在精子进入卵子时发生的主动去甲基化中，一些父系表达的印迹基因将受保护不被去甲基化。父系表达的印迹基因将受保护不被去甲基化。第46页/共49页3.哺乳动物克隆过程中的基因重新编程 哺乳动物克隆过程中基
31、因的重新编程有其显著的特殊性，哺乳动物克隆过程中基因的重新编程有其显著的特殊性，最主要在于它没有经过配子发生这一阶段，重新编程必须最主要在于它没有经过配子发生这一阶段，重新编程必须在供核进入卵子和重构胚基因组开始转录这一短暂阶段发在供核进入卵子和重构胚基因组开始转录这一短暂阶段发生。生。重新编程后有重新编程后有3 3种结果：种结果：(1)(1)没有得到重新编程，克隆胚胎没有得到重新编程，克隆胚胎立即死亡；立即死亡；(2)(2)部分重新编程，将导致各种异常表型和部分重新编程，将导致各种异常表型和(或或)死于发育的各个阶段；死于发育的各个阶段；(3)(3)正确重新编程，产生正常克隆正确重新编程，产
32、生正常克隆动物。动物。第47页/共49页转座子的活性对机体非常有害（2）DNA甲基化的功能（2）胚胎发育中的甲基化现象基因印记、X染色体失活（2）胚胎发育中的甲基化现象DNA甲基化的主要功能是转录沉默DNA 甲基化可使染色质高度螺旋化,凝缩成团,失去转录活性。而母源基因组的去甲基化则多数是因甲基转移酶DNMT1活性受阻而使甲基化维持失败。印记基因的内含子小，雄性印记基因重组率高于雌性印记基因转录调控：H3K10被Rsk-2磷酸化DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶（DNMTs）的作用下，将一个甲基添加在DNA分子的碱基上，最常见的是加在胞嘧啶上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC)。X染色体失活过程（
33、进展阶段）(3)正确重新编程，产生正常克隆动物。基因转录活化（H3-K4)；结构：21-25nt长的单链小分子RNA，5端有一个磷酸基团，3端为羟基，由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成。当精子进入卵子，在精子DNA未复制之前，精子基因组就已发生广泛的去甲基化。结构：21-25nt长的单链小分子RNA，5端有一个磷酸基团，3端为羟基，由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成。两条染色体都表达不稳定的Xist RNA特点：具有高度的保守性、时序性和组织特异性。甲基化抑制转座子的活性第48页/共49页第49页/共4
34、9页1.DNA甲基化 DNADNA甲基化是指在甲基化是指在DNADNA甲基化转移酶（甲基化转移酶（DNMTsDNMTs）的作用下，）的作用下，将一个甲基添加在将一个甲基添加在DNADNA分子的碱基上，最常见的是加在分子的碱基上，最常见的是加在胞嘧啶上，形成胞嘧啶上，形成5-5-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（5mC)5mC)。5 5mCmC占胞嘧啶总占胞嘧啶总量的量的2%-7%2%-7%，约，约70%70%的的5 5mCmC存在于存在于CpGCpG二连核苷。二连核苷。结构基因含有很多结构基因含有很多CpG CpG 结构，基因组中结构，基因组中60%60%90%90%的的CpG CpG 都被甲基化都被甲
35、基化,未甲基化的未甲基化的CpG CpG 成簇地组成成簇地组成CpG CpG 岛岛,位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点。位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点。第13页/共49页（2）DNA甲基化的功能nDNADNA甲基化可引起基因组中相应区域的染色质结构变甲基化可引起基因组中相应区域的染色质结构变化化,使使DNADNA失去失去DNADNA酶的敏感位点和限制性内切酶的切割酶的敏感位点和限制性内切酶的切割位点；位点；nDNA 甲基化可甲基化可使染色质高度螺旋化使染色质高度螺旋化,凝缩成团凝缩成团,失失去转录活性。去转录活性。第16页/共49页（3）DNA甲基化的意义宿主防御模型宿主防御模
36、型转座子的活性对机体非转座子的活性对机体非常有害常有害甲基化抑制转座子的活甲基化抑制转座子的活性性基因调控模型基因调控模型DNA甲基化的主要功能甲基化的主要功能是转录沉默是转录沉默建立特定的基因表达模建立特定的基因表达模式：组织特异性、生殖式：组织特异性、生殖特异性特异性基因印记、基因印记、X染色体失染色体失活活第17页/共49页（3）DNA甲基化的意义宿主防御模型宿主防御模型转座子的活性对机体非转座子的活性对机体非常有害常有害甲基化抑制转座子的活甲基化抑制转座子的活性性基因调控模型基因调控模型DNA甲基化的主要功能甲基化的主要功能是转录沉默是转录沉默建立特定的基因表达模建立特定的基因表达模式
37、：组织特异性、生殖式：组织特异性、生殖特异性特异性基因印记、基因印记、X染色体失染色体失活活第17页/共49页5.印记基因的调控方式 母源等位基因簇母源等位基因簇 E.g.H19 的基因印记簇的基因印记簇 采用采用ncRNA介导的沉默机制介导的沉默机制 父源等位基因簇父源等位基因簇 E.g.Igf2 的基因印记簇的基因印记簇 采用基于绝缘子的沉默机制采用基于绝缘子的沉默机制第33页/共49页第34页/共49页（2）胚胎发育中的甲基化现象 在胚胎期，同样发生全局性的去甲基化和再甲基化过程。在胚胎期，同样发生全局性的去甲基化和再甲基化过程。当精子进入卵子，在精子当精子进入卵子，在精子DNADNA未
38、复制之前，精子基因组就未复制之前，精子基因组就已发生广泛的去甲基化。已发生广泛的去甲基化。因为细胞核中没有因为细胞核中没有DnmtlDnmtl，卵子的基因组则经过一个被动，卵子的基因组则经过一个被动去甲基化过程，直至桑椹胚。去甲基化过程，直至桑椹胚。当囊胚植入子宫后，立即发生由当囊胚植入子宫后，立即发生由Dnmt3A/3BDnmt3A/3B介导的从头甲介导的从头甲基化，但仅作用在内细胞团基化，但仅作用在内细胞团(inner cellmass)(inner cellmass)，滋养外胚，滋养外胚层不被从头合成甲基化层不被从头合成甲基化 ，此时需别的外遗传标记使基因，此时需别的外遗传标记使基因组序
39、列被甲基化或不被甲基化。组序列被甲基化或不被甲基化。第45页/共49页胚胎期，在精子进入卵子时发生的主动去甲基化中，一些父系表达的印迹基因将受保护不被去甲基化。组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等）而使基因或DNA片段被标识的过程。当精子进入卵子，在精子DNA未复制之前，精子基因组就已发生广泛的去甲基化。H19 的基因印记簇（2）DNA甲基化的功能小鼠 Igf-2 基因总是母本来源的等位基因被印迹，父本来源的等位基因表达，因此是母本印迹。3区段有一个X失活中心(X-inaction center，Xic)，X-失活从Xic区段开始启动，然后扩展到整条染色体。转座子的活性对机体非常有害DNM
40、Tl在细胞分裂过程中维持DNA复制时新生链的甲基化状态与方式；（2）参与RNA干扰的主要分子X染色体失活过程（进展阶段）X染色体失活过程（起始阶段）采用基于绝缘子的沉默机制RNA干扰（RNAi）作用是生物体内的一种通过双链RNA分子在mRNA水平上诱导特异性序列基因沉默的过程。印记基因表达具有组织特异性采用基于绝缘子的沉默机制1996年等发现X染色体的Xq13.（2）胚胎发育中的甲基化现象磷酸化-发生与 Ser 残基，一般与基因活化相关。功能：是RNAi 作用的重要组分，是RNAi发生的中介分子。DNA 甲基化可使染色质高度螺旋化,凝缩成团,失去转录活性。甲基化抑制转座子的活性X染色体失活过程
41、（终末阶段）磷酸化-发生与 Ser 残基，一般与基因活化相关。DNA甲基化的主要功能是转录沉默基因印记、X染色体失活（2）参与RNA干扰的主要分子（1）配子发生中的甲基化现象基因印记、X染色体失活DNA甲基化可引起基因组中相应区域的染色质结构变化,使DNA失去DNA酶的敏感位点和限制性内切酶的切割位点；转座子的活性对机体非常有害父系基因的表达-胚胎发育能力增强DNA甲基化是产生遗传印记的主要原因。建立特定的基因表达模式：组织特异性、生殖特异性(2)部分重新编程，将导致各种异常表型和(或)死于发育的各个阶段；而母源基因组的去甲基化则多数是因甲基转移酶DNMT1活性受阻而使甲基化维持失败。（2）参与RNA干扰的主要分子X染色体失活过程（终末阶段）采用ncRNA介导的沉默机制5mC占胞嘧啶总量的2%-7%，约70%的5mC存在于CpG二连核苷。第49页/共49页
