第4讲表观遗传学.pdf

第4讲 表观遗传学 一、表观遗传学定义 ： 1、表观遗传概念的演变 相同的基因型为什么会产生不同的细胞类型？如何才能 使同样的基因组表达不同的基因、分化出表型（类型）不同 的细胞呢？ 为了解答这些困惑，英国胚胎学家和遗传学家C.H. Waddington 于1939年在 《现代遗传学导论》一书中首先提 出表观遗传学（epigenetics）这一术语，并在1942年将其 定义为是 “研究基因与决定表型的基因产物之间的相互作用 及因果关系”。这个定义涵盖了基因表达调控的基本范畴（ 图15-1）。 ① 表示中心法则； ② 表示蛋白质对基因表达的调控作用； ③ 表示RNA对基因表达的调控作用 从DNA （基因）RNA蛋白质，这是“中心法则 ”的遗传学内涵。任何性状的产生都是多个基因共同 作用的结果。基因产物对基因表达过程的调控，包括 RNA和/或蛋白质对DNA/染色质结构与转录活性的调控 ，蛋白质对RNA稳定性与蛋白质翻译及翻译后修饰过 程的调控等。广义的表观遗传学本质上就是研究基因 表达调控的机制，也就是基因之间相互作用的机制， 或者说性状决定的机制 Holliday 1994年将表观遗传学定义为 “不依赖DNA序列差异的核遗 传”。 目前表观遗传的概念除了上述含义之外，还可以表述为如下3种： ①不依赖于DNA序列改变的、“可遗传”的个体表型的改变；或在基 因本身的DNA序列未发生改变的情况下，基因在表达与功能上发生的“可 遗传”的变化。这一概念强调了表观遗传现象是“可遗传”的。 ②不改变DNA序列，通过改变染色质的结构与活性改变基因的表达与 功能，并最终造成个体表型的改变。这是将表观遗传调控局限于染色质层 面，但并未强调是“可遗传”的。 ③不改变DNA序列，而是通过改变染色质的结构与活性改变基因的表 达与功能，并最终产生“可遗传”的个体表型的改变。这显然是目前对表 观遗传最为严格的一种定义，它既将表观遗传调控局限于染色质层面，又 强调了它的“可遗传”性。 表观遗传学研究中的几个名词术语 表观遗传修饰 （epigenetic modification）：对DNA （基因）或其载体 染色质结构的修饰作用。 表观遗传变异 （epigenetic variation）：由表观遗传修饰导致的基因表 达状态与表型的改变。 表观遗传调控 （epigenetic regulation/control）：能够影响到基因的表 达与活性的作用与机制，而不涉及DNA序列改变的基因表达调 控方式。 表观遗传效应 （epigenetic effect）：由表观遗传调控所产生的表型效 应则；或泛指所有不改变DNA序列，而是通过影响基因表达与活 性的各个环节导致细胞与个体表型改变的现象。 “以染色质为基础的表观遗传变异”（chromatin-based epigenetic variation）：通过影响染色质的结构与活性调控基因表达的现象。 表观遗传性状 （epigenetic trait）：由表观遗传变异所产生 的表型。 表观基因组 （epigenome）：细胞或个体所处的表观遗传状 态 （调控基因组表达与活性的环境因素的总和及其所决 定的基因表达模式）。或表观基因组指的是附着在基因 组上的化学标记模式，其决定了哪些基因会被激活以及 它们激活的方式及时间。 跨代表观遗传学 （transgenerational epigenetics）：能够 通过生殖细胞向后代个体传递的表观遗传现象的研究。 记忆表观遗传学 （memigenetics）： “可遗传”的表观遗 传变异研究。 例 人体从一个受精卵分化后产生200多种细胞： 基因型相同，基因数相同：27000多个基因 不同：细胞的基因表达模式 （gene expression pattern） 不相同，每种细胞只有数千个基因有活性。 因此，维持细胞正常功能是取决于一组基因表达而不是 全部基因。 在胚胎和个体发育过程中一个基因组可以衍生出许多不 同类型的表观基因组（epigenome），而且在各自后代中可稳 定遗传——子代细胞形态和功能的改变——细胞分化。已分 化的同一类细胞其