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1、医学遗传学表观遗传学第一页，讲稿共七十五页哦表观遗传学表观遗传学(epigenetic)(epigenetic)：DNADNA的的序序列列不不发发生生变变化化、基基因因表表达达改改变变、并并且且这这种种改改变变可可稳定遗传。稳定遗传。表观遗传学研究的内容：表观遗传学研究的内容：1.1.基因选择性转录、表达的调控。基因选择性转录、表达的调控。2.2.基因转录后调控。基因转录后调控。第二页，讲稿共七十五页哦表观遗传修饰从多个水平上调控基因表达：表观遗传修饰从多个水平上调控基因表达：1.1.DNADNA水平：水平：DNADNA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
2、色质水平：染色质重塑染色质水平：染色质重塑4.4.RNARNA水平：水平：miRNAmiRNA、RNARNA干扰干扰第三页，讲稿共七十五页哦表观遗传学的研究意义：表观遗传学的研究意义：1.1.表表观观遗遗传传学学补补充充了了“中中心心法法则则”所所忽忽略略的的两两个个问问题题，即即哪哪些些因因素素决决定定了了基基因因的的正正常常转转录录和和翻翻译译以以及及核核酸酸并并不是存储遗传信息的唯一载体。不是存储遗传信息的唯一载体。2.2.表表观观遗遗传传信信息息可可以以通通过过控控制制基基因因的的表表达达时时间间、空空间间和和方方式式来来调调控控各各种种生生理理反反应应。所所以以许许多多用用DNADN
3、A序序列列不不能能解解释释的现象都能够找到答案。的现象都能够找到答案。3.3.与与DNADNADNADNA序序序序列列列列的的的的改改改改变变变变不不不不同同同同，许许许许多多多多表表表表观观观观遗遗遗遗传传传传的的的的改改改改变变变变是是是是可可可可逆逆逆逆的的的的，这使表观遗传疾病的治愈成为可能。这使表观遗传疾病的治愈成为可能。这使表观遗传疾病的治愈成为可能。这使表观遗传疾病的治愈成为可能。第四页，讲稿共七十五页哦 第二节第二节 表观遗传修饰表观遗传修饰1 1、DNADNA甲基化甲基化(DNA methylation)(DNA methylation)DNA DNA甲基化是目前研究得最清楚
4、、也是最重要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。通过甲基供体的表观遗传修饰形式。通过甲基供体S-S-腺腺苷甲硫氨酸，并在苷甲硫氨酸，并在DNADNA甲基转移酶甲基转移酶(DNA(DNA methyltransferasemethyltransferase，DNMT)DNMT)的催化下，的催化下，CpGCpG二二核苷酸中的胞嘧啶环上核苷酸中的胞嘧啶环上5 5位置的氢被活性甲基位置的氢被活性甲基所取代，从而转变成所取代，从而转变成5-5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶(5-mC)(5-mC)。第五页，讲稿共七十五页哦胞嘧啶甲基化反应胞嘧啶甲基化反应 第六页，讲稿共七十五页哦 DNA复制酶
5、复制酶CH3CH3CH3CH3DNA甲基甲基转移酶转移酶CH3CH3CH3CH3DNA复制后甲基化型的维持复制后甲基化型的维持 第七页，讲稿共七十五页哦CpG岛（岛（CpG island）第八页，讲稿共七十五页哦甲基化抑制基因的表达甲基化抑制基因的表达甲基化抑制基因的表达甲基化抑制基因的表达第九页，讲稿共七十五页哦oDNADNA甲基化甲基化基因沉默基因沉默(gene silence)(gene silence)o非非甲甲基基化化(non-methylation)(non-methylation)基基因因活活化化(gene(gene activation)activation)o去去甲甲基基化化
6、(demethylation)(demethylation)沉沉默默基基因因的的重重新新激活（激活（reactivationreactivation）第十页，讲稿共七十五页哦DNADNA高高甲甲基基化化：基基因因启启动动子子区区的的CpGCpG岛岛在在正正常常状状态态下下一一般般是是非非甲甲基基化化的的，当当发发生生甲甲基基化化时时，基基因因转转录录沉沉寂寂，使使一一些些重重要要基基因因如如抑抑癌癌基基因因、DNADNA修修复复基基因因等等丧丧失失功功能能，从从而而导导致致正正常常细细胞胞的的生生长长分分化化调调控控失失常常以以及及DNADNA损损伤伤不不能能被被及及时时修修复复，这与多种肿瘤
7、形成密切相关。这与多种肿瘤形成密切相关。第十一页，讲稿共七十五页哦DNADNA低低甲甲基基化化：整整个个基基因因组组普普遍遍低低甲甲基基化化，这这种种广广泛泛的的低低甲甲基基化化会会造造成成基基因因的的不不稳稳定定，这与多种肿瘤的发生有关。这与多种肿瘤的发生有关。DNADNA的的低低甲甲基基化化也也可可能能在在异异常常组组蛋蛋白白修修饰饰的的协协同同下下引引起起某某些些T T细细胞胞基基因因的的异异常常活活化化、导导致自身免疫性疾病的发生。致自身免疫性疾病的发生。第十二页，讲稿共七十五页哦2.2.组蛋白修饰组蛋白修饰 DNADNA以以染染色色质质的的形形式式存存在在，染染色色质质通通常常由由D
8、NADNA、组组蛋蛋白白、非非组组蛋蛋白白以以及及少少量量RNARNA包包装装而而成成，其其中中组组蛋蛋白是染色质的基本结构蛋白。白是染色质的基本结构蛋白。组组蛋蛋白白的的N-N-末末端端可可通通过过共共价价作作用用从从而而发发生生乙乙酰酰化化、甲甲基基化化、泛泛素素化化以以及及磷磷酸酸化化等等翻翻译译后后的的修修饰饰，这这些些修修饰饰的的信信息息构构成成了了丰丰富富的的组组蛋蛋白白密密码码，其其中中乙酰化和甲基化是最为重要的修饰方式。乙酰化和甲基化是最为重要的修饰方式。第十三页，讲稿共七十五页哦组蛋白的不同修饰组蛋白的不同修饰第十四页，讲稿共七十五页哦组蛋白乙酰化：组蛋白乙酰化：组组蛋蛋白白
9、乙乙酰酰化化是是由由组组蛋蛋白白乙乙酰酰基基转转移移酶酶(HAT)(HAT)和和组组蛋蛋白白去去乙乙酰酰基基酶酶(HDAC)(HDAC)协协调调催催化化完完成成，修修饰饰的的部部位位一一般般位位于于N-N-末末端端保保守守的的赖赖氨氨酸酸残残基基上上。组组蛋蛋白白乙乙酰酰化化是是一一个个可可逆逆的的动动力力学学过过程程，可可以以调节基因的转录。调节基因的转录。第十五页，讲稿共七十五页哦组蛋白甲基化：组蛋白甲基化：组组蛋蛋白白甲甲基基化化多多发发生生于于组组蛋蛋白白H3H3、H4H4的的赖赖氨氨酸酸和和精精氨氨酸酸残残基基上上，由由特特异异的的组组蛋蛋白白赖赖氨氨酸酸甲甲基基转转移移酶酶(his
10、tone(histone methyltransferase,methyltransferase,HMT)HMT)催催化化完完成成，也也是是一一个个可可调调控控的的动动态态修修饰饰过过程程。而而组组蛋蛋白白的的去去甲甲基基化化是是由由赖赖氨氨酸酸去去甲甲基基酶酶(lysine-specific(lysine-specific demethylase demethylase 1,1,LSD1)LSD1)催催化完成。化完成。第十六页，讲稿共七十五页哦组蛋白的其他修饰：组蛋白的其他修饰：组组蛋蛋白白泛泛素素化化由由E1E1、E2E2、E3E3级级联联酶酶催催化化修修饰饰，也也是一个可逆的动力学过程。
11、是一个可逆的动力学过程。所有组蛋白的组分均能磷酸化。所有组蛋白的组分均能磷酸化。组组蛋蛋白白的的各各种种修修饰饰不不是是相相互互独独立立的的，而而是是互互相相联联系系的的，例例如如H3-Serl0H3-Serl0的的磷磷酸酸化化可可以以促促进进H3-K14H3-K14乙乙酰酰化化，而而H3-K9H3-K9的甲基化则会阻止的甲基化则会阻止H3-Serl0H3-Serl0的磷酸化。的磷酸化。第十七页，讲稿共七十五页哦o染色质重塑o染色质重塑o染色质重塑3.3.染色质重塑染色质重塑(remodeling)(remodeling)染染色色质质重重塑塑是是指指染染色色质质位位置置、结结构构的的变变化化，
12、主主要要包包括括紧紧缩缩的的染染色色质质在在核核小小体体连连接接处处发发生生松松动动造造成成染染色色质质的的解解压压缩缩，从从而而暴暴露露了了基基因因转转录录启启动动子子区区中中的的顺顺式式作作用用元元件件，为为反反式式作作用因子的结合提供了可能。用因子的结合提供了可能。第十八页，讲稿共七十五页哦染色质重塑与基因转录染色质重塑与基因转录第十九页，讲稿共七十五页哦 动动态态的的染染色色质质重重塑塑过过程程是是大大多多数数以以DNADNA为为模模板板的的生生物物学学过过程程的的基基础础，如如基基因因的的转转录录、DNADNA的的复复制制与与修修复复等等等等，而而这这些些生生物物学学过过程程的的混混
13、乱乱都都与与疾疾病病的的发发生生、发发展展直直接接相相关关，因因此此染染色色质质重重塑塑不不仅仅能能够够调调节节基基因因的的转转录录，同同时时还还参参与与了了与与疾疾病病发发生生密密切切相相关关的的那那些些基基础础细细胞胞生生理理过过程程。但但是是不不同同的的染染色色质质重重塑塑能能够够导导致致不不同同的的疾疾病病，又又提提示示我我们们这这些些生生理理过过程程并不是独立的起作用。并不是独立的起作用。第二十页，讲稿共七十五页哦4.4.非编码非编码RNARNA调控调控(ncRNA)(ncRNA)功功能能性性非非编编码码RNARNA在在表表观观遗遗传传修修饰饰中中发发挥挥极极其其重重要要的的作作用用
14、。ncRNAncRNA按按照照大大小小可可分分为为两两类类：长长链非编码链非编码RNARNA和短链非编码和短链非编码RNARNA。长长链链非非编编码码RNARNA在在基基因因簇簇乃乃至至于于整整个个染染色色体体水水平平上上发发挥挥顺顺式式调调节节作作用用，短短链链RNARNA在在基基因因组组水平对基因的表达进行调控。水平对基因的表达进行调控。第二十一页，讲稿共七十五页哦长链非编码长链非编码RNARNA X X染染色色体体的的失失活活就就是是长长链链ncRNAncRNA所所介介导导的的甲甲基基化化和和组组蛋蛋白白修修饰饰共共同同参参与与的的一一个个复复杂杂的的过过程程。x x染染色色体体上上的的
15、失失活活基基因因编编码码出出相相应应RNARNA，这这些些RNARNA包包裹裹在在x x染染色色体体上上，达达到到某某一一水水平平后后，在在甲甲基基化化和和组组蛋蛋白白修修饰饰的的参参与与下下共共同同导致并维持导致并维持x x染色体的失活。染色体的失活。此此外外长长链链ncRNAncRNA常常在在基基因因组组中中建建立立单单等等位位基基因因表表达达模模式式，在在核核糖糖核核蛋蛋白白复复合合物物中中充充当当催催化化中中心心，对对染染色质结构的改变发挥着重要的作用。色质结构的改变发挥着重要的作用。第二十二页，讲稿共七十五页哦短链非编码短链非编码RNARNA 短短链链非非编编码码RNA(RNA(又又
16、称称小小RNA)RNA)能能够够介介导导mRNAmRNA的的降降解解，诱诱导导染染色色质质结结构构的的改改变变，决决定定着着细细胞胞的的分分化化命命运运，还还对对外外源源的的核核酸酸序序列列有有降降解解作作用用以保护本身的基因组。以保护本身的基因组。短链非编码短链非编码RNARNA的表达与功能的表达与功能第二十三页，讲稿共七十五页哦A.A.RNARNA干扰干扰干扰干扰(RNA Interference,RNAi)(RNA Interference,RNAi)(RNA Interference,RNAi)(RNA Interference,RNAi)真真 核核 生生 物物mRNAmRNA编编 码
17、码 区区 同同 源源 的的 外外 源源 双双 链链RNA(Double RNA(Double Strand Strand RNA,RNA,dsRNA)dsRNA)能能特特异异地地诱诱导导其其同同源源mRNAmRNA的的降降解解，导导致致相相应应基基因因的的沉沉默默，这这一一现现象象被被称称 为为 RNARNA干干 扰扰，RNAiRNAi依依 赖赖 于于 小小 干干 扰扰RNA(Small RNA(Small Interference Interference RNA,RNA,siRNA)siRNA)与与靶靶序序列列之之间间严严格格的的碱碱基基配对，具有很强的特异性。配对，具有很强的特异性。第二
18、十四页，讲稿共七十五页哦B.B.B.B.miRNAmiRNAmiRNAmiRNA 真真核核生生物物体体内内另另一一类类重重要要的的非非编编码码RNARNA就就是是miRNAmiRNA。miRNAmiRNA是是一一类类长长约约为为2123nt2123nt的的单单链链RNARNA分分子子，广广泛泛存存在在于于从从植植物、线虫到人类的细胞中。物、线虫到人类的细胞中。miRNAmiRNA的生成与功能的生成与功能第二十五页，讲稿共七十五页哦5.5.不同表观遗传学修饰之间的相互调控不同表观遗传学修饰之间的相互调控 表表观观遗遗传传修修饰饰从从多多个个水水平平上上调调控控基基因因表表达达，而而不不同同水水平
19、平的的调调控控之之间间也也是是相相互互关关联联的的，任任何何一一方方面面的的异异常常都都可可能能影影响响到到其其他他水水平平的的表表观观遗遗传传修修饰饰。事事实实上上不不同同水水平平的的表表观观遗遗传传修修饰饰在在真真核核细细胞胞中构成了一个完整的表观遗传调控网络。中构成了一个完整的表观遗传调控网络。第二十六页，讲稿共七十五页哦 最最初初认认为为不不同同肿肿瘤瘤细细胞胞中中的的miRNAmiRNA的的表表达达异异常常是是缺缺失失或或者者突突变变的的结结果果，但但是是一一些些最最新新研研究究显显示示miRNAmiRNA的的表表达达也也会会受受到到甲甲基基化和其他表观遗传机制的影响。化和其他表观遗
20、传机制的影响。miRNAmiRNA的表达受甲基化和其他表观遗传机制的调控的表达受甲基化和其他表观遗传机制的调控siRNAsiRNA诱导诱导DNADNA的甲基化的甲基化 siRNAsiRNA诱诱导导的的转转录录水水平平基基因因沉沉默默是是通通过过指指导导基基因因组组表表观观修修饰饰完完成成的的，包包括括指指导导基基因因组组DNADNA甲甲基基化化和和指指导导组组蛋蛋白白修修饰饰，siRNAsiRNA指指导导的的DNADNA甲甲基基化化具具有有精精确确特特定定的的靶靶向向性性，在在某某种种程程度度上上与与肿肿瘤瘤细细胞中抑癌基因特定沉默过程有关。胞中抑癌基因特定沉默过程有关。第二十七页，讲稿共七十
21、五页哦第三节第三节 表观遗传疾表观遗传疾病病1.1.DNADNA甲基化与疾病甲基化与疾病DNADNA甲基化与肿瘤甲基化与肿瘤 肿肿瘤瘤细细胞胞中中的的DNADNA甲甲基基化化一一般般表表现现为为总总体体的的低低甲甲基基化化水水平平和和特特定定区区域域的的高高甲甲基基化化，这这些些变变化化可可以以同同时时发发生生在在同同一一肿肿瘤瘤组组织织内内。基基因因总总体体甲甲基基化化水水平平降降低低导导致致染染色色体体不不稳稳定定、DNADNA修修复复基基因因、细细胞胞周周期期调调控控基基因因、细细胞胞凋凋亡亡基基因因相相应应的的CpGCpG岛岛的的甲甲基基化化沉沉默默，进而促进了肿瘤细胞的形成。进而促进
22、了肿瘤细胞的形成。第二十八页，讲稿共七十五页哦肿瘤类型表观遗传修饰改变肺癌基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（p16INK4a、DAPK1、RASSF1A）、CBP基因组及染色体重组因子BRG1的缺失乳腺癌基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（BRCA1、E-cadherin、TMS1、雌激素受体）食管癌组蛋白去甲基基因JMJD2C/GASC1扩增、CpG岛高甲基化（p16INK4a、p14ARF）胃癌CpG岛高甲基化（hMLH1、E-cadherin、p14ARF、p16INK4a）肝癌基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（SOCS1、GSTP1、）、癌基因的低甲基化（c-fos、c
23、-jun、c-myc）结直肠癌基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（hMLH1、p16INK4a、RARB2、SFRP1、WRN）、miRNA高甲基化、IGF2印记作用丢失、组蛋白修饰突变（EP300和HDAC2）、单乙酰化和组蛋白H4环丙烷形式的降低肾癌基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（VHL）、IGF2印记作用丢失膀胱癌基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（p16INK4a、TPEF/HPP1）、miRNA高甲基化前列腺癌基因组水平的低甲基化、CpG岛高甲基化（GSTP1）、组蛋白甲基转移酶EZH2基因扩增；组蛋白H3和H4异常修饰、癌基因的低甲基化（k-ras）卵巢癌CpG岛高
24、甲基化（BRCA1）、微卫星DNA低甲基化神经胶质瘤CpG岛高甲基化（MGMT、EMP3和THBS1）淋巴瘤CpG岛高甲基化（p16INK4a、p73和MGMT）、单乙酰化和组蛋白H4环丙烷形式的降低白血病CpG岛高甲基化（p16INK4a、p15INK4b、EXT1和ID4、E-eadherin）、组蛋白修饰易位（CBP、MOZ、MORF、MLL1、MLL3和 NSD1）不同肿瘤中表观遗传学修饰的异常变化不同肿瘤中表观遗传学修饰的异常变化第二十九页，讲稿共七十五页哦原原癌癌基基因因(oncogene)(oncogene)：较较低低水水平平的的原原癌癌基基因因对对于于细细胞胞的的生生长长、发发
25、育育、分分化化和和信信号号传传导导都都是是必必需需的的，当当发发生生突突变变或或基基因因异异常常表表达达时时癌癌症症就就产产生生了了。研研究究发发现现原原癌癌基基因因通通常常在在肿肿瘤瘤新新生生物物中中呈呈现现低甲基化状态。低甲基化状态。肿肿瘤瘤抑抑制制基基因因(tumor(tumor suppression suppression gene)gene)：肿肿瘤瘤抑抑制制基基因因的的产产物物能能够够抑抑制制细细胞胞的的生生长长，失失去去其其功功能能将将促促进进细细胞胞的的转转化化；与与原原癌癌基基因因在在激激活活方方式式上上的的不不同同在在于于肿肿瘤瘤抑抑制制基基因因的的激激活活必必须须有有等
26、等位位基因的两次突变或缺失。基因的两次突变或缺失。药药物物：叶叶酸酸和和维维生生素素B12B12都都是是甲甲基基的的供供体体，能能影影响响甲甲基基化化的的状状态态，主主要是对全基因组甲基化上调的影响。要是对全基因组甲基化上调的影响。环环境境因因素素：环环境境因因素素亦亦可可影影响响肿肿瘤瘤中中基基因因的的甲甲基基化化，从从而而间间接接的的促促进进或影响肿瘤的发生。或影响肿瘤的发生。第三十页，讲稿共七十五页哦DNADNA甲基化与自身免疫性疾病甲基化与自身免疫性疾病 DNADNA甲甲基基化化的的改改变变可可以以影影响响一一些些与与黏黏附附分分子子和和细细胞胞因因子子表表达达相相关关的的基基因因，导
27、导致致T T细细胞胞的的自自身身反反应应性性改改变变，因因此此对对维维持持T T细细胞胞的的功功能能至至关关重重要要。研研究究证证实实，没没有有维维持持DNADNA甲甲基基化化水水平平和和模模式式的的成成熟熟T T细细胞胞，在在体体内内、外外均均能能发发生生自自身身反反应应性性，因因此此表表观观遗遗传传的的失失控控可可以以引引起起自身免疫性疾病。自身免疫性疾病。第三十一页，讲稿共七十五页哦DNADNA甲基化与衰老甲基化与衰老 DNADNA甲甲基基化化作作为为哺哺乳乳动动物物细细胞胞基基因因组组修修饰饰和和表表达达调调控控的的后后遗遗传传方方式式，在在细细胞胞的的衰衰老老过过程程中中总总体体水水
28、平平下下降降，同同时时又又伴伴随随着着某某些些基基因因的的高高甲甲基基化化。永永生生化化细细胞胞基基因因组组的的甲甲基基化化水水平平较较高高，因因此此甲甲基基化化水水平平过过高高又又是是肿肿瘤瘤细细胞胞的的表表现现。目目前前年年龄龄相相关关的的甲甲基基化化已已作作为为细胞生命历史的标签。细胞生命历史的标签。第三十二页，讲稿共七十五页哦DNADNA甲基化与心血管疾病甲基化与心血管疾病 心心血血管管疾疾病病被被认认为为是是受受甲甲基基化化控控制制的的人人类类重重要要疾疾病病，对对心心血血管管疾疾病病的的DNADNA甲甲基基化化调调控控机机制制深深入入研研究究，有有利利于于制制定定心心血血管管疾疾病
29、病的的有有效效防防御御策策略略，同同时时DNADNA甲甲基基化化的的可可逆逆性性，为为采采用用控控制制饮饮食食及及其其他他环境手段干预心血管疾病的进程提供了新的方法。环境手段干预心血管疾病的进程提供了新的方法。第三十三页，讲稿共七十五页哦DNADNA甲基化与精神疾病甲基化与精神疾病 19721972年年GottesmanGottesman就就将将外外遗遗传传这这一一概概念念引引入入精精神神病病遗遗传传学学研研究究。近近些些年年当当传传统统遗遗传传研研究究在在精精神神疾疾病病的的研研究究中中困困难难重重重重时时，外外遗遗传传与与精精神神疾疾病病尤尤其其是是DNADNA甲甲基基化化与与精精神神分分
30、裂裂症症的的关关系系，引引起起了了研研究究者者的的重重视视。虽虽然然目目前前还还处处于于假假说说阶阶段段，但但不不少少研研究究已已提提示示DNADNA甲甲基基化化参参与与了了精精神神分裂症的发生。分裂症的发生。第三十四页，讲稿共七十五页哦2.2.组蛋白修饰、染色质重塑与疾病组蛋白修饰、染色质重塑与疾病 染染色色质质重重塑塑复复合合物物、组组蛋蛋白白修修饰饰酶酶的的突突变变均均与与转转录录调调控控、DNADNA甲甲基基化化、DNADNA重重组组、细细胞胞周周期期、DNADNA复复制制和和修修复复的的异异常常相相关关，这这些些异异常常可可以以引引起起生生长长发发育育畸畸形形，智智力力发发育育迟迟缓
31、缓，甚至导致癌症。甚至导致癌症。第三十五页，讲稿共七十五页哦 染染色色质质重重塑塑异异常常引引发发的的疾疾病病是是由由于于重重塑塑复复合合物物中中的的关关键键蛋蛋白白突突变变导导致致染染色色质质重重塑塑失失败败，即即核核小小体体不不能能正正确确定定位位，并并使使DNADNA损损伤伤修修复复复复合合物物，基基础础转转录录装装置置等等不不能能接接近近DNADNA，影影响响基基因因的的正正常常表表达达。如如果果突突变变导导致致抑抑癌癌基基因因或或调调节节细细胞胞周周期期的的蛋蛋白白出出现现异异常常将将导导致致癌癌症症的的发发生生。乙乙酰酰化化酶酶的的突突变变导导致致正正常常基基因因不不能能表表达达，
32、去去乙乙酰酰化化酶酶或或一一些些去去乙乙酰酰化化酶酶相相关关蛋蛋白白的的突突变变使使去去乙乙酰酰化化酶酶错错误误募募集集将将引引发肿瘤等疾病。发肿瘤等疾病。第三十六页，讲稿共七十五页哦3.3.基因组印记与疾病基因组印记与疾病 基基因因组组印印记记是是指指来来自自父父方方和和母母方方的的等等位位基基因因在在通通过过精精子子和和卵卵子子传传递递给给子子代代时时发发生生了了修修饰饰，使使带带有有亲亲代代印印记记的的等等位位基基因因具具有有不不同同的的表表达达特特性性，这这种种修修饰饰常常为为DNADNA甲甲基基化化修修饰饰，也也包包括括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。第三十七
33、页，讲稿共七十五页哦 目目前前发发现现的的印印记记基基因因大大约约80%80%成成簇簇，这这些些成成簇簇的的基基因因被被位位于于同同一一条条链链上上的的顺顺式式作作用用位位点点所所调调控控，该该位位点点被被称称做做印记中心印记中心(imprinting center,IC)(imprinting center,IC)。印印记记基基因因异异常常表表达达引引发发伴伴有有复复杂杂突突变变和和表表型型缺缺陷陷的的多多种种疾疾病病，许许多多印印记记基基因因对对胚胚胎胎和和胎胎儿儿出出生生后后的的生生长长发发育育调调节节非非常常重重要要，对对行行为为和和大大脑脑功功能能也也有有很很大大影影响响，印印记记基
34、因的异常同样可诱发癌症。基因的异常同样可诱发癌症。第三十八页，讲稿共七十五页哦4.4.X X染色体失活与疾病染色体失活与疾病 女女性性有有两两条条X X染染色色体体，男男性性只只有有一一条条X X染染色色体体，为为保保持持平平衡衡，女性一条女性一条X X染色体被永久失活染色体被永久失活“剂量补偿剂量补偿”效应。效应。X X染染色色体体随随机机失失活活是是X X失失活活中中心心(X(X inactivation inactivation center,center,Xic)Xic)调调控的。控的。X X染染色色体体失失活活相相关关疾疾病病多多是是由由X X染染色色体体不不对对称称失失活活使使携携
35、带带有有突变等位基因的突变等位基因的X X染色体在多数细胞中具有活性所致。染色体在多数细胞中具有活性所致。第三十九页，讲稿共七十五页哦5.5.非编码非编码RNARNA与疾病与疾病 ncRNAncRNA对对细细胞胞自自身身稳稳定定和和发发育育起起着着重重要要作作用用，而而它它们们在在肿肿瘤瘤发发生生过过程程中中的的作作用用机机制制正正在在逐逐渐渐被被认认识识。其其中中miRNAmiRNA能能够够调调控控那那些些与与发发育育、增增殖殖、凋凋亡亡及及应应激激反反应应相相关关基基因因的的表表达达，而而且且它它们们的的表表达达异异常常是是人人类恶性肿瘤的一个共同特征。类恶性肿瘤的一个共同特征。第四十页，
36、讲稿共七十五页哦 人人们们对对于于表表观观遗遗传传过过程程的的关关注注程程度度日日益益增增强强，以以DNADNA甲甲基基化化和和组组蛋蛋白白修修饰饰为为靶靶向向的的治治疗疗方方法法也也初初露露端端倪倪；在在表表观观遗遗传传修修饰饰分分析析技技术术发发展展的的基基础础之之上上，我我们们可可以以进进一一步步了了解解表表观观遗遗传传过过程程的的机机制制并并设设计计出出针针对对这这一一过过程的治疗性干预手段。程的治疗性干预手段。第四节第四节 表观遗传学研究技术表观遗传学研究技术第四十一页，讲稿共七十五页哦1.1.DNADNA甲基化的检测甲基化的检测基因组整体水平的甲基化分析基因组整体水平的甲基化分析A
37、.A.高效液相色谱柱相关方法高效液相色谱柱相关方法高效液相色谱仪结构示意图高效液相色谱仪结构示意图最明显优点在于最明显优点在于,可用可用于高通量混合样本的于高通量混合样本的检测，能明确显示目检测，能明确显示目的基因组整体甲基化的基因组整体甲基化的水平，缺点：不能的水平，缺点：不能定位具体的甲基化位定位具体的甲基化位点。点。第四十二页，讲稿共七十五页哦B.B.SssISssI甲基转移酶法甲基转移酶法缺点：缺点：SssISssI甲基转移酶不稳定，结果不够精确。甲基转移酶不稳定，结果不够精确。C.C.氯乙醛法氯乙醛法该法可以直接测定基因组整体的该法可以直接测定基因组整体的5mC5mC水平，水平，优优
38、点点：所所使使用用的的试试剂剂价价格格低低廉廉且且稳稳定定性性好好，可可以以避避免免放射性污染，放射性污染，缺点：费时费力，且氯乙醛为有毒物质。缺点：费时费力，且氯乙醛为有毒物质。第四十三页，讲稿共七十五页哦基因特异位点的甲基化分析基因特异位点的甲基化分析A.A.甲基化敏感性限制性内切酶甲基化敏感性限制性内切酶-PCR/Southern-PCR/Southern法法该方法是一种经典的甲基化研究方法，该方法是一种经典的甲基化研究方法，优点：可同时检测基因组内多个位点。易解释，成本低廉。优点：可同时检测基因组内多个位点。易解释，成本低廉。缺缺点点：由由于于CGCG不不仅仅限限于于CCGGCCGG序
39、序列列中中，因因此此非非该该序序列列中中的的CGCG将将被被忽忽略略；只只有有检检测测与与转转录录相相关关的的关关键键性性位位点点的的甲甲基基化化状状态态时时，该该检检测测方方法法的的结结果果才才有有意意义义；样样本本量量大大；存存在在酶酶消消化化不不完完全全引引起起假假阳阳性性的的问问题题；不适用于混合样本。不适用于混合样本。第四十四页，讲稿共七十五页哦B.B.直接测序法直接测序法重亚硫酸盐处理示意图重亚硫酸盐处理示意图 该该方方法法可可靠靠性性和和精精确确度度均均较较高高，能能明明确确目目的的片片段段中中每每一一个个CpGCpG位位点点的的甲甲基基化化状状态态，但但是是需需要要大大量的克隆
40、测序，操作过程繁琐且费用昂贵。量的克隆测序，操作过程繁琐且费用昂贵。第四十五页，讲稿共七十五页哦C.C.甲基化特异性的甲基化特异性的PCRPCR法法优优点点：避避免免了了使使用用限限制制性性内内切切酶酶及及相相关关问问题题；敏敏感感性性高高，可可用用于于石蜡包埋样本。石蜡包埋样本。缺缺点点：对对引引物物设设计计的的要要求求高高，可可靠靠的的引引物物需需设设计计包包含含两两或或多多个个完完全全甲甲基基化化或或非非甲甲基基化化位位点点，限限制制了了该该方方法法的的应应用用；只只能能作作定定性性研研究究，不不能能作作定定量量检检测测；重重亚亚硫硫酸酸盐处理不完全导致结果假阳性。盐处理不完全导致结果假
41、阳性。甲基化特异性的甲基化特异性的PCRPCR示意图示意图第四十六页，讲稿共七十五页哦D.D.甲基化敏感性单核苷酸引物延伸法甲基化敏感性单核苷酸引物延伸法优优点点：可可以以检检测测特特异异位位点点甲甲基基化化情情况况且且不不受受内内切切酶酶限限制制；通通过过设设计计不不同同的的引引物物可可在在同同一一延延伸伸反反应应中中得得到到不不同同位位点点甲甲基基化化的的情情况况；可可检检测测甲甲基基化化位位点点分分布布不不均均的的样样本本；能能够够定定量量检检测测甲甲基基化化水水平平；仅仅需需少少量量的的DNADNA，且可用于石蜡包埋样本。且可用于石蜡包埋样本。缺缺点点：实实验验步步骤骤略略复复杂杂，检
42、检测测多多位位点点时时需需设设计计多多个个引引物物，不不能能对对较较长长序序列列进进行行全全面面检检测测；存存在在放放射射性性污污染染及及重重亚亚硫硫酸酸盐盐处处理理不不完完全的问题。全的问题。第四十七页，讲稿共七十五页哦E.E.结合重亚硫酸盐的限制性内切酶法结合重亚硫酸盐的限制性内切酶法优优点点：相相对对简简单单，不不需需预预先先知知道道位位点点及及样样本本序序列列；可可进进行行定定量量研研究究；检检测测所所需需的的样样本本量量较较少少，可可用用于于石石蜡蜡包包埋埋样本。样本。缺缺点点：只只能能获获得得特特殊殊酶酶切切位位点点甲甲基基化化情情况况，因因此此阴阴性性检检测测结结果果不不能能排排
43、除除样样品品中中甲甲基基化化存存在在的的可可能能；由由于于限限制制性性内内切切酶酶和和PCRPCR的的使使用用，序序列列分析受到限制。分析受到限制。第四十八页，讲稿共七十五页哦F.甲基化敏感性单链构象分析甲基化敏感性单链构象分析优优点点：可可用用于于等等位位基基因因甲甲基基化化分分析析；能能提提示示甲甲基基化化状状态态分分布布的的不不均性。均性。缺缺点点：只只有有甲甲基基化化水水平平较较高高的的单单链链才才能能明明显显的的区区分分开开，而而水水平平较较低低的的不不易易分分开开，有有时时会会因因为为甲甲基基化化位位点点的的随随机机和和不不均均匀匀分分布布导导致致电电泳泳条条带带出出现现拥拥挤挤、
44、拖拖尾尾的的现现象象，故故敏敏感感性性及及准准确确性性略略低低；检检测测的片段不宜过长。的片段不宜过长。第四十九页，讲稿共七十五页哦G.G.甲基化敏感性变性梯度凝胶电泳甲基化敏感性变性梯度凝胶电泳优优点点：可可以以用用来来检检测测出出除除最最高高温温度度解解链链区区域域以以外外的的所所有有发发生生甲甲基基化化的的DNADNA片片段段，所所需需的的样样品品量量少少，能能较较直观的显示出甲基化情况。直观的显示出甲基化情况。缺点：解链温度和缺点：解链温度和DGGEDGGE的变性浓度梯度需要摸索。的变性浓度梯度需要摸索。第五十页，讲稿共七十五页哦H.H.甲基化敏感性解链曲线分析甲基化敏感性解链曲线分析
45、最最大大的的优优点点：能能够够对对甲甲基基化化分分布布不不均均匀匀的的DNADNA样样本本进进行行半半定定量量分析。分析。缺缺点点：不不能能够够精精确确检检测测出出甲甲基基化化的的具具体体位位点点；研研究究序序列列的的长长度度不不宜宜过过长；对低水平的长；对低水平的DNADNA甲基化敏感性低。甲基化敏感性低。第五十一页，讲稿共七十五页哦I.I.MethylightMethylight优优点点：高高敏敏感感、快快速速，非非甲甲基基化化等等位位基基因因比比例例很很高高也也能能精精确确地地检检测测出出甲甲基基化化的的等等位位基基因因，可可做做多多样样本本、多多位位点点分分析析，具具备备可可重重复复性
46、性，所所需需的的样样本本量量少少，不不需需电电泳泳分分离离，能能够够为为临临床床样样本本的的研研究究提提供供可可靠靠的的技技术术支持。支持。缺缺点点：测测定定每每个个位位点点都都要要用用一一对对引引物物和和探探针针，费费用用高高且且受受较较多多因因素素的的影响。影响。J.J.DNADNA微阵列法微阵列法优优点点：可可用用于于多多样样本本、多多位位点点甲甲基基化化的的检检测测，检检测测所所需需的的样样本本量量少少，适于临床样本；适于临床样本；缺缺点点：不不能能得得到到每每个个位位点点的的信信息息，探探针针可可能能存存在在交交叉叉杂杂交交致致结结果果假假阳性，因此该方法进行检测时一定要设立对照。阳
47、性，因此该方法进行检测时一定要设立对照。第五十二页，讲稿共七十五页哦K.甲基化敏感性斑点分析甲基化敏感性斑点分析优优点点：快快速速、简简便便、易易于于掌掌握握，能能够够一一次次检检测测多多种种样样本本，包括石蜡包埋样本。包括石蜡包埋样本。缺缺点点：检检测测序序列列不不能能过过长长；若若探探针针错错误误杂杂交交或或重重亚亚硫硫酸酸盐盐处处理理不不完完全全，则则可可能能出出现现假假阳阳性性或或假假阴阴性结果。性结果。第五十三页，讲稿共七十五页哦L.L.MS-MLPAMS-MLPA优优点点：所所需需的的样样本本量量少少，由由于于探探针针具具有有非非常常短短的的识识别别序序列列，因因此此可可以以用用于
48、于局局部部降降解解的的DNADNA，如如石石蜡蜡包包埋埋的的样样本本；可可用用于于分分析析大大量量的的混混合合样样本本，可可一一次次检检测测多多个靶基因中位点的甲基化情况。个靶基因中位点的甲基化情况。缺缺点点：探探针针连连接接位位点点受受限限制制性性内内切切酶酶位位点点识识别别的的限限制制，且且要要考考虑虑到到所用酶的反应适宜温度。所用酶的反应适宜温度。第五十四页，讲稿共七十五页哦新甲基化位点的筛查新甲基化位点的筛查A.A.限制性标记基因组扫描限制性标记基因组扫描优优点点：可可一一次次得得到到多多个个位位点点甲甲基基化化的的情情况况，利利于于新新甲甲基基化化位位点点的的寻寻找。找。缺缺点点：R
49、LGSRLGS图图谱谱不不能能完完全全确确认认缺缺失失的的片片段段是是由由于于甲甲基基化化还还是是由由于于样本本身缺失所致；对样本本身缺失所致；对DNADNA质量要求高；结果复杂，不易解释。质量要求高；结果复杂，不易解释。B.B.MBDMBD柱层法柱层法优优点点：高高通通量量，可可对对未未知知片片段段进进行行初初筛筛，选选出出含含有有甲甲基基化化的的片段进一步检测，快速、简便。片段进一步检测，快速、简便。缺缺点点：DNADNA片片段段的的特特殊殊构构型型也也可可与与MBDMBD柱柱相相结结合合，造造成成非非特特异异性性捕捕获获引引起起假假阳阳性性；是是一一种种定定性性而而非非定定量量的的方方法
50、法；由由于于MBDMBD柱柱中中所所含含多多肽肽的的量量不不完完全全相相同同，因因此此不不同同的的MBDMBD柱柱或或多多次次使使用用的的MBDMBD柱柱的的结结果果可能存在差异。可能存在差异。第五十五页，讲稿共七十五页哦C.C.COMPARE-MSCOMPARE-MS该该方方法法联联合合运运用用了了MBDMBD柱柱层层法法及及MS-REMS-RE法法，避避免免了了单单用用MBDMBD时时非非特特异异性性捕捕获获及及单单用用内内切切酶酶时时不不完完全全消消化化所所致致的的假假阳阳性性。在在快快速速、简简便便同同时时，保保证证了结果的特异性和敏感性。了结果的特异性和敏感性。缺缺点点：需需要要使使