《表观遗传学》PPT课件.ppt

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1、20232023年年年年1 1月月月月1212日日日日表表 观观 遗遗 传传 学学（epigenetics）生命科学学院生命科学学院 沈文沈文飚飚2 24 42023年年1月月12日日5 52023年年1月月12日日5 5发发 展展 历历 史史v2000多年前，古希腊哲学家亚里士多德在On the Generation of Animals一书中首先提出后生理论（the theory of epigenesis），它相对于先成论，新器官的发育由未分化的团块逐渐形成的。2023年年1月月12日日6 62023年年1月月12日日6 6发发 展展 历历 史史v1939年，生物学家 Waddingto

2、n CH 首先在现代遗传学导论中提出了epihenetics这一术语，v并于1942年定义表观遗传学为“生物学的分支，研究基因与决定表型的基因产物之间的因果关系”。2023年年1月月12日日7 72023年年1月月12日日7 7发发 展展 历历 史史v1975年，Hollidy R 对表观遗传学进行了较为准确的描述。v他认为表观遗传学不仅在发育过程，而且应在成体阶段研究可遗传的基因表达改变，这些信息能经过有丝分裂和减数分裂在细胞和个体世代间传递，而不借助于DNA序列的改变，也就是说表观遗传是非DNA序列差异的核遗传。2023年年1月月12日日8 8概概 述述v表观遗传学表观遗传学l研究不涉及研

3、究不涉及DNADNA序列改变的基因表达和调控的可遗传变序列改变的基因表达和调控的可遗传变化的，或者说是研究从基因演绎为表型的过程和机制化的，或者说是研究从基因演绎为表型的过程和机制的一门新兴的遗传学分支。的一门新兴的遗传学分支。v表观遗传表观遗传l所谓表观遗传就是不基于所谓表观遗传就是不基于DNADNA差异的核酸遗传。即细胞差异的核酸遗传。即细胞分裂过程中，分裂过程中，DNA DNA 序列不变的前提下，全基因组的基序列不变的前提下，全基因组的基因表达调控所决定的表型遗传，涉及染色质重编程、因表达调控所决定的表型遗传，涉及染色质重编程、整体的基因表达调控（如隔离子，增强子，弱化子，整体的基因表达

4、调控（如隔离子，增强子，弱化子，DNADNA甲基化，组蛋白修饰等功能甲基化，组蛋白修饰等功能 ),),及基因型对表型的及基因型对表型的决定作用。决定作用。2023年年1月月12日日8 82023年年1月月12日日9 9概概 述述vDefinition of EpigeneticslAny changes in gene expression resulting from either a DNA and chromatin modification or resulting from a post post-transcriptional mechanism.However,it does n

5、ot reflect a difference in the DNA code。vA unifying definition of epigenetics:(Adrian Bird,nature,2007)lthe structural adaptation of chromosomal regions so as to register,signal or perpetuate altered activity states.lThis definition is inclusive of chromosomal marks,because transient modifications a

6、ssociated with both DNA repair or cell-cycle phases and stable changes maintained across multiple cell generations qualify.2023年年1月月12日日9 92023年年1月月12日日1010概概 述述v表观遗传学的特点表观遗传学的特点：l可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数可遗传的，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；分裂，能在细胞或个体世代间遗传；l可逆性的基因表达调节，也有较少的学者描可逆性的基因表达调节，也有较少的学者描述为基因活性或功能的改

7、变；述为基因活性或功能的改变；l没有没有DNADNA序列的改变或不能用序列的改变或不能用DNADNA序列变化来序列变化来解释。解释。2023年年1月月12日日10102023年年1月月12日日1111概概 述述2023年年1月月12日日11112023年年1月月12日日1212概概 述述2023年年1月月12日日1212遗遗传传与与表表观观遗遗传传2023年年1月月12日日1313概概 述述2023年年1月月12日日1313真核生物全部遗传信息遗传密码组蛋白密码？密码基因组DNA序列组蛋白氨基端修饰？2023年年1月月12日日1414概概 述述2023年年1月月12日日1414DNA与染色质2

8、023年年1月月12日日1515概概 述述2023年年1月月12日日相同的基因型相同的基因型相同的基因型相同的基因型 不同的表现型不同的表现型不同的表现型不同的表现型 基因表达模式基因表达模式基因表达模式基因表达模式15152023年年1月月12日日1616概概 述述v基因表达模式基因表达模式v决定细胞类型的不是基因本身，而是基因表达模式，通决定细胞类型的不是基因本身，而是基因表达模式，通过细胞分裂来传递和稳定地维持具有组织和细胞特异性过细胞分裂来传递和稳定地维持具有组织和细胞特异性的基因表达模式对于整个机体的结构和功能协调是至关的基因表达模式对于整个机体的结构和功能协调是至关重要的。重要的。

9、v基因表达模式在细胞世代之间的可遗传性并不依赖细胞基因表达模式在细胞世代之间的可遗传性并不依赖细胞内内DNA的序列信息。的序列信息。v基因表达模式有表观遗传修饰决定。基因表达模式有表观遗传修饰决定。2023年年1月月12日日1818概概 述述v表观遗传学的研究内容：表观遗传学的研究内容：l基因转录后的调控基因转录后的调控u基因组中非编码RNAu微小RNA（miRNA）u反义RNAu内含子、核糖开关等l基因选择性转录表达基因选择性转录表达的调控的调控uDNA甲基化u基因印记u组蛋白共价修饰u染色质重塑2023年年1月月12日日1818Quiz,J.nature.20062023年年1月月12日日

10、20202023年年1月月12日日表观遗传学机制表观遗传学机制DNA DNA 甲基化甲基化12020组蛋白修饰组蛋白修饰2染色质重塑染色质重塑3RNA RNA 调调 控控4DNA DNA 甲基化甲基化12023年年1月月12日日2121一、一、DNADNA甲基化甲基化2023年年1月月12日日 DNA甲基化(DNA methylation)是研究得最清楚、也是最重要的表观遗传修饰形式，主要是基因组 DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基间的共价结合，胞 嘧 啶 由 此 被 修 饰 为 5甲 基 胞 嘧 啶(5-methylcytosine，5mC)。DNMT1SAMSAM胞嘧啶胞嘧啶5-5-甲基胞

11、嘧啶甲基胞嘧啶胞嘧啶甲基化反应胞嘧啶甲基化反应 2121S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸 以以基基因因型型为为a/aa/a的的母母鼠鼠及及其其孕孕育育的的基基因因型型为为AVY/aAVY/a的的仔仔鼠鼠作作实实验验对对象象。孕孕鼠鼠分分为为两两组组，试试验验组组孕孕鼠鼠除除喂喂以以标标准准饲饲料料外外，从从受受孕孕前前两两周周起起还还增增加加富富含含甲甲基基的的叶叶酸酸、乙乙酰酰胆胆碱碱等等补补充充饲饲料料，而而对对照照组组孕孕鼠鼠只喂饲标准饲料。只喂饲标准饲料。结果实验组孕鼠产下的仔鼠大多数在身体的不同部位出现了大小不等的棕结果实验组孕鼠产下的仔鼠大多数在身体的不同部位出现了大小不等的棕结果

12、实验组孕鼠产下的仔鼠大多数在身体的不同部位出现了大小不等的棕结果实验组孕鼠产下的仔鼠大多数在身体的不同部位出现了大小不等的棕色斑块，甚至出现了以棕褐色为主要毛色的小鼠。而对照组孕鼠的仔鼠大多数色斑块，甚至出现了以棕褐色为主要毛色的小鼠。而对照组孕鼠的仔鼠大多数色斑块，甚至出现了以棕褐色为主要毛色的小鼠。而对照组孕鼠的仔鼠大多数色斑块，甚至出现了以棕褐色为主要毛色的小鼠。而对照组孕鼠的仔鼠大多数为黄色。分析表明喂以富甲基饲料的孕鼠所产仔鼠的为黄色。分析表明喂以富甲基饲料的孕鼠所产仔鼠的为黄色。分析表明喂以富甲基饲料的孕鼠所产仔鼠的为黄色。分析表明喂以富甲基饲料的孕鼠所产仔鼠的IAPIAPIAPI

13、AP所含所含所含所含CpGCpGCpGCpG岛的甲基化平岛的甲基化平岛的甲基化平岛的甲基化平均水平远高于对照组，转录调控区的高甲基化使原该呈异位表达的基因趋于沉均水平远高于对照组，转录调控区的高甲基化使原该呈异位表达的基因趋于沉均水平远高于对照组，转录调控区的高甲基化使原该呈异位表达的基因趋于沉均水平远高于对照组，转录调控区的高甲基化使原该呈异位表达的基因趋于沉默，毛色也趋于棕褐色。默，毛色也趋于棕褐色。默，毛色也趋于棕褐色。默，毛色也趋于棕褐色。2023年年1月月12日日2323一、一、DNADNA甲基化甲基化2023年年1月月12日日23232023年年1月月12日日2424一、一、DNA

14、DNA甲基化甲基化v哺乳动物基因组中哺乳动物基因组中5 5mCmC占胞嘧啶总量的占胞嘧啶总量的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。v在结构基因的在结构基因的55端调控区域端调控区域,CpG CpG二连核苷常常以成簇串二连核苷常常以成簇串联形式排列，这种富含联形式排列，这种富含CpGCpG二连核苷的区域称为二连核苷的区域称为CpGCpG岛岛(CpG CpG islandsislands)，其大小为，其大小为500-1000bp500-1000bp，约，约56%56%的编码基因含该的编码基因含该结构。结构。v基因调控元件基因调控元件

15、(如启动子如启动子)所含所含CpGCpG岛中的岛中的5mC5mC会阻碍转录因会阻碍转录因子复合体与子复合体与DNADNA的结合。的结合。lDNADNA甲基化一般与基因沉默相关联；甲基化一般与基因沉默相关联；l非甲基化一般与基因的活化相关联非甲基化一般与基因的活化相关联；l而去甲基化往往与一个沉默基因的重新激活相关联。而去甲基化往往与一个沉默基因的重新激活相关联。2023年年1月月12日日24242023年年1月月12日日2525一、一、DNADNA甲基化甲基化2023年年1月月12日日25255533vCpGCpG岛主要处于基因岛主要处于基因55端调控区域。端调控区域。v启启动动子子区区域域的

16、的CpGCpG岛岛一一般般是是非非甲甲基基化化状状态态的的，其其非非甲甲基基化化状态对相关基因的转录是必须的。状态对相关基因的转录是必须的。v目目前前认认为为基基因因调调控控元元件件（如如启启动动子子）的的CpGCpG岛岛中中发发生生5mC5mC修修饰饰会会在在空空间间上上阻阻碍碍转转录录因因子子复复合合物物与与DNADNA的的结结合合。因因而而DNADNA甲基化一般与基因沉默相关联。甲基化一般与基因沉默相关联。RbRb基因基因C Cp pGG 频频率率2023年年1月月12日日2626一、一、DNADNA甲基化甲基化2023年年1月月12日日26262023年年1月月12日日2727一、一、

17、DNADNA甲基化甲基化2023年年1月月12日日2727vDNA甲基化状态的遗传和保持：lDNADNA复制后，新合成链在复制后，新合成链在DNMT1DNMT1的作用下，以旧链为的作用下，以旧链为模板进行甲基化。（缺乏严格的精确性，模板进行甲基化。（缺乏严格的精确性，95%95%）l甲基化并非基因沉默的原因而是基因沉默的结果，甲基化并非基因沉默的原因而是基因沉默的结果，其以某种机制识别沉默基因，后进行甲基化。其以某种机制识别沉默基因，后进行甲基化。lDNADNA全新甲基化。引发因素可能包括：全新甲基化。引发因素可能包括：uDNADNA本身的序列、成分和次级结构。本身的序列、成分和次级结构。uR

18、NARNA根据序列同源性可能靶定的区域。根据序列同源性可能靶定的区域。u特定染色质蛋白、组蛋白修饰或相当有序的染色质特定染色质蛋白、组蛋白修饰或相当有序的染色质结构。结构。2023年年1月月12日日2828vDNA去甲基化l主动去甲基化主动去甲基化l复制相关的去甲基化复制相关的去甲基化l在复制过程中维持甲基化酶活性被关闭或维持甲基化酶在复制过程中维持甲基化酶活性被关闭或维持甲基化酶活性被抵制。活性被抵制。一、一、DNADNA甲基化甲基化2023年年1月月12日日28282023年年1月月12日日2929一、一、DNADNA甲基化甲基化2023年年1月月12日日2929复复制制相相关关的的DNA

19、去去甲甲基基化化2023年年1月月12日日3030Manel Esteller,nature,20072023年年1月月12日日3131一、一、DNADNA甲基化甲基化2023年年1月月12日日3131DNADNA甲基化状态的保持甲基化状态的保持DNADNA主动去甲基化主动去甲基化DNADNA全新甲基化全新甲基化2023年年1月月12日日3232二、组蛋白修饰二、组蛋白修饰2023年年1月月12日日32322023年年1月月12日日3333二、组蛋白修饰二、组蛋白修饰v组蛋白修饰是表观遗传研究的重要内容。组蛋白修饰是表观遗传研究的重要内容。v组蛋白的组蛋白的 N N端是不稳定的、无一定组织的亚

20、单位端是不稳定的、无一定组织的亚单位，其，其延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，这种修延伸至核小体以外，会受到不同的化学修饰，这种修饰往往与基因的表达调控密切相关。饰往往与基因的表达调控密切相关。v被组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组蛋白被组蛋白覆盖的基因如果要表达，首先要改变组蛋白的修饰状态，使其与的修饰状态，使其与DNADNA的结合由紧变松，这样靶基因的结合由紧变松，这样靶基因才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重要的才能与转录复合物相互作用。因此，组蛋白是重要的染色体结构维持单元和基因表达的负控制因子。染色体结构维持单元和基因表达的负控制因子。2023年年1月月12日日33

21、332023年年1月月12日日3434二、组蛋白修饰二、组蛋白修饰2023年年1月月12日日34342023年年1月月12日日3535二、组蛋白修饰二、组蛋白修饰v组蛋白修饰种类l乙酰化乙酰化-一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修一般与活化的染色质构型相关联，乙酰化修饰大多发生在饰大多发生在H3H3、H4H4的的 Lys Lys 残基上。残基上。l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，可以残基上，可以与基因抑制有关，也可以与基因的激活相关，这往往与基因抑制有关，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。取决于被修饰的位置

22、和程度。l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。l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。lSUMOSUMO（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。l其他修饰其他修饰2023年年1月月12日日36362023年年1月月12日日3636二、组蛋白修饰二、组蛋白修饰Bryan M.Turner,nature cell biology,2007v组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰类型被组蛋白中被修饰氨基酸的种类、位置和修饰类型被称为组蛋白密码（称为组蛋白密码

23、（histone codehistone code），遗传密码的表），遗传密码的表观遗传学延伸，决定了基因表达调控的状态，并且观遗传学延伸，决定了基因表达调控的状态，并且可遗传。可遗传。2023年年1月月12日日3737二、组蛋白修饰二、组蛋白修饰2023年年1月月12日日37372023年年1月月12日日3838三、染色质重塑三、染色质重塑v染色质重塑（染色质重塑（chromatin remodelingchromatin remodeling）是一个）是一个重要的表观遗传学机制。重要的表观遗传学机制。v染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的一系染色质重塑是由染色质重塑复合物介导的一系列以染色

24、质上核小体变化为基本特征的生物学列以染色质上核小体变化为基本特征的生物学过程。过程。v组蛋白尾巴的化学修饰（乙酰化、甲基化及磷组蛋白尾巴的化学修饰（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改变染色质结构，从而影响邻近酸化等）可以改变染色质结构，从而影响邻近基因的活性。基因的活性。2023年年1月月12日日3939三、染色质重塑三、染色质重塑核小体2023年年1月月12日日4040三、染色质重塑三、染色质重塑v核小体定位是核小体在核小体定位是核小体在DNADNA上特异性定位的现象。上特异性定位的现象。v核小体核心核小体核心DNADNA并不是随机的，其具备一定的定向并不是随机的，其具备一定的定向特性。特性。

25、v核小体定位机制：核小体定位机制：l内在定位机制：每个核小体被定位于特定的内在定位机制：每个核小体被定位于特定的DNADNA片断。片断。l外在定位机制：内在定位结束后，核小体以确定的长外在定位机制：内在定位结束后，核小体以确定的长度特性重复出现。度特性重复出现。v核小体定位的意义：核小体定位的意义：l核小体定位是核小体定位是DNADNA正确包装的条件。正确包装的条件。l核小体定位影响染色质功能。核小体定位影响染色质功能。2023年年1月月12日日4141三、染色质重塑三、染色质重塑v重塑因子调节基因表达机制的假设有两种:l机机 制制 1 1：一一个个转转录录因因子子独独立立地地与与核核小小体体

26、 D DN NA A 结结 合合(D DN NA A 可可以以是是核核小小体体或或核核小小体体之之间间的的),然然 后后,这这 个个转转录录因因子子再再结结合合一一个个重重塑塑因因子子,导导致致附附近近核核小小体体结结构构发发生生稳稳定定性性的的变变化化,又又导导致致其其他他转转录录因因子子的的结结 合合,这这是是一一个个串串联联反反应应的的过过程程;（重重 建建）l机制机制2 2：由重塑因子首先独立地与核小体结合：由重塑因子首先独立地与核小体结合,不不改变其结构改变其结构,但使其松动并发生滑动但使其松动并发生滑动,这将导这将导 致转录因子的结合致转录因子的结合,从而使新形成的无核小体的从而使

27、新形成的无核小体的区域稳定。区域稳定。（滑动）（滑动）2023年年1月月12日日4242三、染色质重塑三、染色质重塑染色质修饰与重塑（共价修饰型与染色质修饰与重塑（共价修饰型与ATPATP依赖型）依赖型）2023年年1月月12日日4343三、染色质重塑三、染色质重塑（A A）结合）结合（B B）松链）松链（C C）重塑）重塑八聚体转移八聚体转移八聚体滑动八聚体滑动+ATP+ATP重塑重塑复合物复合物A AT TP P依依赖赖的的染染色色质质重重构构机机制制2023年年1月月12日日4444三、染色质重塑三、染色质重塑v边界子(boundary elements)：相邻基因间的物理隔离元件。也可

28、称为隔离子(insulator elements)。v边界子和隔离子的隔离功能：l封阻末梢增强子对启动子的作用。封阻末梢增强子对启动子的作用。l防止染色质位置效应（防止染色质位置效应（CPECPE）。）。v由边界子所确定的染色质片断是基因组调节的基本单位，其构成染色质的功能与或区室，这即是染色质区室化。2023年年1月月12日日4545四、四、RNA调控调控v1995，RNAi现象首次在线虫中发现。现象首次在线虫中发现。v1998，RNAi概念的首次提出。概念的首次提出。v1999，RNAi作用机制模型的提出。在线虫、果蝇、作用机制模型的提出。在线虫、果蝇、拟南芥及斑马鱼等多种生物内发现拟南芥

29、及斑马鱼等多种生物内发现RNAi现象。现象。v2001，RNAi技术成功诱导培养的哺乳动物细胞基技术成功诱导培养的哺乳动物细胞基因沉默现象。因沉默现象。RNAi 技术被技术被Science评为评为2001年年度的十大科技进展之一。度的十大科技进展之一。v至今，蓬勃发展，成为分子生物学领域最为热门至今，蓬勃发展，成为分子生物学领域最为热门的方向之一。的方向之一。2023年年1月月12日日45452023年年1月月12日日4646四、四、RNA 调控调控vRNA干扰（干扰（RNAi）作用是生物体内的一种通过双）作用是生物体内的一种通过双链链RNA分子在分子在mRNA水平上诱导特异性序列基因水平上诱

30、导特异性序列基因沉默的过程。沉默的过程。v由于由于RNAi发生在转录后水平，所以又称为转录后发生在转录后水平，所以又称为转录后基因沉默（基因沉默（post-transcriptional gene silencing,PTGS）。）。vRNA干扰是一种重要而普遍表观遗传的现象。干扰是一种重要而普遍表观遗传的现象。2023年年1月月12日日46462023年年1月月12日日4747四、四、RNA 调控调控 siRNAvsiRNA结构：结构：21-23nt的双链结构，序列与靶的双链结构，序列与靶mRNA有同源性，双链两端各有有同源性，双链两端各有2个突出非配对的个突出非配对的3碱基。碱基。vsiR

31、NA功能：是功能：是RNAi 作用的重要组分，是作用的重要组分，是RNAi发生的中介分子。内源性发生的中介分子。内源性siRNA是细胞能够抵御是细胞能够抵御转座子、转基因和病毒的侵略。转座子、转基因和病毒的侵略。2023年年1月月12日日47472023年年1月月12日日4848四、四、RNA 调控调控2023年年1月月12日日4848siRNA介导的介导的RNAi2023年年1月月12日日4949四、四、RNA 调控调控vsiRNAi 的特点：的特点：l高效性和浓度依赖性高效性和浓度依赖性l特异性特异性l位置效应位置效应l时间效应时间效应l细胞间细胞间RNAi的可传播性的可传播性l多基因参与

32、及多基因参与及ATP依赖性依赖性2023年年1月月12日日49492023年年1月月12日日5050四、四、RNA 调控调控 miRNAv结构：结构：21-25nt长的单链小分子长的单链小分子RNA，5端有一个磷端有一个磷酸基团，酸基团，3端为羟基，由具有发夹结构的约端为羟基，由具有发夹结构的约70-90个碱个碱基大小的单链基大小的单链RNA前体经过前体经过Dicer酶加工后生成。酶加工后生成。v特点：具有高度的保守性、时序性和组织特异性特点：具有高度的保守性、时序性和组织特异性。v功能：功能：2023年年1月月12日日50502023年年1月月12日日5151四、四、RNA 调控调控2023

33、年年1月月12日日5151siRNA介导的介导的RNAi2023年年1月月12日日5252四、四、RNARNA调控调控2023年年1月月12日日5252相同点相同点/联系点联系点siRNAsiRNAmiRNAmiRNA长度及特征长度及特征都约在都约在22nt22nt左右，左右，55端是磷酸基，端是磷酸基，3 3端是羟基端是羟基合成的底物合成的底物miRNAmiRNA和和siRNAsiRNA合成都是由双链的合成都是由双链的RNARNA或或RNARNA前体形成的前体形成的DicerDicer酶酶依赖依赖DicerDicer酶的加工，是酶的加工，是DicerDicer的产物，所以具有的产物，所以具有

34、DicerDicer产物产物的特点的特点ArgonauteArgonaute家族蛋白家族蛋白都需要都需要ArgonauteArgonaute家族蛋白参与家族蛋白参与RISCRISC组分组分二者都是二者都是RISCRISC组分，所以其功能界限变得不清晰，如二者组分，所以其功能界限变得不清晰，如二者在介导沉默机制上有重叠；产生了在介导沉默机制上有重叠；产生了on targeton target和和off targetoff target的问题的问题作用方式作用方式都可以阻遏靶标基因的翻译，也可以导致都可以阻遏靶标基因的翻译，也可以导致mRNAmRNA降解，即在降解，即在转录水平后和翻译水平起作用转

35、录水平后和翻译水平起作用进化关系进化关系可能的两种推论：可能的两种推论：siRNAsiRNA是是miRNAmiRNA的补充，的补充，miRNAmiRNA在进化过程在进化过程中替代了中替代了siRNAsiRNA四、四、RNA 调控调控不同点/分歧点siRNAmiRNA机制性质往往是外源引起的，如病毒感染和人工插入dsRNA之后诱导而产生，属于异常情况是生物体自身的一套正常的调控机制直接来源长链dsRNA发夹状pre-miRNA分子结构siRNA是双链RNA，3端有2个非配对碱基，通常为UUmiRNA是单链RNA对靶RNA特异性较高，一个突变容易引起RNAi沉默效应的改变相对较低，一个突变不影响m

36、iRNA的效应作用方式RNAi途径miRNA途径生物合成，成熟过程由dsDNA在Dicer酶切割下产生;发生在细胞质中pri-miRNA在核内由一种称为Drosha酶处理后成为60nt的带有茎环结构的Precursor miRNAs(pre-miRNAs)；这些pre-miRNAs在转运到细胞核外之后再由Dicer酶进行处理，酶切后成为成熟的miRNAs；发生在细胞核和细胞质中Argonaute(AGO)蛋白质各有不同的AGO蛋白质各有不同的AGO蛋白质互补性（complementarity）一般要求完全互补不完全互补，存在错配现象RISCs的分子量不同(Martinez and Tuschl

37、,2004;Martinez et al.,2002;Nykanen et al.,2001;Pham et al.,2004)siRISCsmiRISCs/miRNP各自的生物学功能不同抵抗病毒的防御机制(Pfeffer et al.,2004;Ding et al.,2004)；沉默那些过分表达的mRNA；保护基因组免受转座子的破坏(Mello and Conte,Jr.,2004;Hannon,2002;Tabara et al.,1999)-9；对有机体的生长发育有重要作用(Rhoades et al.,2002)重要特性高度特异性高度的保守性、时序性和组织特异性作用机制单链的siRN

38、A结合到RISC复合物中，引导复合物与mRNA完全互补，通过其自身的解旋酶活性，解开siRNAs，通过反义siRNA链识别目的mRNA片段，通过内切酶活性切割目的片段，接着再通过细胞外切酶进一步降解目的片段。同时，siRNA也可以阻遏3UTR具有短片断互补的mRNA的翻译（off target）。成熟的miRNAs则是通过与miRNP核蛋白体复合物结合，识别靶mRNA，并与之发生部分互补，从而阻遏靶mRNA的翻译。在动物中，成熟的单链miRNAs与蛋白质复合物miRNP结合，引导这种复合物通过部分互补结合到mRNA的3UTR（非编码区域），从而阻遏翻译。除此之外，miRNA也可以切割完全互补的

39、mRNA。加工过程siRNA对称地来源于双链RNA的前体的两侧臂miRNA是不对称加工，miRNA仅是剪切pre-miRNA的一个侧臂，其他部分降解。对RNA的影响降解目标mRNA；影响mRNA的稳定性在RNA代谢的各个层面进行调控；与mRNA的稳定性无关作用位置siRNA可作用于mRNA的任何部位miRNA主要作用于靶标基因3-UTR区生物学意义siRNA不参与生物生长，是RNAi的产物，原始作用是抑制转座子活性和病毒感染miRNA主要在发育过程中起作用，调节内源基因表达不同点/分歧点siRNAmiRNA2023年年1月月12日日5555五、其他表观遗传机制五、其他表观遗传机制v除除DNA甲

40、基化、组蛋白修饰、染色质重塑、和甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、和RNA调控以外，还有遗传印迹、调控以外，还有遗传印迹、X染色体失活、染色体失活、转座、负突变等。转座、负突变等。v遗传印迹、遗传印迹、X染色体失活的本质仍为染色体失活的本质仍为DNA甲基化、甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑。组蛋白修饰、染色质重塑。2023年年1月月12日日5656遗遗 传传 印印 迹迹2023年年1月月12日日5656v概念：概念：l或称亲本印迹（或称亲本印迹（parent imprinting）l是指基因组在传递遗传信息的过程中，通过基因组的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（化学修饰（DN

41、A的甲基化；组蛋白的甲基化、乙酰化、的甲基化；组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等）而使基因或磷酸化、泛素化等）而使基因或DNA片段被标识的过片段被标识的过程。程。v特点：特点：l基因组印迹依靠单亲传递某种性状的遗传信息，被印基因组印迹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，即源自双亲的两个等位基因中一个不表达或表达很弱。自双亲的两个等位基因中一个不表达或表达很弱。l不遵循孟德尔定律，是一种典型的非孟德尔遗传，正不遵循孟德尔定律，是一种典型的非孟德尔遗传，正反交结果不同。反交结果不同。2023年年1月月12

42、日日5757遗遗 传传 印印 迹迹2023年年1月月12日日5757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-2m2023年年1月月12日日5858遗遗 传传 印印 迹迹2023年年1月月12日日5858v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、不符合孟德印迹基因的正反交结果不一致、不符合孟德尔定律。尔定律。l小鼠小鼠 Igf-2 基因总是母本来源的等位基因被印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

43、达，因此是母本迹，父本来源的等位基因表达，因此是母本印迹。印迹。l基因印迹使基因的表达受到抑制，导致被印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。迹的基因的生物功能的丧失。2023年年1月月12日日5959遗遗 传传 印印 迹迹2023年年1月月12日日5959v基因印迹过程基因印迹过程l印迹的形成印迹的形成 印迹形成于成熟配子，并持续到出生后。印迹形成于成熟配子，并持续到出生后。l印记的维持印记的维持l印记的去除印记的去除 印记的去除过程是发生在原始生殖细胞的早期阶段。印记的去除过程是发生在原始生殖细胞的早期阶段。v基因组印迹的机制基因组印迹的机制l配子在形成过程中，配

44、子在形成过程中，DNA产生的甲基化、核组蛋白产产生的甲基化、核组蛋白产生的乙酰化、磷酸化和泛素化等修饰，使基因的表达生的乙酰化、磷酸化和泛素化等修饰，使基因的表达模式发生了改变。模式发生了改变。2023年年1月月12日日6060X染色体失活染色体失活v 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。以后的研究表明在给定的体细胞有丝分裂量补偿的机制。以后的研究表明在给定的体细胞有丝分裂谱系中，有一条谱系中，有一条X染色体是完全失活并

45、呈异染色质状态，染色体是完全失活并呈异染色质状态，而在另一个细胞谱系中同一条而在另一个细胞谱系中同一条X染色体又可以是活化的且染色体又可以是活化的且呈常染色质状态。呈常染色质状态。v1996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失活中心失活中心(X-inaction center，Xic)，X-失活从失活从Xic区段开始启动，然后区段开始启动，然后扩展到整条染色体。扩展到整条染色体。2023年年1月月12日日6161X染色体失活染色体失活X染染色色体体失失活活过过程程模模式式图图2023年年1月月12日日6262X染色体失活染色体失活v失活失活X染色体即为巴氏小体。染色体即为巴氏小体。v失活失活X染色体特点：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巴氏小体巴氏小体20232023年年年年1 1月月月月1212日日日日