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表观遗传

概述

表型(phenotype),又称性状,是指一个生物体(或细胞)可以观察到的性状或特征,是特定的基因型与环境相互作用的结果。包括个体形态、功能等各方面的表现,如身高、肤色、血型、酶活力、药物耐受力乃至性格等。经典遗传学(genetics)是指由于基因序列改变(如基因突变等)所引起的基因功能的变化,从而导致表型发生可遗传的改变;而表观遗传学(epigenetics)则是指在基因的DNA序列没有发生改变的情况下,基因功能发生了可遗传的变化,并最终导致了表型的变化。

发展

一直以来人们都认为基因组DNA决定着生物体的全部表型,但逐渐发现有些现象无法用经典遗传学理论解释,比如基因完全相同的同卵双生双胞胎在同样的环境中长大后,他们在性格、健康等方面会有较大的差异。这说明在DNA序列没有发生变化的情况下,生物体的一些表型却发生了改变。因此,科学家们又提出表观遗传学的概念,它是在研究与经典遗传学不相符的许多生命现象过程中逐步发展起来的一门前沿学科,它是与经典遗传学相对应的概念。现在人们认为,基因组含有两类遗传信息,一类是传统意义上的遗传信息,即基因组DNA序列所提供的遗传信息,另一类则是表观遗传学信息,即基因组DNA的修饰,它提供了何时、何地、以何种方式去应用DNA遗传信息的指令。

特点

1.可遗传,即这类改变通过有丝分裂减数分裂,能在细胞或个体世代间遗传。
2.可逆性的基因表达。
3.没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来解释。

调节机制

1.DNA修饰
DNA基化是目前研究最充分的表观遗传修饰形式。正常的甲基化对于维持细胞的生长及代谢等是必需的,而异常的DNA甲基化则会引发疾病(如肿瘤),因为异常的甲基化一方面可能使抑癌基因无法转录,另一方面也会导致基因组不稳定。因此,研究DNA甲基化对于了解生物生长发育及疾病治疗是非常有帮助的。DNA修饰是指DNA共价结合一个修饰基团,使具有相同序列的等位基因处于不同修饰状态。
2.组蛋白修饰
真核生物DNA被组蛋白组成的核小体紧密包绕,组蛋白上的许多位点都可以被修饰,尤其是赖氨酸。组蛋白修饰可影响组蛋白与DNA双链的亲和性,从而改变染色质的疏松和凝集状态,进而影响转录因子等调节蛋白与染色质的结合,影响基因表达。
3.非编码RNA调控
非编码RNA指不能翻译为蛋白质的,具有调控作用的功能性RNA分子,在调控基因表达过程中发挥着很大的作用。非编码RNA调控是通过某些机制实现对基因转录的调控,如RNA干扰。
4.染色质重塑
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核小体变化为基本特征的生物学过程,是一个重要的表观遗传学机制。
5.核小体定位
核小体是基因转录的障碍,被组蛋白紧密缠绕的DNA是无法与众多转录因子以及活化因子结合的。因此,核小体在基因组位置的改变对于调控基因表达有着重要影响。随着DNA复制、重组、修复以及转录控制等生命活动的开展,染色质上的核小体定位一直处于动态变化之中,这种不断的变化需要一系列染色质重塑复合体的作用。

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