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《自然》关注表观遗传学 精选

已有 13743 次阅读 2013-10-24 09:35 |个人分类:研究生培养|系统分类:科研笔记| 遗传学

表观遗传学是与遗传学相对应的概念。遗传学是指基于基因序列改变所致基因表达水平变化,如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定等;而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化,如DNA甲基化和染色质构象变化等;表观基因组学则是在基因组水平上对表观遗传学改变的研究。

表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下,基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。通俗的讲,表观遗传学是研究在没有细胞核DNA序列改变的情况时,基因功能的可逆的、可遗传的改变。研究的对象主要指DNA序列中未包含的基因调控信息是如何被传递到下一代这个问题。表观遗传的现象很多,已知的有DNA甲基化、基因组印记、母体效应、基因沉默、核仁显性、休眠转座子激活和RNA编辑等。

传统的遗传学认为,遗传信息对生命的表型起决定性作用,但随着研究的深入,科学家已经意识到转录调控和DNA甲基化为主要方式的表观遗传学对遗传表型也是十分重要的方式,甚至在某些情况下产生决定性影响和后果。今日(2013-10-24)国际著名学术期刊《自然》出版表观遗传学专题讨论,主编给该专题写了社论。

多细胞生物不同的细胞类型存在同样的遗传信息,因此在多细胞生物发育过程中,细胞的基因转录程序对细胞身份的识别、特定细胞类型的分化起关键作用。在这些过程中,信号传导通路、转录因子和染色体之间的相互作用,对基因表达模式产生决定性影响。但一旦生物体发育成熟,这种基因表达模式必须保持相对稳定。本期《自然》组织一组综述针对转录在发育和疾病状态下的调节进行讨论。

关于一小群转录因子可以对已分化细胞进行人工重新编程为诱导型多能干细胞的发现(去年的诺贝尔生理和医学奖项目),不仅让人们对这一技术的医学应用产生联想,而且提供了探索稳定表观遗传状态建立和逆转方式的途径。Effie Apostolou Konrad Hochedlinger讨论了细胞重编程时基于染色体的转录调节机制,并对肿瘤发生的相关模式进行了比较和分析。

DNA甲基化可将被标记基因沉默,是一种相对比较稳定的表观遗传机制。现在对清除DNA甲基化的通路已经比较清楚。Rahul KohliYi Zhang主要围绕在各种生物过程中以TET酶为中心的调控,对清除DNA甲基化的通路研究进行了深入讨论。

疾病时转录稳定性受到干扰,编码染色体相关蛋白的基因通常变的表达异常,肿瘤则常常存在这些基因突变。Kristian Helin Dashyant Dhanak对最新发现的某些可以阻断染色体相关基因表达的小分子化合物进行了讨论。部分小分子化合物目前已经开展临床研究。

为应对细胞微环境足够的反应能力,已分化细胞仍保持一定的分化可塑性。Philipp Gut Eric Verdin提出,细胞代谢状态可以直接影响DNA和组蛋白修饰,从而对基因表达产生影响。也就是说最基本的代谢活动对基因表达的模式都会产生直接影响。

Wouter de Laat Denis Duboule讨论了DNA调节元件增强子,增强子是转录调节的核心,是基因在时间和空间上准确表达的决定性因素。最近关于染色体的三维拓扑结构的研究可帮助我们理解增强子如何实现远距离接触调节的机制。

深入阅读:

o    Effie Apostolou &

o    Konrad Hochedlinger

Nature502, 462-471 (24 October 2013)

o    Rahul M. Kohli &

o    Yi Zhang

Nature502, 472-479 (24 October 2013)

o    Kristian Helin &

o    Dashyant Dhanak

Nature502, 480-488 (24 October 2013)

o    Philipp Gut &

o    Eric Verdin

Nature502, 489-498 (24 October 2013)

o    Wouter de Laat &

o    Denis Duboule

Nature502, 499-506 (24 October 2013)

 



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