表观遗传的优势

表观遗传的优势（精选5篇）

表观遗传的优势 篇1

表观遗传是指生物不改变基因序列而只通过化学修饰来调控基因表达所导致的可遗传的改变,与之对应的学科就是表观遗传学(epigenetics),它最早于1939年由英国学者Waddington在其著作《现代遗传学导论》一书中提出,当时认为表观遗传学是研究基因型产生表型的过程[1,2,3]。近年来,表观遗传学已成为生命科学研究的前沿和热点,其帮助生物适应环境和应对外力胁迫的作用和优势已逐渐被揭示出来,不仅在改良生物新品种和防治疾病等应用方面显示了巨大的潜力,而且还为人类进一步认识和理解生物进化提供了全新的思维方式。

1 表观遗传修饰

表观遗传修饰主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰[1,4]。DNA甲基化是真核生物基因组中最常见的一种DNA共价修饰形式。在真核生物DNA中,5-甲基胞嘧啶是唯一存在的化学性修饰碱基,CG二核苷酸是甲基化的主要位点。DNA甲基化时,胞嘧啶从DNA双螺旋突出,进入能与酶结合的裂隙中,在胞嘧啶甲基转移酶催化下,有活性的甲基从S-腺苷甲硫氨酸转移至胞嘧啶5′位上,形成5-甲基胞嘧啶(5m C)。真核生物中有2%~7%的胞嘧啶存在甲基化修饰,同时70%的5-甲基胞嘧啶参与了Cp G序列的形成,而非甲基化的Cp G序列则与管家基因以及组织特异性表达基因有关。DNA甲基化会导致基因转录抑制或沉默,与胚胎发育、组织特异性基因的表达调控、X染色体失活和基因组印记等密切相关,不仅可影响细胞基因的表达,而且这种影响还可随细胞分裂而遗传下去。

组蛋白是染色体基本结构———核小体中的重要组成部分,其氨基端尾巴上的许多残基可以被共价修饰,包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、多聚ADP糖基化、羰基化等修饰,其中甲基化和乙酰化是最普遍最重要的组蛋白修饰。组蛋白修饰可影响组蛋白与DNA双链的亲和性,改变染色质的疏松或凝集状态,也可影响其他转录因子与结构基因启动子的亲和性,调控基因表达,进而导致转录激活或基因沉默,参与细胞分裂、细胞凋亡和记忆形成等众多生命过程。

除了DNA甲基化和组蛋白修饰外,表观遗传修饰还有染色质重塑、基因组印记、非编码RNA和副突变等。研究表明,表观遗传修饰过程是相当复杂的,许多修饰存在着依赖关系和协同作用[4]。比如,组蛋白修饰可以指导DNA甲基化[5,6,7],从而导致基因沉默或激活。同时,DNA甲基化也可引导组蛋白修饰[8,9],进而影响基因转录等。

2 灵活性

由于化学修饰比改变基因结构更快捷、更容易,所以相对于稳固的基因型遗传来说,表观遗传则具有更大的灵活性。这为生物快速适应千变万化的环境提供了一种适宜的应变机制。最新的研究发现,古生物能够适应快速变化的环境所依赖的正是表观遗传修饰。在距今3万年前,全球气候波动频繁,短时间内便可出现巨大起伏。按照传统的“基因突变+自然选择”的进化模式,生物肯定难以跟上这么快的节奏,然而事实上绝大多数生物都能够快速地适应这种巨大的气候变化压力而不至于灭绝,这其中的秘密就在于表观遗传修饰。Llamas et al[10]通过对冻土层中发掘出的3万年前美洲野牛的DNA胞嘧啶甲基化分析,发现这一时期野牛的表观遗传变化在2代内即可产生,也就是说,产生可遗传变异所需的时间远低于传统进化模式所需要的时间。这一结果表明,是表观遗传修饰帮助古代的动物度过了环境巨变的难关。具有土生习性的植物,由于难于移动,其生长、发育和繁殖更容易遭受逆境(如干旱、病虫侵袭和辐射等)胁迫影响。面对各种逆境压力,植物应变的对策也是表观遗传修饰。美国学者Dowen et al[11]研究发现,植物在受到病菌侵袭时,其全基因组会出现大量DNA甲基化修饰的改变,并且这种甲基化修饰会因环境刺激的变化而变化,以动态的方式调控基因表达,限制感染病菌的生长,帮助植物抵御病菌的入侵。表观遗传与环境密切相关,所以植物表观基因组存在明显的地域差异[12],这种表观遗传差异在帮助生物适应不同的环境和向多样性发展方面发挥着至关重要的作用。

3 习得性

表观遗传修饰有2个明显特征:一是受环境影响,生物可以通过表观遗传修饰来改变性状;二是这些与环境相适应的表型(性状)可以遗传下去。这2个特征所表现出的获得性遗传,为生物的多样性和种群的适应性演化提供了一种习得性进化机制。最早关于DNA甲基化的可遗传特性是通过agouti viable yellow(Avy)小鼠模型研究发现的。该研究确定了一个启动子被甲基化的程度与小鼠的毛色(即棕色小鼠)的关联性[13,14]。英国学者Enrico Coen及其同事[15]发现,在野生植物群体中存在可遗传的具甲基化修饰的突变株。一种名为柳穿鱼的野生植物的正常植株的花呈两侧对称状。Enrico Coen et al在研究中发现了一种突变体,该突变体的花呈辐射对称状,而这一表型突变是由一个叫Lcyc的基因被甲基化修饰导致的,该基因与控制金鱼草(Antirrhinum)的背腹不对称的cycloidea基因同源。Lcyc的基因高度甲基化导致基因沉默,无法正常转录,这一基因在向后代传递时保持了甲基化状态,后代植株的花也呈辐射对称状。Rechav et al[16]在一项研究中发现,表观遗传能够帮助线虫获得可遗传的免疫力。他们利用一种昆虫病毒Flock house virus(FHV)感染线虫,发现线虫通过RNA干扰的方式沉默病毒基因从而获得了针对这一病毒的免疫力。当这些线虫的后代再暴露在这类病毒中时,它们仍然具有对病毒的免疫力。

由表观遗传所致的获得性遗传现象不仅发生在线虫、植物中,而且在小鼠、猪和人类的研究中均被发现[16,17,18,19]。这种获得性遗传对于生物积累应对外力胁迫的经验和向多样性发展是极其重要的。一些生物之所以能够在十分恶劣的环境和强大的天敌胁迫下长久生存下来并不断进化,一个重要的原因就是生物能够遗传和继承抗胁迫的能力。虽然目前还不能证明表观遗传会转化为基因型遗传,但是从表观遗传的机制来看,这种转化是完全可能的。因为有研究发现,DNA甲基化修饰可以永久改变遗传密码。例如,胞嘧啶C的甲基化会使核酸经脱氨基作用转变为胸腺嘧啶T[20]。按照遗传漂变中性理论[21],C转变为T的过程应该是随机的,但是人们发现甲基化Cp G岛中的自发性脱氨基比非甲基化Cp G序列中的将近快2倍,而人类基因组中近80%的甲基化位点发生在Cp G序列中的C上(后跟有鸟嘌呤G)。这些现象用“随机”无法解释,人类更相信是生物机体有目的的为之。或许表观遗传是基因型遗传的前奏和准备,而基因型遗传则是表观遗传的积累和沉淀。所以,表观遗传很可能是基因型遗传的一个中间过渡阶段,通过这个中间过程的筛选,可以把更适应的性状选择和保留下来,以有利于生物的生存和进化。

4 可逆性

表观遗传的可逆性主要是指表观修饰的可逆性。这种可逆性既可使基因沉默[22,23],又能够激活基因[24,25]。反映到表型上就是一种性状既可后天获得并能够遗传下去,也可在获得后又很快消失。这种可逆性也是一种灵活性,它在生物某些机能和组织的自我矫正、修复中发挥了重要作用。表观遗传修饰其实也是一把双刃剑,它虽然在帮助生物快速适应环境和应对外力胁迫方面起着至关重要的作用,但是不当的表观遗传修饰也会对生物产生负面作用,如导致细胞癌变等[26,27]。基因突变引发的癌变是无法逆转的,但是表观遗传修饰(表型突变)导致的癌变则可以通过表观遗传修饰来治愈。例如,Okada et al[28]发现了一种蛋白质复合体———延伸体(elongator),能够清除精子DNA上的表观遗传标记物,对胚胎发育过程形成不同类型的细胞有重要作用。这种延伸体就可能通过清除表观遗传标记的方式再次激活肿瘤抑制基因,从而使肿瘤细胞逆转化为正常细胞。赵雅瑞等[29]发现,si RNA诱导EZH2基因增强子的表观沉默能够抑制前列腺癌细胞的增殖和生长。近年来,类似的表观遗传抑制癌细胞生长的研究层出不穷[26,27,30]。另外,在细胞分裂和DNA复制中经常会发生DNA双链断裂,需要及时修复,否则就会影响基因组的稳定,引发癌变。研究表明,组蛋白的共价修饰,包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等修饰,对DNA修复进程起着关键的调控作用[31]。

5 结语

表观遗传修饰具有不改变DNA序列而能够导致遗传变化的特点,为生物快速适应瞬息万变的环境和应对外力胁迫提供了一种应变机制。但是,这种机制对生物适应环境、多样性发展和生物进化的作用目前还无法评估。随着研究的深入,表观遗传修饰的分子机制和若干修饰细节将逐步被揭示,表观遗传的优势和作用必将进一步地凸显在人类面前。

摘要：表观遗传修饰主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰,它具有不改变DNA序列而能够导致遗传变化的特点,为生物应对环境快速变化和外力胁迫提供了一种应变机制,具有明显的遗传学优势。

关键词：表观遗传学,获得性遗传,灵活性,可逆性

表观遗传的优势 篇2

关键词：表观遗传学 教学 研究生

中图分类号研究生教育是高等教育的重要组成部分，是培养高素质、高层次人才的重要手段。今天的社会对研究生的全面素质和创新能力提出更高的要求，而专业课教学是研究生教育的最基本部分，是提高研究生专业素质和创新能力的直接途径，因此，提高专业课教学水平对研究生的培养具有十分重要的意义[1]。随着生物技术和医学科学技术的迅速发展，知识更新速度加快，学科之间相互交叉、相互渗透，边缘学科和新兴学科不断涌现。表观遗传学是近几年来生命科学迅速发展的前沿学科之一，其理论与技术已经广泛渗透至生物学、基础医学、临床医学及预防医学的各个学科。表观遗传学是我们学院学术型硕士研究生专业课程和专业学位硕士研究生专业知识模块的主干课程。如何适应新形势下研究生培养的需要，笔者主要针对研究生表观遗传学教学谈一些自己的看法及建议。

1 教师业务素质的提高

生物医学模式的转变对教师的业务素质和能力提出了相应的更高要求。不仅要求教师有生命科学、基础医学和临床医学的专业知识，而且还要有生物医学理论方面的知识，同时要求教师的技术知识层次能跟上生物医学实验技术推广周期不断缩短的趋势。我们在研究生的表观遗传学教学中，随时进行文献调研，密切关注最新高水平期刊和学术会议的相关信息，不断补充传达的最新知识。引导学生关注当前研究活跃的肿瘤、衰老、心血管疾病、感染性疾病与表觀遗传学的最新研究进展情况，着重介绍营养、环境、应激、细胞代谢在表观遗传变化中的重要作用机制。这些新知识非常受研究生的欢迎，引起他们浓厚的兴趣。通过这些新知识的学习，不仅开阔了研究生的学习视野，启发了他们的创新思维，同时使他们形成良好的文献调研和学术研讨的习惯，逐步形成和掌握正确的科研方法，为即将开展的课题研究工作奠定了坚实的基础。在教学过程中反过来能进一步促进教师知识结构的不断更新，达到教学相长的目的。

2 改革教学内容，形成完整的表观遗传学知识结构体系

与经典遗传学以研究基因序列决定生物学功能为核心相比，表观遗传学主要研究基于染色质事件对于这些“表观遗传密码”的建立和维持的机制，及其如何决定细胞的表型和个体的发育。在表观遗传学研究生课堂教学过程中必须具有一定的前瞻性，引导研究生关注表观遗传学学科的发展动态，密切注意学科的交叉和延伸，紧跟表观遗传学的发展方向和学科发展的突破点。课堂教学过程中把最主要的精力放在表观遗传学学科领域发展最活跃最富潜力的研究方向上，例如表观遗传机制在癌症等疾病中的作用机制，细胞代谢与表观遗传变化的关系等。表观遗传学是生命科学中一个普遍而又十分重要的新研究领域。它不仅对基因表达、调控、遗传有重要作用，而且在肿瘤、免疫、病毒感染复制等许多疾病的发生和防治中亦具有十分重要的意义。在教学过程中主要内容包括：表观遗传学概论，DNA甲基化，组蛋白修饰，染色质重塑，基因组印记，X染色体失活，siRNA与miRNA介导的调控，表观遗传学与疾病，表观遗传学与癌症，天然产物及中草药的发展对表观遗传学的展望，表观遗传学的治疗进展。上述内容形成完整的表观遗传学知识结构体系。在教学过程中，通过有选择地插入一些小型专题讲座及相关的研究历史背景资料的方式，介绍和强调学习和掌握表观遗传学的重要性，既活跃了课堂，又把课程从枯燥的理论讲解中解放出来，同时激发了研究生的学习积极性，拓宽相关的知识面[2]。同时在教学过程中注重前沿进展内容的加入，如代谢、营养、环境等影响因素与表观遗传学的相关进展。

3 改革教学方法，培养研究生的创新能力

本课程所授课的对象是已具备一定自学能力和学习主动性的研究生，最重要的是培养他们科学地发现并解决问题的能力、准确表达个人思想见解的能力以及科研创新能力。本课堂选课人数一般在十人左右，因此课堂教学的特点在于小班授课。由于是小班教学，增加了教学的灵活性和增强了师生之间互动的可能性，师生之间的交流与沟通增多。因此在教学过程中采用教师课堂授课、学生参与研讨、学生讲授等多种教学方式，强调讲授、研论、文献调研、学术讲座、论文报告、文献综述等多种方式并重的原则。在教学过程中，合理安排时间，让研究生充分参与到教学的研讨，结合自己的研究方向发表自己独特的见解，阐述自己的学术观点，这种教学方式为研究生迅速进入科研工作的角色奠定了坚实的基础，增强了研究生创新能力的培养。发挥现代多媒体技术在教学中的重要作用，电子课件与板书相结合，同时采用图片、视频播放、动画等多种方式的应用。倡导启发式教育，摒弃灌输式教学方法，讲授基本理论知识的同时注意结合科研最新进展情况拓宽学生知识面，加强学生创新能力的培养，使学生的理论基础和实践应用能力同步得到提高，取得了较好的教学效果。对由于受学时限制而不能在课堂上详细介绍的前沿内容可使用讨论法，安排学生课后自学，启发学生提出问题，通过课堂讨论得到解决。还可以在部分单元结束后，要求研究生根据自己的专业方向，结合查阅最新的文献资料，撰写小专题报告，组织交流讨论，以便巩固学生所学知识，并进一步拓宽知识面。研究生不同于本科生，他们有强烈的求知欲孥，有较高的学习热情，有较强的自学能力，所以在教学中倡导自学，组织讨论，是因材施教、培养研究生创新能力的好方法。

4 多种考核方式结合，检验教学效果。

在研究生的考核方面，不仅仅局限于对课内授课内容的掌握程度，还可以采用综述、专题小报告、PPT汇报、模拟课题设计等综合考核方式，注重知识的活学活用和创新意识的培养，这样才有利于研究生即打好广博、坚实的理论基础，又能其重组知识框架，只有这样，研究生的创新意识才能够得到增强。

研究生创新能力培养是受多因素复杂交错影响的，要提升研究生的创新能力，既要保证培养研究生的客观条件充足，又要发挥研究生的主观能动性。研究生教育只有适应知识经济时代的要求，才能不断培养出符合社会需要的高层次创新型人才。表观遗传学既是目前迅速发展的学科和热点领域，在生物医学各种学科存在着千丝万缕的联系。它也是我们学院研究生重要的专业基础课，对于培养研究生的创新意识，培养研究生发现问题、解决问题的能力具有重要的作用。只有在教学实践中不断地提高教师自身素质，调整教学内容，改进教学方法，才能达到预期目的。

参考文献

[1]赵秋芳，孙凤余，李成杰，等.关于提高研究生培养质量的若干思考[J].中国科教创新导刊，2008（16）：21.

表观遗传对牛肉品质的影响 篇3

2011年4~5月份, 不少地方出现了蔬菜滞销卖难现象, 价格大幅下跌, 涉及全国多地, 菜农遭受重大损失。农业部市场司在不断强化各项工作措施的同时, 组织农研中心、贸促中心、农科院信息所、农产品市场协会及中国农村杂志社深入开展了农产品市场流通十大课题的研究。经过半年多的努力, 分别形成了《推进现代蔬菜专业合作社发展的思考》、《关于“菜篮子”产品生产补贴制度问题的研究》、《菜篮子产品市场预警体系建设的框架建议》、《全国重点城市“菜篮子”市长负责制考核体系研究报告》等10篇专题报告。这次会议是相关课题研究成果的集中汇报交流, 会上大家积极发言、讨论深入, 取得了良好效果。

最后, 市场司对课题研究成果给予了充分肯定, 认为采用现场汇报交流的形式展现研究成果, 是改进工作方式的一种创新, 可以集思广益, 取长补短。同时, 要求课题研究成果要在广泛征求各方意见的基础上进一步深化、完善, 并尽快实现成果转化。吉

(新闻来源:中国农业信息网)

众所周知, 牛肉品质主要包括眼肌面积、系水力、大理石花纹、肉色和嫩度等, 牛肉品质的优劣是受牛品种遗传基因和饲养方式、饲料等环境因素的影响, 可以遗传的只有基因。但随着科学研究的深入, 研究人员发现, 牛肉品质除了受上述因素影响外, 还有一种因素影响牛肉品质, 即表观遗传。

表观遗传对生物的生长发育有着重要的影响。研究发现, 当果蝇受到一定化学物质影响时, 其眼睛上会形成颗粒状物质, 而且果蝇的后代在没有受到这种化学物质的影响下, 至少有13代眼睛上会形成相同的颗粒状物质, 但引起这种变化的并不是由于基因的改变, 而是表观遗传。有学者认为, 长颈鹿的脖子在最初阶段并非像现在这样长, 而是短很多, 之所以现在脖子长长了, 是由于当地上的食物不能满足其需求时, 长颈鹿便伸长脖子去吃树叶, 久而久之脖子就长长了, 这并不是因基因的变化而引起的, 也许随着地上食物的增加, 很久以后长颈鹿的脖子会再次缩短。

表观遗传的优势 篇4

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

RNA抽提试剂盒 (Trizol试剂盒) 及DNA抽提试剂盒均购自上海生工生物工程技术服务有限公司;大鼠p16基因甲基化检测试剂盒购自上海杰美基因医药科技有限公司;RT试剂盒购自东洋纺 (上海) 生物科技有限公司;PCR试剂盒购自天根生化科技 (北京) 有限公司;琼脂糖凝胶购自西班牙DIOWEST公司;DNA Marker购自天根生化科技 (北京) 有限公司;大鼠 (rat) 甲胎蛋白 (AFP) 检测试剂盒购自美国ADL公司;二乙基亚硝胺 (DEN) 购自sigma公司, 愈肝颗粒浸膏由泸州市中医院制剂室生产, 主要成分由茵陈、栀子、党参、黄芪、白术、青皮、丹参、泽兰、茜草等13味中药组成, SD大鼠由泸州医学院动物试验中心提供。

1.2 方法

1.2.1 动物模型制作及分组

选用标准清洁级SD大鼠70只, 体重180±30g, 将其随机分至3组, 空白对照组10只, 模型对照组30只, 愈肝颗粒组30只, 每组均为雌雄各半。模型对照组、愈肝颗粒组大鼠腹腔注射40mg/kg体重的DEN, 2次/周, 连续8周。空白对照组则注射等体积的生理盐水。同时, 自实验开始愈肝颗粒组大鼠给予愈肝颗粒浸膏 (每毫升相当于原生药1.86g) 灌胃, 10mL/kg体重, 每天一次, 连续8周。模型对照组、空白对照组大鼠给予等体积生理盐水灌胃, 8周末处死动物, 留取标本。

1.2.2 RT-PCR检测

采用Trizol法提取肝组织RNA, Nano Dorp ND-1000核酸蛋白测定仪定量, -70℃冰箱保存。每个样本设40μL反应体积, 将2μg总RNA为底物及2μL随机引物、2μL逆转录酶、4μL dNTPs、1μL RNase Inhibitor 42℃反应20min, cDNA于-20℃冰箱保存。以各样本cDNA 5μL为模板, 引物对按前向、反向顺序排列为:DNMT1:5′-CT-GAGGAAGGCTACCTGGCTAA-3′, 5-TGTCCGACTT-GCTCCTCCTG-3′, 扩增片段204bp, DNMT3A:5′-GGAATGTGCCAGAACTGT AAGA-3′, 5′-CCTGTAG-CAATCCCATCAAA-3′, 扩增片段404bp, DNMT3B:5′-TGGTGAAGCGGATGATGGAGATGGC-3′, 5′-CCGAT-GGCGTACTGCTGCTCTTAGG-3′, 扩增片段329bp, GAPDH:5′-AAATCCCATCACCATCTTCC-3′, 5′-CCT-GCTTCACCACCTTCTTG-3′, 扩增片段581bp。

PCR反应体系:逆转录反应后原液2.5μL, Primer 1 (10μM) 1μL, Primer 2 (10μM) 1μL, 2×Master Mix12.5μL, 反应体积25μL。反应循环的设置:94℃3min;94℃30sec, TM℃30sec, 72℃1min, 30循环;72℃延伸5min。以甘油醛-3-磷酸脱氢酶 (glyceraldehyde phosphate dehydrogenase, GAPDH) 为内参照。2%-3%琼脂糖凝胶电泳, 凝胶成像系统进行半定量分析以目的基因条带与内参照GAPDH基因条带吸光度值进行比较, 计算其比值, 并对实验分组中各样本计算结果取均值 (见表1) 。

1.3 统计学分析

采用SPSS13.0进行统计分析。数据均用均数±标准差 (±S) 表示, 计量资料采用单因素方差分析, 规定P≤0.05为有统计学意义。

2 结果

2.1 HE染色光镜下观察结果 (见图1-6)

空白对照组 (图1, 2) :肝细胞以中央静脉为中心呈放射状排列, 大小均一, 细胞核大而圆, 胞质丰富。模型对照组 (图3, 4) :癌细胞排列呈梁状、索状或不规则。愈肝颗粒组 (图5, 6) :细胞排列基本规则, 异形性不明显。

2.2 p16基因异常甲基化

24例模型对照组大鼠肝脏标本经MSP法检测, 18例p16基因启动子区异常甲基化 (18/24) , 26例愈肝颗粒组大鼠肝脏标本MSP检测, p16基因启动子区异常甲基化 (16/26) , 而10例空白对照组大鼠肝组织检测均为阴性 (图7) (备注:造模死亡10只大鼠) 。

2.3 DNNMTs半定量结果

采用优化RT-PCR反应条件, 对各个样本cDNA以特定引物 (DNNMTs) 及内参照GAPDH引物进行扩增, 表1显示为半定量结果。

3 讨论

本研究结果显示:24例模型对照组大鼠肝脏标本经MSP法检测, 18例p16基因启动子区异常甲基化 (18/24) , 26例愈肝颗粒组大鼠肝脏标本MSP检测, p16基因启动子区异常甲基化 (16/26) , 而10例空白对照组大鼠肝组织检测均为阴性, 说明p16基因的失活在肝癌的发生中有重要的意义, 同时也表明愈肝颗粒可能通过抑制DNA的甲基化作用防治肝癌。模型对照组和愈肝颗粒组大鼠肝组织DNMTs水平检测结果与空白对照组比较, p16基因异常甲基化阳性组DNMT3A、DNMT3B升高较明显而DNMT1则相对下降, 表明DNMT3A、DNMT3B在促进p16基因异常甲基化过程中起主要作用, 同时表明3种DNMTs相对水平改变及相互作用与此进程关系密切;与Kimura等在肾透明细胞癌中的研究结果不同的是, DNMT1在MSP阴性的肝癌组织中高于正对照组并略高于异常甲基化阳性组。检测26例愈肝颗粒组与24例模型对照组大鼠肝组织DNMT1、DNMT3A、DNMT3B水平, 结果显示:前者三项水平均较后者低, 差异明显, 均P<0.01, 有统计学意义。说明愈肝颗粒可能通过调节DNMTs表达水平调整DNA甲基化状态, 从而起到防治肝癌作用。这一实验结果提示中药愈肝颗粒可影响肝癌大鼠DNA甲基转移酶水平及p16基因的表达, 为中西医结合治疗肝癌提供依据。

参考文献

[1]王宝恩, 张定凤主编.现代肝脏病学[M].北京:科学出版社, 2003:852-855.

表观遗传的优势 篇5

在小鼠发育早期,X染色体的印记失活发生在所有细胞中,但在胚胎发育至第4. 5天后,仅在胚外外胚层发生印记失活,上胚层的印记被擦除,重新活化[6]。在X染色体随机失活的过程中,Xist和Tsix是参与X染色体印记失活的2个非编码基因。胚胎如果缺乏Tsix,不能保护母源X染色体的沉默[7],没有Xist也不能启动父源X染色体的沉默[8]。

随着父源X染色体的再度活化,上胚层来源的细胞经历随机失活,然后向胚胎特定的方向发育,在小鼠和人的胚胎中,从这个谱系可能会得到胚胎干细胞( ES细胞) ,这种细胞具有3个胚层( 外胚层、中胚层、内胚层) 的分化能力。分化的ES细胞是研究ncRNA与X染色体失活的关系和表观重编程的很好的模型[2]。这个模型可以研究体细胞重编程,获得诱导多能干细胞( i PS细胞) ,该诱导过程伴随着X染色体的重新活化[9]。这些研究结果表明,X染色体上的一些事件的确与干细胞的命运有着直接联系。本文主要讨论在ES细胞和i PS细胞分化和去分化的过程中,X染色体的命运,尤其是那些非编码基因。

1小鼠X染色体调节

1.1小鼠ES细胞

小鼠ES细胞是一个研究X染色体失活的很好的模型,并且能够阐明在这个过程中一些ncRNA的功能[10]。在雌性小鼠ES细胞中,父源的表观遗传标记被擦除,2条X染色体都是激活的状态,同时Xist低水平表达。细胞分化开始后触发X染色体失活, 并伴随着拟失活X染色体上的Xist RNA表达的上调。虽然科学家还不能彻底阐明Xist的调控机制, 但是最近很多学者用40 kb的Tsix ncRNA作为一个主要的调控元件来颉颃Xist的顺式作用,结果发现, 删除Tsix可引起Xist的超级转录,过表达Tsix RNA可以抑制Xist的上调。关于Tsix是如何抑制Xist表达的有以下几种机理: 1) Tsix调节Xist染色质的状态; 2) Tsix引发Xist启动子区的从头甲基化进而沉默Xist; 3) 通过与RNAi的机制互作来沉默Xist[11]。 Tsix的转录通过Xite( 另一个非编码的基因,在小鼠ES细胞分化过程中,可以促进Tsix的转录) 正向调节Xist。

Tsix可以对Xist进行负调控。最近研究发现了另一种ncRNA,即Jpx,其作用是 激活Xist[5]。与Xist、Tsix一样,Jpx也处于X染色体的失活中心,并受发育调节,在发生X染色体失活之前,表达水平有20 ~ 30倍的上调[5]。删除Jpx产生2个主要表型: X染色体失活不足引起特异性的雌性致死性及m ES的特定分化。雌性m ES的Xist表达严重衰减,在细胞分化过程中不能形成胚体。但是删除Jpx后对雄性m ES没有影响,这说明Jpx直接作用于X染色体失活过程。通过ShRNA敲降试验也证明了这些特性,进而证明Jpx RNA对激活Xist的作用。因此,Jpx和Tsix作为2个开关直接调控X染色体失活过程中Xist RNA的表达,决定未来发生失活和保持活化的X染色体。

Xist ncRNA在失活X染色体上的累积可招募抑制型复合物( PRC2) ,从而使组蛋白H3上第27位的赖氨酸发生三甲基化[4]。针对PRC2招募到失活X染色体上的机制,科学家发现了1个位于Xist 5'末端的新型ncRNA,称为Rep A[3]。这个1. 6 kb的Rep A是一个独立转录单元,嵌入到Xist上共享一段重复A,是1个对X染色体沉默有重要作用的保守序列。 RNA免疫沉淀分析和电泳迁移改变分析揭示Rep A和Ezh2相互作用,是PRC2的催化亚基,位于Rep A的二级结构内。在常染色体上的Rep A基因可以促使PRC2招募物的增多,说明Rep RNA可以充分地将PCR2招募到染色体上。与Xist RNA不同的是, Rep A的表达先于X染色体失活,其表达水平不随细胞分化而上调。Rep A RNA在X染色体失活前有重要作用,在PRC2招募的起始阶段有重要作用,这可能有助于Xist的激活,使细胞从多能性状态向分化状态发育。

由于Oct4发育的本质特异性,在m ES分化过程中它可以引起X染色体失活中心的一些改变。在细胞分化过程中,如果Oct4丢失,则会引起2条X染色体的同源配对[12]。Tsix和Xite共同调节X染色体的计数,并决定哪条X染色体优先启动失活。敲除Tsix或Xite也会影响X染色体配对,在常染色体位点插入Tsix或Xite,会导致常染色体和X染色体异常配对,该结果说明,可能有1个由Oct4、Ctcf、Tsix /Xite形成的复合体位于X染色体上影响其配对。目前, 还不清楚配对是否需要Tsix和Xite的介导,这个模型表明,转录因子稳定结合Xa,持续表达Tsix。有趣的是,Oct4敲除会导致2条等位基因Xist的表达[12]。 因此,Oct4被认为是调节X染色体计数的反义调控因子。

多能因子和Xist/Tsix基因也发生交叉,Nanog的结合位点在Xist的第一外显子上,Oct4和Nanog可以共同抑制Xist的表达,直接抑制Xist或通过Tsix来抑制[13]。缺乏Nanog的雄性小鼠ES细胞Xist RNA的水平升高,但Tsix水平相对稳定。因此可以认为,Nanog可能不依赖于Tsix而直接抑制Xist。在敲除Tsix的雄性小鼠ES细胞中,Nanog仍然结合在Xist的第一外显子上。缺乏Nanog的雄性小鼠ES细胞Oct4和Sox2仍然结合 在Xist的第一外 显子上[13]。但在缺乏Oct4的雄性小鼠ES细胞中,Sox2和Nanog结合到Xist第一外显子上的能力减弱,并且在Oct4缺失一小部分的小鼠ES细胞中Xist上调,说明在调节X染色体重编程过程中,在调节Xist上Oct4比Nanog的作用更重要。

总体来说,在小鼠ES细胞分化过程中,Tsix、 Oct4和Nanog对调控Xist有非常重要的作用。

1.2小鼠诱导iPS细胞

小鼠i PS细胞产生的经典方法是通过在体细胞中过表达Oct4、Sox2、Klf4、c - Myc转录因子[14]。有趣的是,在雌性体细胞诱导为i PS细胞的过程中,伴随着大量X染色体的重编程。失活X染色体的重新活化,检测不到Xist表达。在Tsix和X连锁的基因双等位基因表达时,Xite仍然表达。重新激活的X染色体上H3K27me3丢失,多梳蛋白富集,建立一个适宜的转录环境。而且Xist、Tsix和Xite ncRNA重编程为类小鼠ES细胞的多能性状态。当进行分化时, mi PS和ES有相同的X染色体失活: Tisx RNA表达下调,Xist RNA表达上调,并且包裹在X染色体上, Xi被多梳蛋白包被,重新出现H3K27me3[4]。这些结果说明,X染色体的状态和干细胞的多能性有着紧密的联系。

在特定因子重编程过程中,X染色体的重新活化发生在重编程的晚期[15]。在重编程过程中,Oct4和Sox2最先活化。在重编程18 d后,检测内源Sox2水平,结果大部分细胞表达Sox2,但只有一小部分细胞表现出X染色体的重新活化。内源Oct4和Sox2促进内源Tsix和Xite的激活,从而抑制Xist的表达。 虽然小鼠X染色体重新活化的机制还不清楚,但小鼠ES细胞和i PS细胞是一个研究X染色体和表观遗传状态的模型。

2结论

文章综述了在i PS细胞中非编码基因是如何造成X染色体失活的,以及这些非编码元件和核心多能因子的联系。解密X染色体重编程的分子机制可能会促进干细胞的基态研究,将对干细胞治疗和新药研发起到推动作用。

摘要：雌性多能干细胞(iPS细胞)多能性状态的获得伴随着X染色体的表观修饰重编程。分化终末状态的雌性体细胞中有1条X染色体发生异染色质化而导致其失活。在体细胞诱导多能性干细胞的过程中,失活的X染色体重新活化。在重编程过程中,多能因子和X染色体失活中心的非编码基因的联系紧密。文章主要从分子水平上讨论多能干细胞X染色体表观修饰的相关研究进展。小鼠胚胎干细胞(ES细胞)是标准的多能性基态。X染色体上非编码RNA的表达可能是一个评价iP S表观遗传状态的标记,相关研究可以为细胞治疗的临床应用提供重要依据。