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DNA甲基化及其芯片技术研究进展
DNA甲基化是早发现的、基本的表观遗传学机制.大量研究表明DNA甲基化与人类疾病有密切关系.DNA甲基化改变包括全基因组水平DNA低甲基化和CpG岛局部高甲基化.DNA甲基化分析方法发展迅速,尤其是近年来,DNA甲基化芯片技术已成为高通量分析DNA甲基化的快速、有效的方法.DNA甲基化芯片主要包括CpG岛微阵列和甲基化寡核苷探针微阵列.本文围绕DNA甲基化相关概念、发生机制、与疾病的关系及主要研究方法等方面进行综述.
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表观遗传学相关研究概述
表观遗传学表示基因中的核苷酸序列在没有变化的情况下,产生表型明显变化,这种改变可在生物体发育和细胞增殖的过程中稳定遗传给后代.其主要分子机制有:DNA甲基化、非编码RNA调控、组蛋白修饰、染色质重塑等.随着表观遗传学的深入研究,与其相关的疾病得以了解甚至解决,此外,其对于生物体生长发育及揭露生命现象本质的相关研究提供了理论依据.
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表观遗传学与女性生殖及辅助生殖技术
表观遗传过程主要以DNA甲基化形式进行修饰,其中基因印迹在女性生殖和辅助生殖技术中有重要作用.本文就表观遗传修饰的方式、与女性生殖的相关性、表观遗传异常对女性生殖和辅助生殖技术后代的影响等进行阐述,表观遗传的调节尚需深入研究.
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冷冻复苏对精子结构及表观遗传学影响
精子的冷冻保存已广泛用于男性生育力保存和辅助生殖技术.然而,精子冷冻、保存与复苏过程可能造成结构和功能的损伤,包括精子活力、存活率、形态学及受精能力等方面的损伤;存在较大争议的是,精子冷冻复苏是否引起DNA完整性改变及表观遗传损伤.至今,有很多文章报道辅助生殖技术可能导致早期胚胎发育异常,甚至子代表观遗传缺陷,但是有关冷冻是否导致表观遗传缺陷的文章很少.本文系统介绍冷冻复苏对精子细胞膜、线粒体膜、DNA完整性的影响,重点介绍其对表观遗传学中DNA甲基化、组蛋白乙酰化和非编码RNA调控的影响,简要介绍了引起争论的原因和修复机制,并探索佳冷冻方法及建立实验室规范与标准.
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表观遗传修饰与胚胎着床
哺乳动物胚胎着床是指卵母细胞和精子结合受精直到孵化为囊胚并植入子宫内膜的过程.在受精后父母双方染色体重组是胚胎发育所必需的,大部分染色质结构的改变一直持续到胚胎着床,在这过程中发生许多表观遗传调控的生物学变化,如组蛋白修饰、DNA甲基化对子代染色体的重塑等,但对于这些修饰在亲代与子代之间的变化知之甚少.可以明确的是在哺乳动物早期发育中,遗传与表观基因组高度动态的变化息息相关.本文就表观遗传修饰在哺乳动物胚胎发育及着床方面进行阐述.
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高龄男性的遗传学改变研究进展
伴随着社会经济发展,国内外男性生育年龄逐渐推迟.2015年开始实施的二孩政策,使得高龄男性生育显著增多.虽然借助辅助生殖技术(ART)可能解决高龄男性的生育问题,但其遗传安全问题不容忽视.随着年龄的增长,受时间和环境的综合影响,男性生精能力下降的同时,精子发生过程中出现的遗传学改变也会增加子代罹患认知神经疾病、常染色体显性疾病、先天性疾病和其他疾病的风险.关注高龄男性的遗传学改变,优化ART治疗方案,防控因高龄男性生殖生育导致的后代健康问题,是生殖医学临床实践的要求.本文就近20年以来,有关高龄男性遗传学改变的研究报道进行综述,总结高龄男性的遗传学改变的证据,并为防控高龄男性的遗传风险提出建议.
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外源化学物对DNA甲基转移酶的调控
表观遗传学提供何时、何地及如何应用遗传信息的指令,在时空顺序上控制基因的表达,它不涉及DNA序列改变但可以通过细胞分裂传给子代细胞.表观遗传学修饰主要通过DNA甲基化(DNA methylation)、染色质重塑(chromatin remodeling)、组蛋白修饰(histone modification)、非编码RNA(non-coding RNA)等模式来控制基因的表达.在环境应答状态下,上述几种调控模式相互作用,形成特定的表观遗传调控网络[1].DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,DNMTs)的作用下,在DNA碱基上添加甲基的过程.在哺乳动物细胞中,DNMTs是催化DNA甲基化的主要酶类.近年来研究发现DNMTs的表达异常与疾病如肿瘤的发生发展密切关联,同时DNMTs也是外源化学物作用的靶点,外源化学物通过改变DNMTs的表达水平和酶的活力,影响DNA的甲基化和表观遗传的调节功能.本综述将介绍DNMTs的功能以及与肿瘤发生发展关系的研究进展,重点阐述DNMTs调控与外源化合物毒作用效应之间的关系.
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CYP450s代谢酶基因表观遗传调控机制研究进展
生物转化是指外源性化学物在体内经酶促或非酶促反应转化为代谢产物的过程.生物转化过程包括Ⅰ相反应及Ⅱ相反应,其中Ⅰ相反应包括氧化、还原和水解反应.催化Ⅰ相反应的酶有95％为细胞色素P450酶系(cytochrome p450 enzyme system,CYP450s).大量研究显示CYP450s的持续性表达或诱导性表达受核受体和转录因子调控,这些转录因子包括:肝细胞核因子(hepatocyte nuclear factors,HNFs)、芳烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AhR)、雄烷受体(constitutive androstane receptor,CAR)、孕烷X受体(pregnane X receptor,PXR)等[1-2].
关键词： 代谢酶CYP450s 表观遗传学 环境化学物暴露 基因表达调控 -
表观遗传学修饰及其相互调控
1 表观遗传学的基本概念遗传学表明,生物体基因既是一个结构单位,也是一个功能单位.基因结构的改变必然会引起生物体表现型(phenotype)的改变,而这种改变是可以从上代传给下代.然而,近年来生命科学的研究表明,在基因的DNA序列不发生变化的条件下,基因表达发生了可遗传的改变,导致可遗传的表现型变化,且这种改变在发育和细胞增殖过程中能稳定遗传[1].例如同卵双生的两人具有完全相同的基因组,在同样的环境中长大后,其性格、健康等均会出现较大的差异[2].这种表现型的变化因没有直接涉及基因的序列信息,而是“表观”的(apparent),因此被称为表观遗传变异(epigenetic variation)[1].于是,遗传学的研究又开辟了一个新的领域——表观遗传学(epigenetics).
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典型环境污染物的表观遗传学损伤
研究和评估环境暴露对人类健康的影响是环境健康科学的重要内容.遗传物质损伤如基因序列改变(突变、缺失、插入、倒位、易位及扩增等)及染色体畸变等,多年来被认为是环境污染物与人体产生交互作用的重要机制.然而近期研究显示DNA甲基化等表观遗传学机制也与肿瘤等多种疾病和稳态失衡密切相关.当一种污染物可以导致人类基因启动子区DNA甲基化水平或组蛋白乙酰化/甲基化等化学修饰改变,但不伴有基因突变等编码损伤时,就可以被认为是一种表观遗传毒物.
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苯并芘致癌相关的表观遗传学机制
苯并芘(BaP)作为多环芳烃类(PAHs)中毒性大的一种强烈致癌物,广泛存在于生产和生活环境中,可诱发机体出现肿瘤,大量流行病学研究表明BaP与肺癌、膀胱癌、皮肤癌和乳腺癌等多种癌症的发生密切相关.目前大量研究证实表观遗传学的改变与肿瘤发生密切相关.表观遗传学被定义为不依赖于DNA序列变化的基因活性的可遗传改变,表观遗传学机制主要包括:DNA甲基化异常、组蛋白修饰、非编码RNAs(包括microRNA)、染色质重塑等.
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线粒体DNA表观遗传学研究新进展
表观遗传学能够在不改变基因序列的情况下调控基因的表达,且该变化是可遗传的,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、miRNA和RNA甲基化等,在调控基因表达、个体发育、分化和衰老等方面发挥重要作用.线粒体基因组是一个环状的双链DNA分子,含有类似于组蛋白结构的类核,受到表观遗传学机制调控.线粒体表观遗传学(mitoepigentics)是指线粒体编码的基因发生表观遗传修饰以及其他代谢物对线粒体进行表观遗传调控而产生影响,且线粒体与核基因组存在复杂的表观遗传学调控作用网络,可参与复杂的病理生理过程,如神经退行性疾病、癌症或早衰等,其线粒体表观遗传学已然成为生命科学究领域一个崭新的重要内容.
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环境表观基因组学相关技术
继人类基因组计划圆满完成之后,"人类基因组表遗传计划(Human Epigenome Project)"也于2003年10月7日正式启动.这是世界上首项针对控制人类基因"开"和"关"的主要成分进行的图谱绘制工作,它将帮助科学家建立人类遗传、疾病与环境之间的关键联系.
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空气污染相关呼吸道疾病的表观遗传学研究
呼吸道疾病是目前导致人类死亡的重要原因之一,尤其是哮喘和肺癌.哮喘和肺癌的发生发展受基因和环境两个因素的影响,单一的遗传基因远远不能解释这类疾病的发生发展.表观遗传学在复杂疾病的机制研究和临床治疗中起着越来越重要的角色.本文从表观遗传学修饰的角度探讨了空气污染与呼吸道疾病相关的分子机制,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA调控.
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DNA甲基化与原发性高血压关系的研究进展
表观遗传学已经成为疾病病因研究中的重要内容,其中DNA甲基化是目前研究为深入也是重要的表观修饰形式.已有研究表明,ECE-1、11β-HSD-2、AT1b、ACE和ADD1等基因的甲基化或去甲基化与原发性高血压的发生发展密切相关,Alu和TLR4基因的DNA甲基化还可介导环境颗粒物间接影响血压水平.此外,在一些全基因组甲基化芯片试验中发现高血压组SULF1基因和ABCG4基因的某个CpG位点的甲基化水平比正常组高,这种差异也表明基因的DNA甲基化可能对高血压的发生发展产生影响.
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表观遗传学的研究进展
表观遗传学是一种对表观基因组基因表达的调节方式.这种调节方式不会改变基因序列但是可以遗传.表观遗传学通过DNA甲基化、染色质重塑和小RNA等作用以改变基因的表达,进而控制细胞的表现,所以维持机体内环境稳定是离不开这些表观遗传学因素的,这些表观遗传学因素有助于帮助体内正常生理功能的发挥.目前,表观遗传学的研究已经取得了显著成果,并且已经应用到了一些疾病的治疗特别是对癌症的治疗上.通过表观遗传学对人类疾病的研究和表观遗传学调节剂对疾病治疗的方法,生物医学将会迎来的新篇章——表观遗传学时代.本文通过对表观遗传学的形成和发展、部分表观遗传学的研究热点以及表观遗传学的应用加以论述,进而介绍表观遗传学的进展.
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表观遗传学在肿瘤中的研究进展
近年来,随着对表观遗传学的深入研究,越来越多的研究证实在肿瘤的发生发展以及转移过程中表观遗传修饰起到了非常重要的作用.特别是在DNA甲基化、组蛋白修饰方面取得的成果,将进一步理清肿瘤的发生发展及转移等机制,并为抗肿瘤药物的研发提供可靠的依据.本文主要对近年来表观遗传学在肿瘤中的研究进展进行综述.
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癫痫与表观遗传学
癫痫是一种以反复刻板性发作为特征的慢性神经系统疾病,现仍有20％～30％为难治性癫痫患儿,且发病机制尚未完全阐明.目前研究发现癫痫发病过程中存在表观遗传修饰异常,主要包括DNA甲基化、染色质重组、组蛋白修饰和非编码RNA调控等.文章将讨论表观遗传学在癫痫发病机制中的调控作用,以及与局灶性癫痫和全面性癫痫的关系,期待能从表观遗传学的角度阐明癫痫的发病机制,从而为癫痫药理学治疗分子靶标的识别提供新方向.
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表观遗传学与精子发生、胚胎发育相关性
表观遗传学指的是并不涉及核酸序列的改变,基因在有丝分裂和减数分裂的过程中发生的改变可具有遗传性的一门遗传学新兴学科.目前的研究主要集中在染色体重塑(chromatin remodeling)、组蛋白乙酰化、DNA甲基化(DNA methylation)和非编码RNA(non-coding RNA)调控等方面.近几年来,通过对表观遗传学的不断探索,发现多种生殖障碍,如精子发生、胚胎发育的发生发展与其相关.
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表观遗传流行病学
一、表观遗传学和表观遗传流行病学近年研究表明,高等生命遗传信息的复杂性不仅在于基因组有更多的结构蛋白基因编码,还在于基因表达调控机制的复杂性.因此基因表达调控是现代分子生物学的核心.
