表观基因组

一、英文名

Epigenome

二、核心定义

表观基因组是基因组的“第二层信息”，决定了不同细胞类型中基因的差异表达。与基因组序列在所有细胞中基本一致不同，表观基因组具有细胞类型特异性和组织特异性，并且可在环境因素影响下发生动态变化，同时部分表观遗传修饰可跨代遗传。 ADFASDFAF23RQ23R

三、主要表观遗传修饰类型

• DNA 甲基化：在 DNA 甲基转移酶（DNMT）催化下，将甲基基团添加到胞嘧啶的 5 位碳原子上，形成 5-甲基胞嘧啶（5mC）。主要发生在 CpG 二核苷酸位点，启动子区高甲基化通常与基因沉默相关。
• 组蛋白修饰：组蛋白 N 端尾部可发生多种共价修饰，包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等。不同修饰组合构成“组蛋白密码”：如 H3K4me3 和 H3K9ac 与转录激活相关，H3K27me3 和 H3K9me3 与转录抑制相关。
• 染色质重塑：依赖 ATP 的染色质重塑复合物（如 SWI/SNF、ISWI、CHD 家族）通过移动、驱逐或替换核小体，改变染色质的可及性，调控转录因子与 DNA 的结合。
• 非编码 RNA 调控：miRNA、lncRNA、circRNA 等非编码 RNA 通过转录后降解、翻译抑制、染色质修饰等方式，参与表观基因组调控。

四、表观基因组的动态调控

表观基因组在细胞生命周期中经历两次大规模重编程： ADFASDFAF23RQ23R

1. 胚胎发育早期：受精后，亲本表观基因组被全面擦除，然后重建胚胎特异性表观基因组，这一过程决定了胚胎的发育潜能。
2. 生殖细胞发生过程：原始生殖细胞的表观基因组被再次擦除，然后重建配子特异性表观基因组，确保配子的正常功能。

此外，表观基因组在细胞分化过程中逐渐稳定，维持细胞的身份特征；同时可响应饮食、压力、毒素等环境因素发生动态变化。

五、生物学功能

1. 细胞分化与发育：通过调控基因表达模式，决定细胞的分化方向和组织器官的形成，是多细胞生物发育的分子基础。
2. 基因组稳定性维持：抑制转座子的活性，防止转座子跳跃导致的基因组不稳定。
3. X 染色体失活：雌性哺乳动物通过 Xist lncRNA 介导的表观遗传修饰，失活一条 X 染色体，实现剂量补偿。
4. 印记基因调控：印记基因的表达具有亲本来源特异性，由 DNA 甲基化等表观遗传修饰调控，参与胚胎生长和胎盘发育。

六、疾病关联与应用

1. 癌症：癌细胞普遍存在表观基因组异常，如抑癌基因启动子高甲基化沉默、原癌基因低甲基化激活、组蛋白修饰异常等。表观遗传药物（如 DNA 甲基转移酶抑制剂阿扎胞苷、组蛋白去乙酰化酶抑制剂伏立诺他）已用于治疗血液系统肿瘤。
2. 神经发育障碍：如雷特综合征（MECP2 基因突变）、安吉尔曼综合征（UBE3A 印记基因异常）、普拉德-威利综合征。
3. 代谢疾病：宫内营养不良可导致胎儿表观基因组改变，增加成年后肥胖、2 型糖尿病、心血管疾病的发病风险（“健康与疾病的发育起源”假说）。
4. 衰老：表观基因组随年龄发生渐进性改变，称为“表观遗传时钟”，可准确预测生物学年龄和衰老相关疾病的风险。

主要表观遗传修饰类型及其对基因表达的调控示意图