表观遗传修饰

表观遗传修饰

基本介绍

表观遗传修饰（英文：Epigenetic Modification）是指在基因组水平上的可逆性遗传变化，影响基因表达而不涉及DNA序列本身的改变。表观遗传修饰在细胞分化、发育、环境响应以及疾病发生发展等过程中发挥重要作用，是生命体系中的一个重要调控机制。

定义

表观遗传修饰是指对基因组的调控，通过改变DNA和组蛋白结构以及调控非编码RNA的表达，影响基因的表达水平，但不会改变DNA序列本身。这些修饰可以是DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等，它们通过调控基因的可及性，影响基因的转录和翻译过程。

起源

对于表观遗传修饰的认识起源于20世纪中叶，当时科学家发现在细胞分化和发育过程中，不同类型的细胞虽然具有相同的基因组，但其表达的基因却不同，这引发了人们对细胞特化背后的机制的研究。后来发现，这种差异主要是由于表观遗传修饰的存在和作用。

种类

表观遗传修饰主要包括：

1. DNA甲基化（DNA Methylation）：是指DNA分子上甲基基团与胞嘧啶环上的第五碳位点结合的过程，常见于CpG岛。

2. 组蛋白修饰（Histone Modification）：涉及组蛋白N端的乙酰化、甲基化、磷酸化等修饰。

3. 非编码RNA调控（Regulation by Non-coding RNAs）：包括微小RNA（miRNA）和长链非编码RNA（lncRNA）等。

机制

表观遗传修饰的机制涉及多种分子间相互作用，主要包括：

1. 转录调节：DNA甲基化和组蛋白修饰可以改变染色质结构，影响转录因子的结合，从而调节基因的转录活性。

2. 染色质重塑（Chromatin Remodeling）：通过改变核小体的结构和组成，调节染色质的紧密程度，影响基因的可及性。

3. RNA介导的修饰：非编码RNA可以通过与靶基因的RNA结合，调节其转录或转录后修饰的过程。

相关疾病

表观遗传修饰异常与多种疾病的发生和发展密切相关，包括：

1. 癌症（Cancer）：DNA甲基化和组蛋白修饰异常可以导致癌基因的活化和肿瘤抑制基因的沉默，促进肿瘤的发生。

2. 神经系统疾病（Neurological Disorders）：如阿尔茨海默症、帕金森病等，表观遗传修饰异常与神经元功能异常密切相关。

3. 心血管疾病（Cardiovascular Diseases）：表观遗传修饰异常与心血管疾病的发生和发展有关。

研究进展

近年来，关于表观遗传修饰的研究进展包括：

1. 技术进步：如全基因组甲基化测序、染色质免疫沉淀测序等高通量技术的发展，促进了对表观遗传修饰的研究。

2. 药物研发：针对表观遗传修饰的药物开发成为热点，如DNA甲基转移酶抑制剂和组蛋白去乙酰化酶抑制剂等，有望成为治疗疾病的新策略。

3. 生物信息学方法：如数据挖掘、机器学习等方法在表观遗传修饰研究中的应用，有助于揭示其在疾病发生发展中的作用。

参考文献

1. Bird, A. (2007). Perceptions of epigenetics. Nature, 447(7143), 396-398.

2. Feinberg, A. P., & Tycko, B. (2004). The history of cancer epigenetics. Nature Reviews Cancer, 4(2), 143-153.

3. Sharma, S., & Kelly, T. K. (2018). Epigenetics in cancer. Carcinogenesis, 39(7), 707-720.