表观遗传学-学习笔记
主要参考表观遗传
由于不做湿实验，试验检测部分可能有错，只为⼤概理解原理
什么是表观遗传学？
表观遗传（Epigenetics）是指DNA序列未发⽣变化，但基因表达却发⽣了可遗传改变。 （即使DNA序列本⾝没有发⽣改变，表观遗传也是可表观遗传 以遗传给下⼀代的）
举个例⼦：同卵双⽣的双胞胎个体，从遗传学⾓度说他们的DNA序列是⼀致的，但多种表型存在⼀些差异。经典的孟德尔遗传定律和⽣物学表型之间还存在另外⼀层调控因素，即表观遗传。
这种改变的特点：可遗传性；可逆性；没有DNA序列的变化。
可逆性：表观遗传的修饰⽅式可以在某些因素的条件下被去除。这使得通过调控表观遗传来影响⽣物学性状称为可能。
表观遗传改变主要从四个层⾯调控基因表达
（1）DNA甲基化：DNA共价结合甲基基团，使相同序列等位基因处于不同修饰状态；
（2）组蛋⽩修饰：通过对结合DNA的组蛋⽩进⾏不同的化学修饰实现对基因表达的调控；
（3）染⾊质重塑：通过改变染⾊质的空间构象实现对基因表达的调控；
（4）⾮编码RNA的调控：RNA可通过某些机制实现对基因转录和转录后的调控。 1.DNA甲基化
DNA甲基转移酶（DNMT）的催化作⽤下，以S-腺苷甲硫氨酸（SAM）作为甲基供体，通过共价结合的⽅式获得⼀DNA序列上特定的碱基在DNA甲基转移酶（DNMT）
个甲基基团的化学修饰过程。
最常见能够被甲基化的碱基是胞嘧啶（C），此外腺嘌呤，鸟嘌呤也可以被甲基化。下图是5甲基胞嘧啶。在4位上是⼀个胺基，5位上没有其他基团的结合。在SAM提供甲基的情况下，在DNMT(DNA甲基转移酶)的作⽤下，甲基从SAM转移到胞嘧啶的5位，成为了5甲基胞嘧啶。
1.1DNA甲基转移酶
根据序列的同源性和功能，真核⽣物DNA甲基化转移酶主要分为：Dnmt 1, Dnmt2 和Dnmt 3.Dnmt 1参与序列甲基化的维持； Dnmt 3主要作⽤是从头甲基化。
所有的C（两条链）被甲基化，这是⼀种重头甲基化的⽅式。
a图左边的序列通过Dnmt 3的作⽤转化为右边的序列，这两个序列的差别是，所有的C（两条链）被甲基化
互补链上的C没有甲基化，可以在甲基化维持酶（Dnmt 1）的作⽤下可以使得另外⼀条⾮甲基b图中左边的序列其中⼀条链上C位点被甲基化，互补链上的C没有甲基化
化的链进⾏甲基化。
1.2DNA去甲基酶
5-甲基胞嘧啶（5mC）可在两个位点进⾏化学修饰：胺基和甲基。主动去甲基过程可以通过AID/APOBEC, Tet, TUG/SMUG1辅助以脱去甲基称为胞嘧啶。
DNA序列C位点的甲基化是可逆的，既可以在甲基化酶的作⽤下发⽣甲基化，⼜可以在去甲基化酶的作⽤下发⽣去甲基化。
1.3CpG甲基化
C位点的甲基化主要发⽣在CpG序列上。
在哺乳动物中CpG以两种形式存在：⼀种是分散于DNA序列；另⼀种呈现⾼度聚集，为CpG岛。在正CpG⼆核苷酸中的C常常被甲基化。在哺乳动物中CpG以两种形式存在：⼀种是分散于DNA序列；另⼀种呈现⾼度聚集，为CpG岛
常组织⾥，70%~90%分散的CpG是被甲基修饰（对维持基因族的稳定性具有重要作⽤），⽽位于基因转录调控区域CpG岛中的CpG则往往是⾮甲基化的（有利于转录因⼦和转录调控区域结合，影响下游结构基因的转录）。 CpG岛常常位于基因启动⼦区域
原道n70双擎s>渭河谷地
以下⾯这个基因为例，红⾊竖线代表CpG位点，下⾯是APRT这个基因的第⼀外显⼦和第⼆外显⼦，可以看到CpG位点集中于启动⼦区域，第⼀外显⼦和第⼀内含⼦区域。
启动⼦区域CpG位点甲基化影响基因转录
推动下游以下图为例，黄⾊部分是CpG位点中的C位点，当其为⾮甲基化时，转录因⼦和辅助转录蛋⽩可以顺利地结合在转录的其实区域，从⽽推动
基因的转录。
抑制。
然⽽，当C被甲基化之后，空间结构发⽣了变化，转录因⼦和辅助转录蛋⽩不能结合在转录其实区域，最终造成基因转录的抑制
1.4DNA甲基化检测⽅法
（1）亚硫酸氢钠——测序法不字书
（2）亚硫酸氢钠——酶切法
（3）甲基化特异性PCR（MSP）
（4） 亚硫酸氢钠-DHPLC
通常要经过亚硫酸氢钠的修饰，亚硫酸氢钠能够将甲基化的序列差异转化为DNA⼀级结构的序列差异。
下图中CpG结构中的C是甲基化的，左边的C是⾮甲基化的，在亚硫酸氢盐的作⽤下，甲基化的C仍然能够保留甲基化的状态，仍然为C，⾮甲基化的C在亚硫酸氢盐的作⽤以后，转化为U，在之后的PCR过程中转化为T。
2组蛋⽩修饰
2.1真核⽣物染⾊体的组装
真核⽣物染⾊体主要由DNA和蛋⽩质构成，蛋⽩质包括组蛋⽩和⾮组蛋⽩。染⾊体的基本单位是核⼩体（nucleosome）。和DNA结合的是组蛋⽩成分。
染⾊体=DNA+组蛋⽩+⾮组蛋⽩
2.2核⼩体
核⼩体的组成包括核⼼区域和连接区域。核⼼区域为146bp的DNA缠绕在组蛋⽩⼋聚体上形成；连接区域为60bp的DNA与组蛋⽩H1构成。
组蛋⽩⼋聚体
其序列保守且N末端游离在外，可以被不同的蛋⽩结合或作为酶作⽤核⼩体核⼼区域的组蛋⽩⼋聚体
包括H2A，H2B，H3和H4各⼆聚体；其序列保守且N末端游离在外，可以被不同的蛋⽩结合或作为酶作⽤的底物位点。
张镇中形成核⼩体核⼼区域的H2A，H2B，H3和H4这些组蛋⽩，在N（胺基）末端存在⼤量的可以被修饰的氨基酸，这些氨基酸主要以赖氨酸（K）以及精氨酸（R）为主，也包括丝氨酸和苏氨酸，这些氨基酸存在不同的残基，在这些残基上可以被不同的共价修饰，例如⼄酰化修饰，甲基化修饰，磷酸化修饰，赖氨酸K既可以被⼄酰化也可以被甲基化，R类似，丝氨酸和苏氨酸常常被磷酸化。
每个组蛋⽩肽链都有氮端和“核⼩体”是染⾊体的基本结构单位。4种组蛋⽩，各2个组成⼀个8聚体，DNA链再缠绕上去，就形成核⼩体了。每个组蛋⽩肽链都有氮端和碳端两个“尾巴”，这些“尾巴”上的氨基酸可以被加上⼀些化学基团，即“修饰”。
2.3组蛋⽩修饰
鼎湖山听泉赏析
甲基化，⼄酰化，磷酸化，腺苷酸化，泛素化，ADP核糖基化等修组蛋⽩修饰（histone modification）是指组蛋⽩在相关酶的作⽤下发⽣甲基化，⼄酰化，磷酸化，腺苷酸化，泛素化，ADP
磁通量密度核糖基化
饰的过程。
组蛋⽩修饰酶包括组蛋⽩⼄酰化酶（HAT），去⼄酰化酶（HDAC），甲基转移酶，去甲基化酶等。
组蛋⽩修饰的作⽤
组蛋⽩的修饰可通过影响组蛋⽩与DNA双链的亲和性，从⽽改变核⼩体结构以及染⾊质的疏松或凝集状态，或通过影响其他转录因⼦与结构基因启动⼦的亲和性来发挥基因表达调控作⽤。
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