2012年第6期《遗传》封面说明

表观遗传是指非DNA突变的可遗传表型。从分子水平上来说,表观遗传是因染色质的修饰或构象变化而引起的基因表达变化。SWI/SNF染色质重塑复合体即是表观遗传分子机制中的重要一员;SWI/SNF复合体依赖ATP水解的能量打开核小体结构,使转录因子可以接近DNA,从而有利于转录调节。SWI/SNF复合体核心组分INI1/hSNF5负责与多种转录调节蛋白结合。这些转录调节因子有些是重要的原癌蛋白,如c-myc、ALL1、核抗原2和GADD43等;也有重要     

运动对骨骼肌基因表达的表观遗传调控作用

DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA表达调控是表观遗传调控的3种重要方式,其在基因表达调控中发挥着关键作用。适当运动有益于身心健康。骨骼肌作为运动的主体组织,运动可以提高其代谢能力,改善其线粒体生物学功能,调控肌纤维类型转化,增加骨骼肌力量。近年来越来越多的研究表明,表观遗传调控在机体适应运动过程中发挥着重要作用,DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA表达调控等表观遗传调控方式通过调控骨骼肌基因表达来改变骨骼肌代谢能力、线粒体生物学功能和肌纤维类型,从而适应运动变化。本文对近年来运动对骨骼肌基因DNA甲基化、组蛋白修饰和相应miRNA表达调控等3种表观遗传调控方式的研究现状进行了综述,以期为进一步研究运动改善机体机能和健康提供参考。     

线粒体代谢介导的表观遗传改变与衰老研究

线粒体是细胞物质代谢与能量代谢的中心,在多种生理和病理过程中扮演着重要角色。表观遗传修饰是一种独立于DNA序列并在建立与维持特定基因表达谱中发挥主要作用的遗传调控模式。近年来的研究表明,线粒体能量代谢通过中间产物,介导线粒体–核信号的传递,调节染色质的表观修饰状态,进而影响基因表达。线粒体代谢紊乱可以诱导表观遗传重编程,进而启动衰老表型及退行性疾病的发生。本文综述了线粒体代谢与染色质表观遗传修饰关系的研究进展,探讨了线粒体应激在染色质重组中发挥的作用,展望了其在认知功能障碍等衰老相关性疾病研究中的前景。     

表观遗传调控在糖尿病及其并发症中的作用

表观遗传(epigenetics)是指DNA序列不发生变化但基因表达却发生了可遗传的改变．表观遗传调控过程十分复杂,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和微小RNA(miRNA)等．糖尿病是一种慢性代谢性疾病,常伴随大血管和微血管并发症．糖尿病的发生、发展不仅取决于遗传因素,而且也受到表观遗传修饰的调控．因此,对表观遗传调控的研究将为糖尿病及其并发症的预防和治疗提供新的思路和方法．     

胎盘发育过程中的表观遗传学改变及其相关疾病

胎盘介于胎儿与母体之间,是维持胎儿宫内生长发育的重要器官。在胎盘的正常发育过程中,子宫正常蜕膜化、滋养层细胞粘附与侵袭、胎盘血管生成与形成、胎盘印记基因表达都受到表观遗传修饰(如DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等)的调控。研究已经证实环境因素如重金属、化合物、现代辅助生殖技术、营养物质均可导致胎盘上多种基因的表观遗传修饰异常。此外,胎盘基因表达存在性别差异也可能与表观遗传修饰有关。目前,在临床上可运用产前DNA甲基化水平分析技术检测异常的表观遗传修饰,并在疾病早期发现并做出诊断,从而为疾病预防及治疗提供依据。本文对胎盘正常发育过程中表观遗传修饰的调控及环境因素所致的胎盘基因表观遗传改变进行了综述,以期对胎盘相关疾病的诊断与治疗提供借鉴和参考。     

丝状真菌次级代谢产物生物合成的表观遗传调控

丝状真菌产生的次级代谢产物是新药的重要来源之一,其生物合成过程受到众多因素的调控。最近的研究表明,表观遗传对多种丝状真菌次级代谢产物的生物合成具有调控作用。DNA和组蛋白的甲基化与乙酰化修饰是目前所知的丝状真菌主要的表观遗传调控形式。通过过表达或缺失相关表观修饰基因和利用小分子表观遗传试剂改变丝状真菌染色体的修饰形式,不仅可以提高多种已知次级代谢产物产量,而且可以通过激活沉默的生物合成基因簇诱导丝状真菌产生新的未知代谢产物。丝状真菌表观遗传学正逐渐成为真菌菌株改良的新策略以及挖掘真菌次级代谢产物合成潜力的强有力手段。     

RNA修饰调控造血发育和白血病发生的研究进展

胚胎造血发育和成体造血稳态维持是复杂有序、高度保守的过程,受到诸多因素,包括细胞内转录因子、信号通路及表观遗传修饰和细胞外造血微环境的精密调控. RNA修饰将表观修饰从转录水平提升到转录后精确调控的新层面,参与调控多项重要生命过程,其在血液发育及白血病发生中的调控作用已有多项研究.本文系统总结了RNA修饰在胚胎造血发育、稳态维持及白血病发生中的功能和分子机制,不仅有助于完善目前对造血系统发育以及正常造血和恶性转化的认识,而且为寻找潜在的白血病治疗靶点提供了新思路.     

表观遗传与microRNA相互调控机制以及在抗肿瘤领域内的应用

DNA甲基化和组蛋白修饰等表观遗传机制是恶性肿瘤发生发展的重要原因之一．然而近年来研究发现,microRNA表达水平改变也参与恶性肿瘤的形成．最新研究资料揭示,表观遗传可调控microRNA表达,而一些种类的microRNA也可调节表观遗传,并且二者之间相互作用可调控组织细胞内基因表达以及诱导体内恶性肿瘤产生．研究资料还显示,表观遗传主要通过DNA甲基化、组蛋白修饰等方式调控microRNA表达,而microRNA则通过调节DNA甲基化转移酶、维持细胞中DNA甲基化水平或改变组蛋白修饰等途径调控表观遗传．对microRNA与表观遗传之间的调控关系以及在抗肿瘤领域内的应用进行全面而系统的论述．     

DNA甲基化修饰对血管疾病稳态失衡的影响

自稳态平衡是机体生命活动的重要基础,在维持机体的正常生理功能中发挥重要作用。血管疾病中的稳态失衡受物理、化学、生物等内外环境改变及致病因素的影响,其中氧稳态、血流稳态、糖脂代谢稳态在内环境的影响中较为突出,由此引起的一系列表观遗传修饰将导致血管结构和功能的异常。表观遗传学中的DNA甲基化与血管疾病的发生发展密不可分。此外,5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine, 5hmC)及N6-甲基腺嘌呤(N⁶-methyladenine, m⁶A)作为新的修饰碱基,将为表观遗传学研究提供新的思路。文章主要对DNA甲基化修饰变异在血管疾病稳态失衡方面的研究进展进行了阐述。     

赖氨酸乙酰化调控细胞代谢的机制

赖氨酸乙酰化是一种重要的翻译后修饰。细胞内的蛋白质,特别是代谢酶,广泛受乙酰化修饰的调控。乙酰化修饰由乙酰化酶和去乙酰化酶调节,对细胞的物质代谢和能量稳态进行多层次、复杂而又精细的调控。乙酰化酶和去乙酰化酶活性的发挥依赖中间代谢产物,且多种代谢物能够调控乙酰化酶和去乙酰化酶的催化活力。因此,乙酰化修饰是调控细胞代谢的重要机制。此外,乙酰化修饰能够调节自噬和营养物质感受通路,从而调控细胞的物质和能量稳态;乙酰化修饰对组蛋白的调节则能根据细胞的营养状态在表观遗传水平改变基因的表达,使细胞高效地应对不同的营养和压力状态。乙酰化修饰与代谢相关疾病的发生发展具有重要联系,对乙酰化调控的研究将极大增进人们对细胞代谢、表观遗传等生命活动的认识。     

SWI/SNF Chromatin-Remodeling Factor Smarcd3/Baf60c Controls Epithelial-Mesenchymal Transition by Inducing Wnt5a Signaling

We previously identified a gene signature predicted to regulate the epithelial-mesenchymal transition (EMT) in both epithelial tissue stem cells and breast cancer cells. A phenotypic RNA interference (RNAi) screen identified the genes within this 140-gene signature that promoted the conversion of mesenchymal epithelial cell adhesion molecule-negative (EpCAM⁻) breast cancer cells to an epithelial EpCAM^+/high phenotype. The screen identified 10 of the 140 genes whose individual knockdown was sufficient to promote EpCAM and E-cadherin expression. Among these 10 genes, RNAi silencing of the SWI/SNF chromatin-remodeling factor Smarcd3/Baf60c in EpCAM⁻ breast cancer cells gave the most robust transition from the mesenchymal to epithelial phenotype. Conversely, expression of Smarcd3/Baf60c in immortalized human mammary epithelial cells induced an EMT. The mesenchymal-like phenotype promoted by Smarcd3/Baf60c expression resulted in gene expression changes in human mammary epithelial cells similar to that of claudin-low triple-negative breast cancer cells. These mammary epithelial cells expressing Smarcd3/Baf60c had upregulated Wnt5a expression. Inhibition of Wnt5a by either RNAi knockdown or blocking antibody reversed Smarcd3/Baf60c-induced EMT. Thus, Smarcd3/Baf60c epigenetically regulates EMT by activating WNT signaling pathways.     

The BAF60 Subunit of the SWI/SNF Chromatin-Remodeling Complex Directly Controls the Formation of a Gene Loop at FLOWERING LOCUS C in Arabidopsis

SWI/SNF complexes mediate ATP-dependent chromatin remodeling to regulate gene expression. Many components of these complexes are evolutionarily conserved, and several subunits of Arabidopsis thaliana SWI/SNF complexes are involved in the control of flowering, a process that depends on the floral repressor FLOWERING LOCUS C (FLC). BAF60 is a SWI/SNF subunit, and in this work, we show that BAF60, via a direct targeting of the floral repressor FLC, induces a change at the high-order chromatin level and represses the photoperiod flowering pathway in Arabidopsis. BAF60 accumulates in the nucleus and controls the formation of the FLC gene loop by modulation of histone density, composition, and posttranslational modification. Physiological analysis of BAF60 RNA interference mutant lines allowed us to propose that this chromatin-remodeling protein creates a repressive chromatin configuration at the FLC locus.     

Global role for chromatin remodeling enzymes in mitotic gene expression

Regulation of eukaryotic gene expression requires ATP-dependent chromatin remodeling enzymes, such as SWI/SNF, and histone acetyltransferases, such as Gcn5p. Here we show that SWI/SNF remodeling controls recruitment of Gcn5p HAT activity to many genes in late mitosis and that these chromatin remodeling enzymes play a role in regulating mitotic exit. In contrast, interphase expression of GAL1, HIS3, PHO5, and PHO8 is accompanied by SWI/SNF-independent recruitment of Gcn5p HAT activity. Surprisingly, prearresting cells in late mitosis imposes a requirement for SWI/SNF in recruiting Gcn5p HAT activity to the GAL1 promoter, and GAL1 expression also becomes dependent on both chromatin remodeling enzymes. We propose that SWI/SNF and Gcn5p are globally required for mitotic gene expression due to the condensed state of mitotic chromatin.