Trichostatin A在体内对鸡胚翅芽发生中 基因表达模式的作用

表观遗传和染色质重塑参与了胚胎形成及肿瘤发生, 乙酰化作用是调控基因转录的关键修饰之一, 组蛋白去乙酰基酶抑制剂被视为肿瘤治疗中最有前景的药物开发目标. 然而哪些基因在体内对乙酰化作用修饰更敏感? 这些基本问题仍未完全知晓. 以鸡胚翅芽作为实验模型, 用HDAC抑制剂trichostatin A (TSA)处理翅芽, 研究翅芽发生中一系列基因对TSA的反应. 结果显示, TSA (75 μmol/L)能够改变某些对翅芽发育具有重要功能的基因的表达水平, 其中SF/HGF和 Twist1基因的表达被上调; FGF8, Shh, TCF4, Myf5 及 MyoD基因的表达被下调; 与此不同, Pax3, Paraxis, CREB和PCNA基因的表达水平不受TSA作用的影响. 结果提示, 发育的鸡胚翅芽能够作为一个便利的、供体内研究HDACs抑制剂对基因表达作用的模型, 有助于提高对染色质重塑和表观遗传对基因表达的调控作用, 以及对正在开发的抗癌药物的认识.     

染色质构象调控真核基因的表达

真核基因的表达受到各种顺式调控元件、反式作用因子、染色质DNA以及组蛋白表观遗传修饰等多因素、多层次的调控。染色质三维空间结构的变化在调控真核基因表达方面也发挥了至关重要的作用。染色质构象的变化一方面可以使增强子等调控元件与靶基因相互靠近,从而促进基因表达;同时也可能通过形成空间位阻结构阻碍调控元件作用于靶基因,抑制基因表达。虽然染色质结构变化调控真核基因表达的机制仍缺乏较为精确的分子模型,但在组蛋白修饰、核小体定位、染色体领域以及染色质间相互作用等表观遗传学研究中,已经发现有诸多证据支持染色质构象在真核基因表达调控中的重要地位。文章主要综述了染色质结构及其构象的变化等对真核基因表达调控的影响。     

酿酒酵母INO80染色质重塑复合物调控基因表达的研究进展

表观遗传调控是真核生物基因表达精细调控的重要组成部分,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑。其中,染色质重塑因子可影响组蛋白修饰酶和转录因子与特定位点的结合,在基因表达调控中占有重要地位。INO80复合物是进化上保守的染色质重塑复合物,能利用ATP水解获得的能量促进核小体的滑动和驱逐。INO80复合物除了在DNA复制、修复中发挥重要功能外,还通过改变DNA可及性调控酿酒酵母的基因表达。本文综述了染色质重塑复合物的分类及组成,重点介绍了酿酒酵母多亚基复合物INO80在基因表达调控中的重要功能,包括驱逐RNA聚合酶Ⅱ、响应信号转导途径和改变基因表达水平等,并着重总结了其在酿酒酵母环境胁迫响应机理中的研究进展。深入研究INO80染色质重塑复合物的功能,可为理解真核生物精细代谢调控的机制,并进一步开发基于染色质重塑等表观调控水平的微生物代谢工程和合成生物学改造策略,提高菌株的环境胁迫耐受性和发酵性能提供基础。     

TSA促进转基因猪体细胞核移植胚胎发育和外源基因表达

不完全的表观遗传重编程是造成转基因克隆动物效率低下的主要原因,组蛋白修饰作为表观遗传修饰的一个重要部分,可以直接影响克隆胚胎的发育和外源基因的表达情况。TSA(Trichostatin A)作为一种组蛋白去乙酰化抑制剂,可以改变组蛋白的乙酰化水平,促进表观遗传重编程,提高克隆动物的效率。同时TSA能改变染色质结构,使转录因子易于与DNA序列结合,促进外源基因的表达。文章确定了TSA处理转基因猪成纤维细胞和核移植胚胎的最佳条件,分别为250 nmol/L、24 h和40 nmol/L、24 h,通过进一步正交实验发现,TSA同时处理供体细胞和克隆胚胎可以显著的促进核移植胚胎的体外发育。此外,无论TSA处理转基因猪成纤维细胞或核移植胚胎,都可以提高外源基因的表达水平。     

多组学大数据整合分析揭示早期胚胎发育过程中基因表达调控信息的变化规律

摘要 目的：探究哺乳动物早期胚胎发育过程中基因表达调控信息的变化规律。方法：收集小鼠早期胚胎发育各时期的RNA-seq,ATAC-seq,MethylC-Seq和H3K4me3 ChIP-seq数据进行整合分析,观察小鼠早期胚胎发育各时期转录因子表达量的变化,计算各时期基因表达量与转录因子结合位点数量及染色质可及性的相关性,筛选各时期表达量前10%的基因,统计其表达量和转录因子占比,并进行启动子可及性分析。根据前期报道的转录因子三节点调控网络,对早期胚胎各时期转录因子调控网络的富集模式进行分析。根据多组学数据分析结果,推测早期胚胎发育调控过程中转录因子和表观遗传修饰信息的共调控模型。结果：转录因子数量和调控关系变化以及染色质可及性、DNA甲基化修饰、组蛋白修饰等表观遗传修饰共同调控早期胚胎发育各时期的基因表达,这些因素在不同时期发挥不同程度的调控作用。结论：转录因子和表观遗传修饰在早期胚胎发育过程中动态调控基因表达。     

植物表观遗传修饰与病原菌胁迫应答研究进展

真核生物基因表达受到染色质结构的调控,组蛋白与DNA的共价修饰构成表观遗传标签,并在植物胁迫应答如防御病原菌侵染过程中起重要作用.病原菌侵染可引起基因组整体DNA甲基化模式变化及胁迫应答基因的位点特异性去甲基化,导致植物抗性基因表达上调或下调,并进一步调控植物对病原菌的胁迫应答;组蛋白去乙酰化酶HDAC通过茉莉酸途径增强植物对病原菌的胁迫应答;此外,染色质重塑复合物Swr1复合体通过识别DNA基元和组蛋白乙酰化修饰状态靶向基因启动子,负调控SA敏感基因.该文从DNA甲基化、组蛋白乙酰化、甲基化修饰,染色质重塑等方面着重阐述植物与病原菌互作过程中发生的主要事件的分子基础及其研究进展.     

DNA甲基化与基因表达调控研究进展

表观遗传修饰是指不改变DNA序列的、可遗传的对碱基和组蛋白的化学修饰,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑以及非编码RNA等.表观遗传修饰是更高层次的基因表达调控手段.DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,参与基因表达调控、基因印记、转座子沉默、X染色体失活以及癌症发生等重要生物学过程.近年来随着研究方法和技术的进步,全基因组DNA甲基化的研究广泛兴起,多个物种全基因组甲基化图谱被破译,全局水平对DNA甲基化的研究不仅利于在宏观层面上了解DNA甲基化的特性与规律,同时也为深入分析DNA甲基化的生物学功能与调控奠定了基础.结合最新研究进展综述DNA甲基化在基因组中的分布模式、规律以及和基因转录的关系等.     

组蛋白甲基化修饰与早期胚胎发育及相关疾病的研究进展

早期胚胎发育受到表观遗传的多重级联调控.组蛋白修饰是表观遗传调控的重要组成部分,组蛋白翻译后修饰通过影响组蛋白与DNA结合的紧密程度,调控染色质状态与基因表达,参与了胚胎发育及相关疾病发生的过程.在早期胚胎发育过程中,组蛋白甲基化修饰H3K4me3, H3K27me3与H3K9me3通过协调染色质的开放与关闭参与调控发育相关基因的表达,沉默逆转录转座子以及参与经典与非经典的印记调控.早期胚胎阶段作为表观遗传重编程的关键时间窗口,在此阶段组蛋白修饰酶的表达与组蛋白修饰容易受到不良环境的影响,导致胚胎期及子代多种疾病的发生.本文详细地对组蛋白H3K4me3, H3K27me3, H3K9me3修饰在早期胚胎发育与疾病发生中的作用与功能进行了综述,为今后表观遗传学在早期胚胎发育相关疾病的干预治疗提供理论基础.     

2011年第7期《遗传》封面说明

不完全的表观遗传重编程是造成转基因克隆动物效率低下的主要原因,组蛋白修饰作为表观遗传修饰的一个重要部分,可以直接影响克隆胚胎的发育和外源基因的表达情况。TSA(Trichostatin A)作为一种组蛋白去乙酰化抑制剂,可以改变组蛋白的乙酰化水平,促进表观遗传重编程,提高克隆动物的效率。同时TSA     

DNA甲基化对子宫内膜异位症(EMs)的作用及其调控机制

表观遗传通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、以及microRNA等调控方式来实现对基因表达、DNA复制和基因组稳定性的控制。DNA甲基化是目前研究的最为广泛的表观遗传修饰方式之一,可调控真核生物的基因表达。DNA甲基化在哺乳动物发育、肿瘤发生发展及人类其他疾病中均发挥着至关重要的作用。DNA甲基化状态的改变已被视为人类肿瘤细胞的生物标志之一。EMs虽是一种良性妇科疾病,但伴有细胞增殖、侵袭性及远处种植转移等肿瘤的特点。最新研究发现,DNA甲基化可能与子宫内膜异位症(EMs)的发生存在密切的关系并认为EMs从根本上是一种表观遗传学疾病。由于表观遗传修饰都是可逆的过程,这就为EMs的治疗提供了一种新的途径。本文就DNA甲基化在EMs中的发生发展中的作用及其调控的分子机制,以及在诊断治疗中作用的最新研究进展做一综述。     

DNA甲基化对子宫内膜异位症（EMs）的作用及其调控机制

表观遗传通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、以及microRNA等调控方式来实现对基因表达、DNA复制和基因组稳定性的控制。DNA甲基化是目前研究的最为广泛的表观遗传修饰方式之一,可调控真核生物的基因表达。DNA甲基化在哺乳动物发育、肿瘤发生发展及人类其他疾病中均发挥着至关重要的作用。DNA甲基化状态的改变已被视为人类肿瘤细胞的生物标志之一。EMs虽是一种良性妇科疾病,但伴有细胞增殖、侵袭性及远处种植转移等肿瘤的特点。最新研究发现,DNA甲基化可能与子宫内膜异位症（EMs）的发生存在密切的关系并认为EMs从根本上是一种表观遗传学疾病。由于表观遗传修饰都是可逆的过程,这就为EMs的治疗提供了一种新的途径。本文就DNA甲基化在EMs中的发生发展中的作用及其调控的分子机制,以及在诊断治疗中作用的最新研究进展做一综述。     

表观遗传调控植物响应非生物胁迫的研究进展

植物的生长发育容易受到外界环境变化的影响。非生物胁迫发生时, 表观遗传机制对胁迫应答基因的表达调控发挥了十分重要的作用。近年来, 调控植物非生物胁迫应答的表观遗传机制研究取得了一系列重要进展, 为进一步深入解析植物响应非生物胁迫的分子机制奠定了基础。该文对DNA甲基化修饰、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA等主要表观遗传调控方式在植物响应非生物胁迫中的作用进行了简要综述。     

细胞衰老过程中三维转录调控机制研究

精确的基因表达调控是细胞分化、发育和维持个体正常生命活动的必要前提.研究表明,基因转录的激活或者抑制不仅受到组蛋白修饰、DNA甲基化等表观遗传修饰的影响;在很大程度上染色质三维空间构象也发挥着重要作用.此外在细胞衰老过程中,长链非编码RNA(lncRNA)在基因表达调控方面的功能也引起了人们的广泛关注.本文就细胞衰老过程中的lncRNA及其参与介导染色质三维构象的形成从而调控基因表达的相关机制和研究方法进行简要综述.     

表观遗传学与组织工程

表观遗传学是环境和遗传相互作用的一门学科,其调控方式包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA调控等。这些调控方式的协调作用决定了细胞的发育、功能、状态和命运,因此表观遗传调控机制已经成为外界环境影响因素和基因转录调控之间的重要联系。组织工程的目标是研究和开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物,该领域的主要挑战之一在于寻找最佳的能够控制细胞命运和促进细胞成熟的微环境。该文综述了表观遗传的调控方式及相应研究方法、表观遗传对细胞分化和功能的影响、生物材料对表观遗传的调控,以期为组织工程研究及转化提供参考。     

CHD7对发育和疾病的表观遗传调控研究进展

染色质重塑是指染色质通过其结构的动态变化影响基因组DNA的可接近性,进而影响DNA复制、转录、修复和重组的过程,属于表观遗传调控。染色质域解旋酶DNA结合蛋白7(CHD7)是一种ATP依赖的染色质重塑酶,能够调控发育过程中多种重要转录因子,广泛参与众多生理过程。本文对CHD7在发育和疾病当中的表观遗传调控作用进行简要概述。     

长链非编码RNA与表观遗传调控

近年来,表观遗传学(epigenetics)备受关注.表观遗传调控的方式主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等.ENCODE计划及随后的研究发现,人类基因组中仅有很小一部分DNA序列负责编码蛋白质,而其余大部分被转录为非编码RNA(non-codingRNA,ncRNA).其中长链非编码RNA(long non-codingRNA,lncRNA)是一类长度大于200nt并且缺乏蛋白质编码能力的RNA分子.越来越多的研究表明,lncRNAs能够通过表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多个层面调节基因的表达,从而参与细胞增殖、分化和凋亡等多种生物学过程.本文将着重综述lncRNAs在表观遗传调控中的作用及其最新的研究进展.     

植物叶片衰老的表观遗传调控

叶片是植物重要的光合器官, 它的衰老由外界环境刺激和内源发育信号所启动, 复杂的基因调控网络参与衰老过程的精确调控。最新研究表明, 植物通过对基因表达的重编程, 在表观遗传水平上调节着叶片衰老过程。该文简要介绍了表观遗传的分子机制, 在此基础上重点综述了组蛋白修饰、染色质重塑、DNA甲基化及小RNAs途径对叶片衰老调控的最新研究进展, 同时讨论了该领域存在的问题和未来研究方向。     

孕期营养不良影响子代生长发育的表观遗传机制

表观遗传学是一门研究核酸序列不变,基因的可遗传变化的表达和调控的遗传学分支学科,主要包括DNA甲基化、组蛋白共价修饰、染色质重塑、基因沉默和RNA调控等机制。近年来,表观遗传修饰的检测方法也逐渐完善。营养物质不仅构成生命体的物质基础,还可以通过表观遗传调控机制对生命体的代谢活动进行一定的调节。由于早期胚胎和哺乳期幼仔产后早期所需营养物质全部和部分来源于母体孕期营养,因此本文综述了母体孕期营养水平对后代生长发育的表观遗传调节机制——DNA甲基化和组蛋白修饰。     

表观遗传调节在神经发育中的生理及病理学意义初探

表观遗传学(epigenetics)研究的是调控遗传物质表达而不改变遗传基因DNA序列所引起的表型变化的过程及其机制。这种变化在细胞生命周期中始终存在,并在数代繁衍过程中保持不变。表观遗传调控过程十分复杂,主要包括DNA甲基化(methylation)、组蛋白修饰(histone modifica-tion)、染色质重塑(chromatin remodeling)、基因印迹(gene imprinting)等,其中DNA甲基化是最为经典的表观遗传调控方式之一,对其了解也最多。本文着重探讨表观遗传调节在神经发育过程中的生理、病理学意义及其分子机制。     

编者按: 表观遗传与基因组，且行且相随

表观遗传学是遗传学的伴生学科,发源于对多个不能被传统遗传学理论解释的意外现象的探究．早在1930年,诺贝尔生理学或医学奖得主Hermann Muller就观察到了第一个经典的表观遗传学现象,位置效应花斑现象(position effect variegation)．随后果蝇中的多梳基因沉默(polycomb silencing)、哺乳动物中的X染色体失活(X chromosome inactivation)和基因组印迹(genomic imprinting)、植物中的副突变(paramutation)等经典表观遗传现象先后被发现．对这些现象的机制研究逐渐使科学家理解到这些现象的本质是染色质对基因表达的调控．染色质的组成、结构、修饰、重塑等等都承载着表观遗传信息,它们既响应基因的转录状态,也调节基因的转录． 表观遗传体系具有基因组所不具备的可塑性,从而将一个基因组以几百个表观基因组和几百个转录组的形式呈现,使得多细胞生物能够有效地实现细胞形态与功能的分化;同时表观遗传体系具有一定的可继承性,使得每一个表观基因组能够相对稳定地存在,保证了每种细胞形态与功能的相对稳定,也使得同类细胞的增殖成为可能．总之,表观遗传伴生于基因组,帮助生命体利用同一套基因组实现多种细胞形态的分化与稳定． 表观遗传调控的分子机制、生理意义和新型研究手段始终是表观遗传研究的中心．作为《生物化学与生物物理进展》的客座编辑,此次很荣幸邀请到了国内多位表观遗传领域的精英,为杂志撰写了本期表观遗传学综述专刊．在本期专刊中,作者们基于围绕表观遗传调控的分子机制,对组蛋白去乙酰化酶的结构及应用、染色质重塑、组蛋白变体的染色质装配、30 nm染色质高级结构、非组蛋白修饰和DNA甲基化修饰展开讨论;同时对这些表观遗传机制在微生物、植物、动物中的作用,从细胞水平、发育水平到重编程事件进行论述;此外,专刊还涉及新兴的研究手段冷冻电镜技术在表观遗传研究中的应用． 通过这一专刊,我们希望向读者介绍表观遗传领域的新进展、新动向,也希望能向读者展示国内科学家在表观遗传学领域研究中亮丽的冰山一角．