表观遗传信息在动物中的跨代遗传和重编程

在动物早期发育过程中,无论是生物个体的形态还是基因的表达都发生了巨大的变化,而表观遗传信息在此过程中起着重要的作用.近年来,随着基因组等技术的发展,人们对不同表观遗传信息在配子形成、跨代遗传和早期发育过程中的认识越来越丰富,发现在这些过程中往往会出现全基因组层次的重编程.本文主要介绍了DNA甲基化、染色质开放性、组蛋白...     

动物早期胚胎发育中染色质结构的继承和重编程

染色质开放性和染色质三维高级结构在基因表达和调控中发挥着非常重要的作用,广泛参与分化、发育、肿瘤发生等细胞生理过程,是表观遗传研究的热点领域之一。动物胚胎发育起始于终端分化的卵子受精形成全能性的受精卵。在精卵结合的过程中,染色质开放性和染色质三维高级结构发生了剧烈的变化,经历继承、重编程、重新建立的过程,并指导调控受精卵分化发育最终成为多细胞、多器官组织的新生命个体。本文介绍了近年来研究染色质开放性和染色质三维高级结构的实验分析技术手段,染色质结构在动物早期胚胎发育过程中的变化规律及其在早期胚胎发育中的作用,染色质结构与其他表观遗传信息(甲基化、组蛋白修饰等)关系方面的重要研究进展和存在的科学问题,以期为表观遗传调控早期胚胎发育的研究提供参考。     

配子介导的哺乳动物获得性性状的跨代遗传

越来越多的证据表明,某些亲代的环境暴露,如化学物质接触、饮食习惯改变、精神刺激等均可以通过DNA序列之外的表观遗传途径"记忆"在配子中,并将亲代获得性性状传递给后代。近年来,有关配子介导的获得性性状跨代遗传的研究正在逐渐升温,使得过去曾被视为异端的"拉马克遗传"学说重新走上了科学舞台,并被认为是今后表观遗传学领域最具挑战、最有意义的研究方向之一。配子中的DNA甲基化、染色质改型及组蛋白修饰,以及非编码RNA均是潜在的表观遗传信息的携带者,深入研究这些表观遗传信息携带与传递规律,将为阐明配子介导的跨代遗传分子机制提供重要的理论依据。     

综述: DNA甲基化在动物胚胎和生殖细胞发育过程中的重编程

表观遗传信息DNA甲基化在动物的发育、细胞分化和器官形成过程中,起着至关重要的作用．近期,关于DNA甲基化在脊椎动物胚胎发育和生殖细胞发育过程重编程的研究取得了重要的进展．发现斑马鱼的早期胚胎完整地继承了精子的DNA甲基化图谱,而哺乳动物的早期胚胎和原始生殖细胞发育过程则经历了整体去甲基化并重新建立甲基化图谱的过程,但胚胎发育过程中基因的印迹区未发生DNA去甲基化,而生殖细胞发育过程中印迹区的甲基化修饰被消除．     

DNA甲基化在动物胚胎和生殖细胞发育过程中的重编程

表观遗传信息DNA甲基化在动物的发育、细胞分化和器官形成过程中,起着至关重要的作用.近期,关于DNA甲基化在脊椎动物胚胎发育和生殖细胞发育过程重编程的研究取得了重要的进展.发现斑马鱼的早期胚胎完整地继承了精子的DNA甲基化图谱,而哺乳动物的早期胚胎和原始生殖细胞发育过程则经历了整体去甲基化并重新建立甲基化图谱的过程,但胚胎发育过程中基因的印迹区未发生DNA去甲基化,而生殖细胞发育过程中印迹区的甲基化修饰被消除.     

PNAS:父亲精子microRNA可能影响孩子脑发育

正越来越多证据表明DNA并不是亲代将遗传信息传递到子代的唯一方式。亲代在一生当中经历的许多事件都会对遗传信息的传递产生影响。最近,来自宾夕法尼亚大学的研究人员在国际学术期刊PNAS上发表了一项最新研究进展,他们在分子水平上发现了应激如何改变雄性小鼠的精子,并通过这种方式影响其后代对应激的应答情况。他们还发现这种变化是通过表观遗传学的方式或microRNA进行传递的,并非通过改     

表观遗传信息在动物胚胎发育过程中的重编程

表观遗传修饰调控基因的表达对胚胎发育至关重要。近期,对表观遗传修饰在跨代遗传及早期胚胎发育重编程方面的认识获得了突破性进展。在此,着重阐述DNA甲基化修饰和染色体3D结构在跨代遗传和胚胎发育过程的重编程。在斑马鱼中,子代胚胎抛弃卵子的甲基化图谱,而完全继承精子的DNA甲基化图谱;哺乳动物早期胚胎发育过程出现了全基因组去甲基化的过程,父源和母源基因组都存在主动和被动的去甲基化过程。染色体3D结构在动物受精后,TAD(topologically associated domain)结构消失,并逐渐重新建立。这些重编程对胚胎的发育过程的基因调控起着重要的作用。     

环境因素对DNA甲基化的影响

在哺乳动物中, DNA甲基化是指在DNA 甲基转移酶(DNA-methyl transferase, DNMT)的作用下, 以S-腺苷甲硫氨酸提供甲基供体, 将其甲基转移到脱氧胞嘧啶环第5位碳原子形成甲基化脱氧胞嘧啶的共价修饰。DNA甲基化改变组蛋白和DNA之间的相互作用, 使染色质构象发生改变从而影响基因的表达, 总体来说DNA甲基化水平与基因的表达呈负相关。越来越多的报道证实, 环境因素可以影响表观遗传修饰, 其并没有涉及遗传信息的改变, 所以在一定范围内可以解释表型变化。文章围绕环境因素(温度、营养供给、异常化学因子、早期环境刺激和辐射等)对DNA甲基化产生的影响进行综述, 这些影响包括亲代和子代DNA甲基化的改变及子代行为和表型变化等方面, 以期进一步阐释环境因素与基因互作的关系。     

组蛋白修饰在染色质复制过程中的作用

真核生物中的DNA复制,不但要保证DNA编码的基因组信息高保真复制,也要保证染色质结构所蕴含的表观遗传组稳定传递,这个过程对于维持基因组的完整性和稳定性至关重要。时至今日,人们对DNA复制的机制已经有了深入的认识,但是对染色质复制以及表观遗传信息传递的了解才刚刚开始。组蛋白是染色质结构中最主要的蛋白组成部分,其上面丰富的转录后修饰是表观遗传调控的核心方式之一。从最近几年组蛋白的修饰研究进展入手,主要综述在DNA复制过程中组蛋白修饰如何参与染色质复制的调控。     

母源物质对重编程作用研究进展

卵母细胞发生过程中会积累大量的物质,即所谓的母源物质(maternal materials),自然状态下,这些母源物质对受精以及之后的发育具有重要的生物学功能。雌雄配子融合后,精子核与卵母细胞中单倍体染色体组均会发生剧烈的表观遗传修饰变化,这个过程也同样发生在体细胞核移植到卵母细胞质之后,这种变化被称之为重编程。重编程奠定了新个体发生发育全部程序的基础,因此是一个备受重视的生物学过程。重编程包括DNA去甲基化、染色质重塑和组蛋白修饰等。受精后,卵母细胞与精子的基因组均会在一定时间和空间范围内经历相应的重编程过程,清除各自基因组在配子形成中保留的表观遗传学修饰,调控基因表达并形成正常发育的全能性胚胎。受精后,卵母细胞成熟中积累的多种母源物质聚集在雄原核周围,调控其基因组的重编程。体细胞核移植胚胎中供体细胞核注到去核卵母细胞后也将在卵母细胞中蛋白质、mRNA、酶类等母源物质的作用下进行重编程。现总结了母源物质对雄原核及供体细胞核重编程作用的研究进展,并探讨了母源物质作用的可能机制。     

表观遗传跨代继承表型研究进展

表观基因组在配子发生和早期胚胎发育中经历一个重编程过程。因此, 人们认为表观遗传信息不可能代间传递。表观遗传跨代继承表型的出现, 说明某些表观遗传标志可能逃脱了重编程。尽管该观点尚存争议, 但日益增多的实验证据表明表观遗传记忆确实存在于哺乳动物中。由于表观遗传修饰具有可逆性, 表观基因组易受各种环境因子(如化学物质、营养和行为等)的影响而改变。因此, 表观基因组提供了跨代传递环境影响的可能机制。文章介绍了表观遗传跨代继承表型的概念, 论述了表观遗传重编程和表观遗传信息跨代传递的分子机制, 列举了一些环境因子与表观遗传跨代继承性疾病。     

DNA复制的忠实性

染色体DNA携带着生物的遗传信息,生物依赖传递核酸以繁殖后代.产生与亲代等同的子代细胞需要在DNA复制时,子代DNA的碱基序列忠实于亲代DNA的碱基序列. DNA复制主要由DNA聚合酶催化.聚     

细胞核重编程对克隆的影响

细胞核重编程是哺乳动物正常受精胚胎和克隆胚胎发育过程中的一个重要特性,主要是对表观遗传学特征进行重新编写,包括染色质重塑、组蛋白修饰、DNA甲基化、印记基因表达、X染色体失活等表观遗传修饰的改变。通过细胞核重编程,首先,受精卵和克隆胚胎的供体核停止其特有的基因表达程序,恢复为全能状态的基因表达程序;然后,受精胚胎和克隆胚胎的细胞再从全能状态重新进入分化状态,最终形成各种组织和器官。近年来,不少研究表明,克隆胚胎的细胞核重编程存在不同程度的表观遗传修饰异常,可能对克隆及其农业和医学应用有着重要影响。本文就正常和克隆胚胎细胞核重编程的研究进展以及克隆胚胎的细胞核重编程异常对克隆的影响作一综述,并对目前有关治疗性克隆前景的不同看法进行了讨论。     

癌变重编程的表观遗传调控机制研究进展

肿瘤发生和恶化转化过程中导致细胞的异常编程,并由此产生了肿瘤干细胞。肿瘤干细胞具有自我更新和可塑性潜能,是肿瘤起始、转移、耐药和复发的根源。因此,对肿瘤重编程和肿瘤干细胞的研究具有重大科学价值和临床意义。表观遗传调控在肿瘤重编程中发挥重要作用。染色质重塑复合物、组蛋白修饰和非编码RNA等表观遗传机制都参与了癌变重编程。这些表观遗传调控可以调控肿瘤干细胞的自我更新和分化形成新肿瘤的能力。表观遗传调控癌变重编程、肿瘤干细胞自我更新的调控以及针对肿瘤干细胞表观调控机制的靶向治疗等问题,已成为肿瘤生物学研究的重点。现就染色质重塑复合物、组蛋白修饰和非编码RNA对癌变重编程和肿瘤干细胞调控的研究进展进行了综述。     

组蛋白变体的功能与识别机制

组蛋白变体(histone variant)是常规组蛋白的变异体,在染色质的特定位置或特定生物学事件中替换常规组蛋白,调控染色质结构以及相关生物学过程。组蛋白伴侣(histone chaperone)是指可以结合组蛋白,运送组蛋白参与染色质组装和去组装等重要功能的蛋白质。综述了几种主要组蛋白变体在真核生物染色质高级结构的形成及维持、细胞编程与重编程的表观遗传机制等生命进程中发挥的重要作用,以及这些组蛋白变体与其特征伴侣之间特异识别的分子机制。     

精子sncRNAs在环境暴露相关跨代遗传中的作用

哺乳动物胚胎发育受遗传和表观遗传的共同调控.精子作为重要的雄性生殖细胞,通过受精过程,将这些信息传递给卵子,进而影响子代的发育.精子中携带有丰富的表观遗传信息,其中小非编码RNAs(small noncoding RNAs,sncRNAs)在精子发育不同阶段发挥重要的作用,包括调控基因表达、介导蛋白质翻译,以及参与精子...     

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.     

表观遗传药物对体细胞核移植胚胎发育的促进作用

体细胞核移植(somatic cell nuclear transfer,SCNT)是利用卵母细胞胞质中的重编程物质对高度分化体细胞核进行重编程作用使其恢复全能性并发育为新个体的技术。在SCNT过程中,表观遗传修饰参与卵母细胞的重编程,如DNA甲基化修饰和组蛋白的翻译后修饰。这些重编程的异常修饰会对SCNT胚胎的发育产生不良影响。表观遗传药物,如DNA甲基转移酶抑制剂和组蛋白去乙酰基酶抑制剂,可改善表观遗传修饰的异常现象,促进体细胞核移植重构胚的重编程。该文对SCNT胚胎重编程过程中的异常表观遗传修饰以及近年来报道的表观遗传相关药物进行综述,并进一步探讨了这些药物对SCNT胚胎发育的促进作用。     

水稻表观基因组研究进展

水稻是世界上主要的粮食作物之一,也是功能基因组研究的模式植物。近年来水稻表观基因组研究取得了重大进展,表观基因组是指在特定的内在和外界环境条件下,细胞内全基因组染色质的修饰(如DNA甲基化、组蛋白修饰、核小体在基因组DNA上的排列等)状态。表观基因组在调控水稻生长发育、产量、品质、适应性以及抗性等基因表达重编程过程中起重要作用,在水稻生物学和遗传育种学研究中起着重要的作用。现试图描述水稻表观基因组的特征,总结近年来研究所取得的成就,讨论未来的发展方向。     

生殖细胞及早期胚胎基因组印记的表观调控

基因组印记是一种区别父母等位基因的表观遗传过程,可导致父源和母源基因特异性表达。印记是在配子发生过程中全基因组表观重编程时获得的,且在早期胚胎发育过程中得以维持。因此,在全基因组重编程过程中,对印记的识别和维持十分重要。本文概述了原始生殖细胞的印记清除、双亲原始生殖细胞的印记获得以及早期胚胎发育过程中印记维持的相关过程,并对在印记区域内保护印记基因免受全基因组DNA去甲基化的表观遗传因子的相关作用机制进行了讨论。