表观调控rDNA转录的研究进展

rDNA是控制细胞核糖体生物合成的串联重复基因,影响着整体蛋白质的翻译水平,与细胞生长代谢息息相关.由于rDNA序列具有多拷贝的重复特征,其转录除了受一般转录机制的调节外,还受多重表观调控机制的调节,精细调控着rDNA的转录状态.一般认为rDNA分为活跃和沉默两种状态,分别与活跃染色质标记和异染色质标记相关.近些年来,发现一种平衡态rDNA的存在,更加丰富了rDNA表观机制的研究.H3.3是一种H3组蛋白变体,是近些年来的研究热点,已有报道H3.3可能在分子伴侣HIRA的介导下整合进入活跃rDNA,然而沉默rDNA的维持是否也与H3.3的作用相关需要更多的探索.CTCF是rDNA重复单元间的绝缘子成分,与H3.3相关但并不清楚是否也调控着rDNA的转录.该综述讨论了几种调控rDNA表观状态的机制,并对可能参与该过程的新机制提出了设想.     

组蛋白乙酰化修饰异常与阿尔兹海默病

阿尔兹海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种以老年斑和神经纤维缠结为病理特征的慢性中枢性神经系统退行性疾病。在DNA编码序列不变的情况下,通过影响基因转录活性(如DNA可接触性、转录因子及调节因子的酶活性等)调控基因表达水平的表观遗传调控在疾病发生中的作用越来越受到重视。研究显示,表观遗传调控在AD病理机制中起重要作用,其中组蛋白乙酰化修饰异常可能与AD发生发展密切相关。现结合组蛋白乙酰化/去乙酰化的发生过程机制,概述组蛋白乙酰化修饰与AD发病机制相关的研究进展。     

表观遗传修饰与肿瘤

肿瘤的形成受遗传学修饰和表观遗传修饰的影响。长期以来人们一直认为基因突变参与肿瘤的形成,近年来越来越多的证据表明,表观遗传修饰在肿瘤进展中同样具有非常重要的作用。表观遗传调控可以影响基因转录活性而不涉及DNA序列的改变。本文介绍了肿瘤发生发展过程中出现的表观遗传修饰异常,以及通过干预表观遗传修饰治疗肿瘤的应用前景。     

肿瘤相关微小RNA基因表达的表观遗传调控机制

表观遗传是指非基因序列改变且可以遗传的基因表达水平变化。微小RNA为长度大约22个核苷酸的、在转录后水平下调基因表达的小分子RNA。最近研究表明,微小RNA与肿瘤发生有关,其表达谱可用于人类肿瘤的分类。尽管有大量事实证明了微小RNA在肿瘤发生中的重要性,但人们对其基因表达调控的机制了解很少。基于对表观遗传、微小RNA和肿瘤三者关系的认识,本文主要从DNA甲基化和组蛋白修饰等方面重点介绍了肿瘤相关微小RNA基因表达的表观遗传调控机制的最新进展。     

DNA甲基化与脂肪组织生长发育

DNA甲基化作为一种重要的表观遗传学修饰方式,在维持正常细胞功能、遗传印记、胚胎发育以及人类肿瘤发生中起着重要作用。DNA甲基化最重要的作用是调控基因表达,它是细胞调控基因表达的重要表观遗传机制之一。近年来的研究发现,DNA甲基化在脂肪组织生长发育以及肥胖症发生过程中发挥着重要作用。DNA甲基化通过调控脂肪细胞分化转录因子、转录辅助因子以及其他脂肪代谢相关基因的表达,从而调控脂肪组织的生长发育。该文综述了脂肪组织生长发育过程中DNA甲基化的最新研究进展,探讨了脂肪组织DNA甲基化的研究趋势和未来发展方向。     

组蛋白甲基转移酶G9a的表观遗传调控在肿瘤发生中的作用

抑癌基因的表达抑制是肿瘤发生发展中的关键步骤,其中表观遗传学调控机制在抑制表达的过程中起重要作用。组蛋白赖氨酸甲基转移酶G9a,含有经典的SET结构域,主要介导染色质中组蛋白H3中第9位赖氨酸的一甲基化和二甲基化(mono-and di-methylation of histone H3 Lys9,H3K9me1/H3K9me2)。G9a在多种肿瘤中的表达上调,并且G9a的表达异常增高与肿瘤预后不良有密切相关性。本文就G9a的结构及其在表观遗传上的功能做综述,重点描述G9a在肿瘤发生上的作用,并分析其作为靶点对肿瘤诊断和治疗的指导性意义。     

转录因子BACH1与人类肿瘤

转录因子BACH1在哺乳动物组织中广泛表达,参与调控血红素稳态和氧化应激等生理过程。BACH1不仅在转录水平调控HMGA2、CXCR4、MMPs、RKIP、HOXB8、HO-1、CXCR3-B和TKT等基因,还通过高甲基化修饰等表观遗传调控机制使特定抑癌基因转录沉默,从而促进肿瘤发生发展。近年研究发现,BACH1参与肿瘤代谢重编程,促进肿瘤血管和淋巴管的新生和重构,从而增强肿瘤细胞的侵袭转移。该文综述了近年BACH1在肿瘤中的研究进展。     

Wnt/β-catenin信号通路对靶基因转录的调控

Wnt/β-catenin信号通路又被称为经典Wnt信号通路,在早期胚胎发育、成体组织稳态维持、干细胞干性调控和肿瘤发生等过程中均发挥重要作用.经典Wnt信号通路的核心信号转导因子β-catenin与核内转录因子TCF/LEF家族成员结合后,通过募集或替换一系列协同作用因子,诱导染色质结构变化,调控Wnt信号靶基因的转录.本文将从Wnt信号靶基因转录调控的基本模式、分子机制、表观遗传学调控和意义等方面,总结近年来有关Wnt信号靶基因转录调控的研究成果,方便读者更好地理解Wnt信号通路靶基因的转录调控.     

组蛋白赖氨酸甲基化:转录调控的重要机制

组蛋白赖氨酸甲基化是表观遗传调控的重要机制之一。组蛋白H3的K4、K9、K27、K36、K79和H4的K20均可被特定的赖氨酸甲基转移酶甲基化。人类、果蝇、酿酒酵母和裂殖酵母中已鉴定出多种赖氨酸甲基转移酶,并作了生化和遗传学研究,以确定其潜在的生物功能。H3K4、H3K36和H3K79甲基化参与基因转录激活,而H3K9、H3K27和H4K20的甲基化则抑制基因转录。此外X染色体失活也与特定赖氨酸的甲基化相关。组蛋白各位点赖氨酸的甲基化参与生长、发育和病变。最后,文章评述了"组蛋白密码"假说,指出了目前的研究方向,并探讨了表观遗传机制与获得性遗传的关系。     

细胞命运转化中的染色质重塑及其表观遗传调控机制

染色质重塑是重要的表观遗传调控机制,参与调控许多重要生物过程,但细胞命运转化中染色质变化模式及其调控机制并不清楚。围绕这一问题,江赐忠和高绍荣实验室研究了小鼠体细胞重编程及人胚胎干细胞(ESC)定向分化成神经外胚层细胞(NEC)中染色质重塑及其作用机制,取得一系列前沿性进展:揭示体细胞重编程中发生精确的核小体重塑,使之获得与ESC没有差别的染色质结构;绘制体细胞重编程中核心全能性转录因子Oct4的动态结合靶点与关键组蛋白修饰变化的分子路线图,及其两者互作对全能性获得与维持的调控机制;发现人ESC向NEC分化中,紧挨转录起始位点上游的核小体缺失区发生核小体丢失,激活NEC相关基因,组蛋白乙酰基转移酶KAT2B增加H3K9ac信号来招募转录因子Sox2结合到NEC特异靶点激活靶点基因,促进NEC分化。这些成果极大提高人们对细胞命运转化中染色质重塑及其表观遗传调控机制的认识。     

CRISPR-dCas9在动物基因转录调控和表观遗传修饰中的研究与应用

全基因组范围内的靶向基因调控是了解基因功能、操纵细胞行为以及开展生物医学研究的关键。与传统调控基因表达的方法相比,成簇的有规则间隔的短回文重复(CRISPR)-dCas9系统高度的灵活性和可编程性以及调控多个内源性基因的能力,为调控动物基因组提供了强有力和精确的靶向方法。具有DNA结合活性的核酸酶缺陷型dCas9蛋白与具有不同调控功能的效应域融合,使CRISPR-dCas9系统成为多种RNA引导的DNA靶向平台,例如转录调控和表观遗传修饰与基因组成像等。伴随着一系列高精度与高效率的靶向调控表观基因组技术的不断开发,CRISPR-dCas9已被广泛应用于阐释基因功能及基因间相互作用、揭示表观遗传机制等方面的研究,并在全基因组筛选、细胞重编程和靶向基因治疗等方面显示出广泛的应用前景。本文综述了近年来CRISPR-dCas9系统的作用机制、dCas9介导的转录调控和表观遗传修饰的研究进展,并对已有的各种dCas9方法进行归纳总结,依次介绍有关转录激活和转录抑制及其表观遗传修饰的方法和原理,比较各方法之间的差异。在此基础上,进一步介绍了dCas9介导的转录调控和表观遗传修饰在动物细胞研究上的应用现状,以期为CRISPR-dCas9系统靶向调控表观基因组的研究与应用提供参考。     

基因组印记中的长非编码RNA

长非编码RNA(lnc RNA)是长度大于200 bp的一类非编码蛋白的RNA,因其在基因组中含量巨大以及重要的生物学功能引起了学术界的广泛关注.基因组印记是一种表观遗传现象,lnc RNAs通过建立靶基因的印记而发挥重要的生物功能.基因组印记可以用来研究lnc RNAs在转录和转录后水平调控基因表达的分子机制.本文选取6个印记机制研究比较透彻的印记区域,包括Kcnq1/Cdkn1c、Igf2r/Airn、Prader-Willi(PWS)/Angelman(AS)、Snurf/Snrpn、Dlk1-Dio3和H19/Igf2.通过介绍包括基因间lnc RNAs(H19、Ipw和Meg3)、反义lnc RNAs(Kcnq1ot1、Airn、Ube3a-ATS)和增强子lnc RNAs(IG-DMR e RNAs)在内的3种类型lnc RNAs在印记调控中的作用,从而了解lnc RNAs通过顺式或(/和)反式作用多种机制调控亲本特异性靶基因的表达.了解印记基因簇中lnc RNAs的作用方式将有助于我们揭示lnc RNAs在整个基因组中的作用机制.     

精子发生转录调控机制的研究进展

精子发生过程中的转录调控是由一系列基因表达和调控事件组成的复杂过程,影响精子的形成、质量和功能。转录调控过程介导与精子形成密切相关的基因,包括精子特异性基因、组蛋白基因和其他转录因子的基因表达。这些基因的表达和沉默受到转录因子、表观遗传修饰和非编码RNA等多种机制的调控。此外,转录调控在精子发生的不同阶段起着不同的作用,包括精原干细胞的自我更新和分化、精母细胞的减数分裂和精子细胞的变形成熟。深入理解精子发生中的转录调控机制对于研究精子形成的生物学过程、解析生育障碍的病理机制以及开发生育问题相关的治疗方法具有重要的意义。     

种子萌发的抑制调控机制

种子萌发是植物生命周期中一个重要的生理过程,激素作用、miRNA抑制、mRNA区域化、表观遗传调控等多个层次的分子抑制参与该过程的调控。赤霉素（解除抑制的激素）合成和失活的调控主要发生在转录水平,而脱落酸（引起抑制的激素）信号转导途径的调控则通过蛋白质抑制物的降解来实现。miRNA在转录后水平使其靶基因的mRNA降解,抑制种子的萌发;通过mRNA的区域化抑制与萌发相关基因的翻译属于另一层次的转录后抑制;小RNA介导的表观遗传机制也可能在种子萌发过程基因表达的协同调控中发挥重要作用。与分子水平的抑制类似,胚乳和种皮产生的机械抑制也很重要。     

编者按

<正>过去的半个世纪,生命科学迅猛发展,人们对生命奥术的探索取得了前所未有的进步。基因转录及表观遗传调控的研究为细胞命运决定、个体发育,乃至人类疾病的发生发展提供了大量新的见解。本专栏的前两篇文章聚焦基因转录过程中和"转录后"的表观遗传调控,分别介绍转录中介体复合物和RNA m~6A甲基化修饰的最新研究进展,第三和第四篇文章则聚焦于体细胞重编程中表观遗传调控的机理研究。最后一篇阐述了单细胞转录组测序技术发展及应用。这些综述展示了基因表达及表观遗传学领域的重要代表性成果。     

组蛋白去甲基化酶KDM7家族在脑疾病中研究进展

组蛋白去甲基化酶KDM7家族包括KDM7A、KDM7B、KDM7C三种蛋白,主要通过去除与转录沉默相关的特定组蛋白赖氨酸甲基化修饰,进而对基因转录发挥调控作用。目前,对KDM7家族的研究主要集中于其在神经分化、肿瘤发生发展等过程中的作用,而对其在脑神经疾病中的作用却知之甚少。本文从该蛋白家族表观遗传调控机制、结构生物学及其在脑神经疾病中的作用等方面进行了综述,以期为研究其在脑神经疾病中的功能机制提供参考,为理解脑神经疾病分子病理机制以及探索基于该机制的有效治疗靶点带来新的启示。     

基于原位Hi-C技术对人肝细胞癌细胞系PLC/PRF/5和正常人肝细胞系L02的三维基因组对比测序分析

肝细胞癌(Hepatocellularcarcinoma,HCC)的肿瘤发生是基因组突变和表观遗传修饰变化积累的结果,但是HCC发生过程中的三维基因组构造变化仍然缺乏研究.基于此,在人源HCC细胞系PLC/PRF/5和人源正常肝细胞系L02中进行了原位Hi-C分析,并辅以转录组测序以及SMC3/CTCF/H3K27ac...     

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。