前列腺癌的DNA甲基化及其临床应用

目前认为恶性肿瘤的形成是遗传和表观遗传机制共同作用的结果。表观遗传机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA。DNA异常甲基化(高甲基化和低甲基化)是前列腺癌最具特征的表观遗传改变, 它能够导致基因组不稳定, 调控基因的异常表达, 在前列腺癌的形成和发展中起到重要作用。同时, DNA甲基化作为前列腺癌表观遗传研究的一个热点, 为临床前列腺癌的早期诊断、预后评估及药物治疗提供新的方法和途径。文章根据前列腺癌的DNA高甲基化和低甲基化的最新研究成果阐述了前列腺癌形成的表观遗传学机制, 并且讨论了它们在前列腺癌临床转化方面的最新研究进展。     

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．     

表观遗传对炎症的调控机制及其在奶牛乳房炎抗病育种中的应用前景

炎症受遗传和非遗传因素(环境或表观遗传)的共同影响, 其中表观遗传(Epigenetic)在炎症的发生发展过程中发挥重要调控作用。表观遗传修饰是指DNA序列没有改变, 而基因表达却发生了可遗传的变化, 主要包括DNA甲基化和组蛋白修饰等。表观遗传为病原微生物与炎症反应间关系的研究架起了重要桥梁。炎症反应中T辅助细胞的分化, 细胞因子、趋化因子等基因的表达都受到表观遗传的调控。文章主要综述了DNA甲基化、组蛋白修饰等对炎症尤其是乳房炎的调控机制, 并就表观遗传调控在奶牛乳房炎治疗及抗病育种中的应用前景进行了展望。     

重性抑郁障碍发病的表观遗传调控假说

表观遗传学是研究主要受控于DNA甲基化、染色质结构变化的可遗传和逆转的基因组功能的调控。近年来, 越来越多的证据表明表观遗传因素在精神分裂症、双相障碍、药物成瘾等重性精神障碍的发病中扮演着重要角色。文章综述了表观遗传现象的分子机制, 介绍了表观遗传修饰与复杂性疾病的关系, 并在此基础上对重性抑郁障碍(Major depressive disorder, MDD)发病的表观遗传调控假说及最新研究进展进行了总结。     

水稻/拟南芥防御病原细菌入侵的表观遗传调控研究进展

表观遗传修饰是指在不改变基因序列的情况下,通过对DNA和组蛋白等一系列可逆的共价修饰调控生物体的基因表达,在应对生物和非生物因素胁迫以及适应环境变化的过程中发挥着非常重要的作用。最近的研究表明,表观遗传修饰参与水稻/拟南芥抵御细菌入侵的免疫反应(包括效应识别、信号转导和快速防御反应等)。对基因组DNA甲基化、组蛋白修饰(甲基化/去甲基化、乙酰化/去乙酰化和泛素化)和小RNA在内的表观遗传修饰在水稻/拟南芥对病原细菌入侵的防御反应中的功能和分子调控机制进行了综述,有助于系统地全面理解表观遗传抗病性,为其抗病育种提供理论支持和基因资源。     

酵母模式生物研究表观遗传调控基因组稳定性的进展

基因组的遗传稳定性是维持正常的细胞复制、增殖和分化的关键。外源因素和内源因素造成的DNA损伤及其修复失败, 是各种遗传疾病发生的根本原因。表观遗传调控(包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA)在DNA损伤修复和细胞周期调控方面发挥着重要的作用, 也是维持基因组稳定性的基础。酵母作为单细胞真核生物, 是最早开展表观遗传学研究的物种之一, 特别是在DNA损伤修复和异染色质形成等方面的研究, 为揭示遗传稳定性的本质提供了理论依据。国际上前期以酵母为模式生物研究表观遗传学的报道主要集中于组蛋白修饰领域; 近期利用裂殖酵母作为模式生物研究RNAi指导的组蛋白修饰也有了一定的进展。文章以酵母作为模式生物, 论述了表观遗传修饰在维持基因组遗传稳定性中的研究进展、作用机制和今后的发展趋势。     

脊椎动物父系基因组主动去甲基化研究进展

基因组表观遗传重组出现在细胞发育潜能发生变化的时期。早期植入前胚胎的表观遗传重新编程对于细胞分化和胚胎的生长发育是至关重要的,这涉及到表观遗传印记(尤其是DNA甲基化)的消除和重建过程。脊椎动物许多物种中,DNA复制起始前父系基因组通常要经历主动去甲基化,而母系基因组则可以保持甲基化的状态不变,直到在随后的卵裂过程中被动去甲基化。综述了脊椎动物父系基因组主动去甲基化的机制,这种去甲基化在脊椎动物各物种间的差异,以及影响这种主动去甲基化机制的因素。另外,研究外源基因表达的表观调控机制(尤其是表观遗传重编程的异常现象)有利于理解转基因克隆水产动物中普遍存在的授精成功率较低,基因整合率较低,以及胚胎发育异常等现象,有利于更好地应用转基因克隆技术。     

长链非编码RNA与表观遗传调控

长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是指转录本长度超过200 nt且缺乏蛋白编码能力的一类RNA。越来越多的研究表明,lncRNA能在表观遗传、转录及转录后水平调节基因的表达,广泛参与机体的生理和病理过程,在各种疾病的发生和发展中起着重要作用。表观遗传学是研究基因发生可遗传变化而核苷酸序列不变的一门学科,表观遗传现象众多,主要有DNA甲基化(DNA methylation)、组蛋白修饰(histone modification)、染色质重塑(chromatin remodeling)等。本综述对lncRNA在表观遗传调控中的作用进行介绍,以期为进一步研究lncRNA的调控性状提供思路。     

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。     

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。     

植物群体表观遗传学研究进展

植物表观遗传多样性是对生物多样性的遗传多样性层面的补充,也是植物表型多样性的重要来源,研究表观遗传多样性的群体表观遗传学应运而生。在植物自然种群的研究中,群体表观遗传学弥补了群体遗传学对不符合孟德尔遗传定律的表型遗传的认识,是对现代综合进化论的重要补充。分子生物学技术的发展,为研究表观遗传变异提供了甲基化敏感的扩增片段长度多样(MS-AFLP)、结合二代测序的亚硫酸氢钠测序法等有力的技术手段。在生态和进化领域,自然种群中表观遗传变异与遗传变异、表型可塑性、生境分化、物种形成的关系成为研究的热点。表观遗传机制在生态系统和生物进化中的作用也逐渐得到揭示,本综述回顾近年来植物群体表观遗传学的实验研究和理论观点,展望了植物群体表观遗传学在研究方法和研究主题上的前景。     

植物化学物与糖尿病的表观遗传调节

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。在细胞分裂时,表观遗传能影响正常基因的遗传表型,从而影响疾病发生。糖尿病是当今严重危害人类健康的疾病之一,许多营养物质与其发生有关系,其中,一些植物化学物能通过表观遗传机制影响糖尿病及其并发症的发生。本文就近年来与糖尿病有关的表观遗传机制的研究及与之有关的植物化学物的研究进展做一综述。     

利用F-MSAP分析菜心表观遗传多样性

菜心杂交除了引起DNA序列变化,还可能引起不依赖于DNA序列的表观遗传变化,为揭示菜心表观遗传多样性形成机理,该文利用F-MSAP检测49份菜心的DNA甲基化水平和模式变化。结果表明：(1)F-MSAP检测效率较高,菜心DNA甲基化多态性较高,杂交可以提高DNA甲基化多态性。(2)菜心表观遗传多样性较低,均质化严重,大部分遗传变异来源于种内,自交增加自交系的表观遗传差异,杂交增加杂种的表观遗传差异。(3)49份菜心的DNA甲基化水平较高,以全甲基化模式为主,自交降低DNA甲基化水平,杂交通过DNA甲基化模式变化增加自交系杂种的DNA甲基化水平。(4)49份菜心分成五类,聚类分析和主成分分析结果基本一致,杂种倾向于按照母本亲缘关系分类。该研究利用F-MSAP检测菜心表观遗传多样性,提高了菜心的鉴定效率和准确性,为进一步开展杂交育种提供了理论基础和技术支持。     

表观遗传学研究进展

表观遗传学是在基因组DNA序列不发生变化的条件下,基因表达发生的改变也是可以遗传的,导致可遗传的表现型变化。表观遗传学主要包括DNA甲基化作用、组蛋白修饰作用、染色质重塑、遗传印记、随机染色体(X)失活及RNA世界等。与表观遗传学相关的疾病主要有肿瘤、心血管病、精神病和自身免疫系统性病等。现就表观遗传学与疾病进行综述。     

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．     

恐惧记忆消退的表观遗传学机制

恐惧是一种特殊的情感,形成恐惧记忆的能力对于动物及人类检测和应对危险至关重要。近几年研究发现,表观遗传学可以在多个层面调控恐惧记忆,如组蛋白乙酰化与DNA甲基化在恐惧记忆消退过程中发挥重要作用。动物模型中的许多研究表明,适度的表观遗传调节对于学习记忆过程是必要的,表观遗传学机制失调将导致行为水平的认知缺陷,并且表观遗传失调已被越来越多地认为是各种精神疾病的重要因素,如创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder,PTSD)。因此,理解记忆形成的机制具有巨大的科学意义以及社会和医疗效益。     

黑色素瘤发生发展中的表观遗传学调控

人恶性黑色素瘤(malignant melanoma)是近年来高发病率和高死亡率的肿瘤之一.目前尚缺乏有效的治疗方法.而表观遗传如DNA甲基化(DNA methylation)、组蛋白修饰(histonemodification)、染色质重塑(chromatin remodeling)及RNA干扰(RNA interference,RNAi)等改变在人黑色素瘤的发生、发展和转移中有重要作用.阐明黑色素瘤发生发展的表观遗传学机制已引起了学者的普遍关注.本文综述了人类黑色素瘤发生发展中所特异的表观遗传改变:CpG岛的异常甲基化修饰、组蛋白甲基化和乙酰化修饰、染色质重塑以及microRNA在黑色素瘤发生和转移中的作用,并对应用表观遗传修饰治疗人类黑色素瘤进行了探讨.     

氧化还原调控的表观遗传修饰在乳腺癌中的作用

乳腺癌是影响女性健康最主要的恶性肿瘤之一．表观遗传修饰及活性氧(ROS)过度积累引起的氧化应激在乳腺癌发生发展中起关键作用,表观遗传修饰与ROS的生成和清除相互影响．本文通过对目前有关表观遗传修饰和ROS参与乳腺癌的发生发展进行综述,为寻求乳腺癌发生发展的生物标志物及精准治疗提供思路．     

辅助生殖技术精子表观遗传质量评价的必要性

辅助生殖技术(assisted reproductive technology,ART)可通过直接操作、优化单个精子,用于男性少精、弱精、精子畸形、无精子和常规体外受精周期失败等,因违背自然受精的生物学法则而具有很大的遗传风险,其中精子质量优化是降低ART遗传与表观遗传风险的重要手段之一。本文对ART精子表观遗传缺陷及其相关疾病进行综述,以进一步认识精子表观遗传缺陷导致后代表观遗传风险增加的分子机理,阐明ART精子有待于通过DNA甲基化、组蛋白乙酰化、组蛋白甲基化等表观遗传因子进行严格质量控制,切实降低ART遗传及表观遗传缺陷风险的必要性。     

生物科技快讯

与老化相关表观变化可用来确定生物年龄英国的科学家发现了一组"老化"基因,这组基因的开关是由表观遗传因素的作用所控制,对机体老化和可能寿命产生影响。研究人员指出,这些发现有助于研究外部因素,如生活方式怎样造成了表观遗传改变,为抗老化治疗开辟了新的途径。