综述与专论：表观遗传修饰调控阿尔茨海默病的研究进展

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）是一种临床上常见的以进行性认知功能障碍和记忆减退为主要特征的神经退行性疾病。近些年研究发现，表观遗传修饰如DNA修饰、组蛋白修饰、RNA修饰及非编码RNA在Aβ沉积、Tau蛋白过度磷酸化、神经再生、突触可塑性和认知功能中发挥不同程度的调控作用，进而改善或加剧AD病理进程。临床数据表明表观遗传修饰的改变与AD风险呈显著相关性，运用药物、物理刺激、si RNA等干预手段在AD动物模型中改变表观遗传修饰水平可改善AD病理和认知能力。本文综述了不同的表观遗传修饰在AD中的调控作用，为进一步理解AD的表观遗传学机制及通过干预表观遗传修饰改善或治疗AD的可行性提供理论依据。     

突触可塑性调节过程中蛋白质磷酸化修饰的研究进展

突触可塑性可以导致神经元传递效率的改变,是神经系统发育、学习记忆等脑的高级功能活动中细胞功能的重要基础.蛋白质磷酸化修饰通过蛋白激酶和蛋白磷酸酶之间的动态平衡对突触可塑性和突触传递的长期调节,参与各种脑疾病(包括精神疾病和神经退行性疾病)的发生发展.本文综述了磷酸化修饰和突触可塑性的关系,重点介绍了长时程增强和长时程抑...     

组蛋白去乙酰化酶在突触可塑性及神经退行性疾病中的作用

突触可塑性是学习与记忆的分子机制之一。表观遗传调控在突触可塑性过程中起着重要作用。通过组蛋白去乙酰化酶和组蛋白乙酰化酶对组蛋白进行修饰是其中一种主要方式。组蛋白乙酰化修饰可以激活转录、活化相应位点和信号分子,影响突触可塑性。组蛋白去乙酰化酶抑制剂在治疗神经退行性疾病的过程中,发现可以增强突触可塑性,改善记忆损伤。因此,现就组蛋白去乙酰化酶在突触可塑性中的作用机制及其与相关神经退行性疾病发生发展的联系进行综述。     

表观遗传修饰介导的植物胁迫记忆

植物因其固着生长的方式, 已经进化出各类特殊的机制来适应多变的外界环境。为提高自身的存活率, 植物进化出一类胁迫记忆机制, 以适应环境和保护自己。表观遗传修饰不仅能调控植物的正常生长发育, 而且参与植物对各种非生物或生物胁迫的响应。近年的研究表明, 表观遗传修饰在植物胁迫记忆调控中也发挥重要作用。例如, DNA甲基化、组蛋白甲基化及乙酰化等表观遗传修饰参与并维持特定的胁迫记忆。该文主要对表观遗传修饰介导的植物胁迫记忆最新进展进行综述, 并展望未来的重点和热点研究方向。     

表观遗传修饰介导的植物胁迫记忆

植物因其固着生长的方式, 已经进化出各类特殊的机制来适应多变的外界环境。为提高自身的存活率, 植物进化出一类胁迫记忆机制, 以适应环境和保护自己。表观遗传修饰不仅能调控植物的正常生长发育, 而且参与植物对各种非生物或生物胁迫的响应。近年的研究表明, 表观遗传修饰在植物胁迫记忆调控中也发挥重要作用。例如, DNA甲基化、组蛋白甲基化及乙酰化等表观遗传修饰参与并维持特定的胁迫记忆。该文主要对表观遗传修饰介导的植物胁迫记忆最新进展进行综述, 并展望未来的重点和热点研究方向。     

表观遗传修饰在学习和记忆中的调节作用

学习和记忆行为是大脑的基本功能,它使得生物个体能够更好地适应环境的变化。揭示学习和记忆的分子生物学机制是现代神经生物学发展的目标之一。经过近40年的研究现已初步证实了突触可塑性在学习和记忆中所起的关键作用。而近年来的研究发现,表观遗传修饰对学习和记忆过程具有重要的调控作用。这一发现将有利于进一步揭示学习和记忆的复杂机制,并将为某些认知障碍性疾病的治疗提供新的思路。     

信号转导通路与表观遗传模式在学习和记忆中的作用

海马区神经突触长时程增强(LTP)是应用最广的神经突触可塑性研究模型,为学习和记忆脑功能的基础.cAMP反应元件结合蛋白(cAMP-CREB)、Ras/细胞外信号调节激酶(Ras /ERK)等信号通路参与了学习和记忆的过程.通过组蛋白乙酰化和DNA甲基化对染色质结构进行调节,可以介导长时间、持续性的学习和记忆行为变化,其中,丝裂素活化蛋白激酶(MAPK)级联通路起到了关键作用.本文就学习和记忆形成中的信号转导、表观遗传模式及两者在学习和记忆中的作用进行综述.     

染色质修饰酶在记忆中的作用

学习记忆的形成依赖于转录机制.近年研究发现,染色质修饰在基因表达调节中起重要作用.组蛋白乙酰化和去乙酰化是染色质修饰中最为常见调节方式,参与基因的转录调控.乙酰化可以激活转录,促进记忆的形成.组蛋白去乙酰化酶抑制剂可以增强突触可塑性,改善记忆损伤.因此,对于染色质修饰的深入研究,不仅有助于阐明记忆形成的分子机制,而且对记忆相关疾病的治疗以及新药物研发也具有重要指导意义.本文主要就组蛋白乙酰转移酶调节基因转录以及组蛋白去乙酰化酶抑制剂促进记忆形成的作用机理进行综述.     

长链非编码RNA相关表观遗传修饰在癌症中的进展*

长链非编码RNA(lncRNA)是一类转录本长度大于200 nt的RNA分子,编码蛋白质的功能有限,但其功能多样且复杂。已有研究报道lncRNA与肿瘤的发展进程密切相关,lncRNA可以通过不同方式参与细胞内生物学进程的调控,是潜在的癌症调节因子,其中,调节表观遗传修饰水平是其影响癌症进程的主要手段;癌症发病过程中细胞内存在着不同程度的表观遗传修饰,其主要为包括甲基化、乙酰化、磷酸化、糖基化、泛素化等修饰方式在内的DNA修饰、RNA修饰以及蛋白质的翻译后修饰,在癌症的不同阶段其修饰的异常程度不同,从而影响肿瘤发生的生物学进程。研究表明,lncRNA可以通过自身修饰或参与其他生物大分子的表观遗传修饰进程参与癌症的发生发展。因此,回顾了lncRNA所参与的表观遗传修饰形式和lncRNA在表观遗传修饰方面所起到的作用,并概述了lncRNA通过影响表观遗传修饰水平从而调控癌症进程的方法。旨在总结癌症细胞内表观遗传修饰方面所涉及lncRNA的研究进展,为癌症诊断和治疗提供潜在的靶标和生物学标志物。     

脑内ATF4对学习记忆的调节作用

转录激活因子4(ATF4)属于碱性亮氨酸拉链结构域蛋白中的ATF/CREB转录因子家族,ATF4在脑内广泛表达,在应激、痛觉、突触可塑性和神经退行性变等中发挥重要作用。学习与记忆是脑的高级功能之一,学习是获取新信息的过程,记忆是将信息进行编码、储存及提取的过程,二者被认为是认知活动的基础。突触可塑性是突触在形态、结构和功能上的可变性和可修饰性,与神经系统的发育和学习记忆等脑的高级功能密切相关。突触可塑性的长时程增强和长时程抑制是学习和记忆形成的基础。近年来研究发现, ATF4与突触可塑性和学习记忆密切相关,其在神经退行性变、脑损伤和药物成瘾等疾病中扮演重要角色,有必要深入理解ATF4在学习记忆障碍相关疾病中发挥的作用,为相关疾病的治疗提供新靶点。     

Mechanisms of epigenetic memory and addiction

Epigenetic regulation of cellular identity and function is at least partly achieved through changes in covalent modifications on DNA and histones. Much progress has been made in recent years to understand how these covalent modifications affect cell identity and function. Despite the advances, whether and how epigenetic factors contribute to memory formation is still poorly understood. In this review, we discuss recent progress in elucidating epigenetic mechanisms of learning and memory, primarily at the DNA level, and look ahead to discuss their potential implications in reward memory and development of drug addiction.     

Playing TETris with DNA modifications

Methylation of the fifth carbon of cytosine was the first epigenetic modification to be discovered in DNA. Recently, three new DNA modifications have come to light: hydroxymethylcytosine, formylcytosine, and carboxylcytosine, all generated by oxidation of methylcytosine by Ten Eleven Translocation (TET) enzymes. These modifications can initiate full DNA demethylation, but they are also likely to participate, like methylcytosine, in epigenetic signalling per se. A scenario is emerging in which coordinated regulation at multiple levels governs the participation of TETs in a wide range of physiological functions, sometimes via a mechanism unrelated to their enzymatic activity. Although still under construction, a sophisticated picture is rapidly forming where, according to the function to be performed, TETs ensure epigenetic marking to create specific landscapes, and whose improper build‐up can lead to diseases such as cancer and neurodegenerative disorders.     

Hot topics in epigenetic mechanisms of aging: 2011

Aging is a complex process that results in compromised biological functions of the organism and increased susceptibility to disease and death. Although the molecular basis of aging is currently being investigated in many experimental contexts, there is no consensus theory to fully explain the aging process. Epigenetic factors, including DNA methylation, histone modifications, and microRNA expression, may play central roles in controlling changes in gene expression and genomic instability during aging. In this Hot Topic review, we first examine the mechanisms by which these epigenetic factors contribute to aging in diverse eukaryotic species including experimental models of yeasts, worms, and mammals. In a second section, we will emphasize in the mammalian epigenetic alterations and how they may affect human longevity by altering stem cell function and/or somatic cell decline. The field of aging epigenetics is ripe with potential, but is still in its infancy, as new layers of complexity are emerging in the epigenetic network. As an example, we are only beginning to understand the relevance of non-coding genome to organism aging or the existence of an epigenetic memory with transgenerational inheritance. Addressing these topics will be fundamental for exploiting epigenetics phenomena as markers of aging-related diseases or as therapeutic targets.     

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。     

表观遗传学修饰在血液肿瘤中的研究进展

血液肿瘤作为一类常见恶性肿瘤疾病主要包括各类白血病、多发性骨髓瘤以及恶性淋巴瘤.随着现代社会高速发展,人群发病率呈逐年升高趋势,且发病年龄逐渐低龄化,发病原因与环境因素以及遗传因素密不可分.近年来研究发现,表观遗传学修饰在血液肿瘤发生发展的过程中扮演了重要角色,一些相关修饰基因作为血液肿瘤的治疗靶点在临床应用上取得了重要进展.针对近年来表观遗传学修饰在血液肿瘤中的研究新进展,本文将系统综述DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA及RNA修饰等在血液肿瘤发病机制方面的研究进展.     

Epigenetic cancer therapy: Proof of concept and remaining challenges

Over the past few years several drugs that target epigenetic modifications have shown clinical benefits, thus seemingly validating epigenetic cancer therapy. More recently, however, it has become clear that these drugs are either characterized by low specificity or that their target enzymes have low substrate specificity. As such, clinical proof-of-concept for epigenetic cancer therapies remains to be established. Human cancers are characterized by widespread changes in their genomic DNA methylation and histone modification patterns. Epigenetic cancer therapy aims to restore normal epigenetic modification patterns through the inhibition of epigenetic modifier enzymes. In this review, we provide an overview about the known functional roles of DNA methyltransferases, histone deacetylases, histone methyltransferases, and demethylases in cancer development. The available data identify several examples that warrant further consideration as drug targets. Future research should be directed toward targeted enzyme inhibition and toward exploring interactions between epigenetic pathways to maximize cancer specificity.     

Histone modifications and nuclear architecture: a review.

Epigenetic modifications, such as acetylation, phosphorylation, methylation, ubiquitination, and ADP ribosylation, of the highly conserved core histones, H2A, H2B, H3, and H4, influence the genetic potential of DNA. The enormous regulatory potential of histone modification is illustrated in the vast array of epigenetic markers found throughout the genome. More than the other types of histone modification, acetylation and methylation of specific lysine residues on N-terminal histone tails are fundamental for the formation of chromatin domains, such as euchromatin, and facultative and constitutive heterochromatin. In addition, the modification of histones can cause a region of chromatin to undergo nuclear compartmentalization and, as such, specific epigenetic markers are non-randomly distributed within interphase nuclei. In this review, we summarize the principles behind epigenetic compartmentalization and the functional consequences of chromatin arrangement within interphase nuclei.