如何理解与看待表观遗传学 (Epigenetics) ?


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表观遗传学研究的核心是试图解答:中心法则中从基因组向转录组传递遗传信息的调控方法。

现代遗传学的基础是认为基因的可控性表达实现了细胞的分化与增殖,进而成就了生物体的生长与发育。而众所周知,基因组基因全部书写在的23组染色体上,且一个生物个体体内所有细胞的基因组基因几乎完全相同,那么问题来了:相同的基因组如何造就不同的细胞类型?

在分子生物学水平上,基因的表达受到一类称为转录因子(transcription factor)的蛋白的调控。每一种类型的转录因子在每一种细胞中都有它特异的一群调控对象基因;转录因子与基因组DNA的结合会激活/抑制这一群基因的转录表达。而影响这结合与否的一类化学现象,就是甲基化(methylation)和乙酰化(acetylation)。

甲基化和乙酰化会发生在几个不同的区域:(1)转录因子自己身上;(2)协助包裹染色体(染色质)的组蛋白上;(3)基因序列中用于让转录因子结合的区域,称为启动子(promoter)。这些地点发生的甲基化或乙酰化修饰,会很大程度地影响每种基因的表达。而正是这些修饰地点的特异性,决定了不同细胞类型存在着相对不同的转录组,进而表现出相对不同的细胞功能。

当然,既然是化学修饰,那么修饰的过程自然也会受到外界因素的影响。一些因素会激活/抑制细胞内特定的信号通路,从而可逆/不可逆地改变某些基因的甲基化和乙酰化修饰水平。其中一些变化如果写入到生殖细胞中,就有可能遗传给下一代。这些“外界因素”不但跟吃喝拉撒有关系,精神创伤、心理压力等也会存在影响。当然这些研究还处于比较暧昧的状态。

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先简单介绍一下表观遗传学吧。
表征遗传学是20世纪80年代逐渐兴起的一门学科,是在研究与经典的孟德尔遗传学遗传法则不相符的许多生命现象过程中逐步发展起来的。
表征遗传现象包括DNA甲基化、RNA干扰、组蛋白修饰等。与经典遗传学以研究基因序列影响生物学功能为核心相比,表征遗传学主要研究这些“表征遗传现象”建立和维持的机制。其研究内容主要包括两类,一类为基因选择性转录表达的调控,有DNA甲基化、基因印记、组蛋白共价修饰和染色质重塑;另一类为基因转录后的调控,包括基因组中非编码RNA、微小RNA、反义RNA、内含子及核糖开关等。
表征遗传学指基因组相关功能改变而不涉及核苷酸序列变化。如同楼上所说,DNA甲基化和组蛋白修饰,两者均能在不改变DNA序列的前提下调节基因的表达;阻遏蛋白通过结合沉默基因从而控制基因的表达。这些变化可能可以通过细胞分裂而得以保留,并且可能持续几代。这些变化都仅是非基因因素导致的生物体基因表现(或“自我表达”)的不同,由于目前尚不清楚组蛋白的化学修饰是否可遗传,有人对于用此术语描述组蛋白化学修饰提出了异议。
表征遗传学在真核生物中主要表现在细胞分化过程。在胚胎形态形成过程中,全能干细胞将分化成完全不同的细胞,也就是说,一个受精卵细胞分化出各种不同类型的细胞,包括神经细胞、肌肉细胞、上皮细胞、血管内皮细胞等,并通过抑制其他细胞和激活相关基因而进行持续的细胞分裂。

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表观遗传学是对传统的基因理论的补充,说明了人并不是完全由父母遗传下来的基因决定的。基因的序列是在受精卵结合的一瞬间就被确定了,但是基因到蛋白表达之间还有很长的路,最终机体的性状还是要由蛋白表达来决定。表观遗传学对于人们的提示,不要被基因决定论局限,生活习惯也会影响基因的表达。

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新课题,当更加深入的研究。其是不涉及DNA 序列改变的基因或者蛋白表达的变化, 并可以在发育和细胞增殖过程中稳定传递的遗传学学科, 包括DNA甲基化, 染色质重塑,组蛋白共价修饰,基因沉默和RNA 编辑等调控机制等多项技术。

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