「时光 第一讲 表观遗传学【学习资料】」.ppt

表观遗传学概论 时光 第一讲 1 学习资料 VS 人和小鼠基因组比较 1985年 人类基因组计划2000年6月26日 参加人类基因组工程项目的美国 英国 法兰西共和国 德意志联邦共和国 日本和中国的6国科学家共同宣布 人类基因组草图的绘制工作已经完成 2000年完成小鼠基因组草图的绘制 2 学习资料 VS 1 小鼠和人类基因组之间有85 到90 的遗传基因完全相同 2 人类和小鼠都有大约30000条基因 其中约有80 的基因是 完全一样的 3 人和小鼠鼠大约共享有99 的类似基因 人和小鼠基因组比较 3 学习资料 双胞胎 性格长相 4 学习资料 表观遗传学研究历史 5 学习资料 表观遗传学 6 学习资料 表观遗传学从现象到领域 染色体重排 1930年H J Muller提出位置花斑现象 果蝇 1965年McClintick提出转座子 玉米 染色质以正常剂量存在 排列异常 表型结果不同 7 学习资料 个体体细胞DNA是相同的 1953年Watson和Crick解析DNA结构 1970年Laskey和Gurdon爪蟾实验 早期胚胎细胞的核移植入去核的卵母细胞可以使其发育成胚胎 发育的进程以及体细胞所有组成成分表达的特异基因受控于某些信号 而这些信号并非来自生殖细胞DNA序列的缺失或突变 8 学习资料 孟德尔遗传定律无法解释的现象 表型特征差异 豌豆颜色 是由于DNA序列突变导致的等位基因的差别造成的 简而言之 突变是定义表型特点的基础 而表型特点又有助于界定物种之间的界限 非孟德尔定律定律的继承性 胚胎生长的异质性 皮肤嵌合颜色 X染色体随机失活 DNA序列并未发生改变 只是两个等位基因只有一个表达 9 学习资料 有悖于 中心法则 1957年F H C 克里克最初提出的中心法则是 DNA RNA 蛋白质 1970年H M 特明和D 巴尔的摩提出RNA逆转录DNA 完善 中心法则 中心法则否认从蛋白质到DNA的反馈过程 如朊粒有悖于中心法则 10 学习资料 表观遗传学现象得出结论 非DNA突变引起的可继承的表型变化 表型变化是 开关型 的 例子 噬菌体在裂解型和溶原型间的转变 大肠杆菌的菌毛形态转变 果蝇的位置花斑现象 X染色体失活 11 学习资料 遗传学与表观遗传学 12 学习资料 DNA和染色质 你可以继承DNA序列之外的一些东西 这正是现代遗传学中让我们激动的地方 Watson2003 13 学习资料 经典遗传学与现代遗传学区别 表观遗传学是在研究与经典孟德尔定律不相符的许多遗传现象过程中逐步发展起来的 不依赖于DNA序列差异的核继承性 细胞核内等位基因的选择性调控 同卵双生外部表型差别 环境 饮食等外部因素 表观遗传信息对正常发育的贡献 14 学习资料 DNA甲基化的发现 染色体印记和X染色体失活为表观遗传机理研究提供了早期模型 1975年Riggs Holliday和Pugh提出DNA甲基化作为表观遗传学标志 DNA甲基化在基因沉默中的作用 等位基因发现果蝇位置花斑现象 DNA甲基化水平很低 暗示还有一种表观遗传机制存在 15 学习资料 染色质的研究历史 真核生物细胞核中结合于DNA上的蛋白质 尤其是组蛋白可能参与了DNA修饰 染色质作为转录模板的功能 体外系统加入RNA聚合酶转录产物 组蛋白解离转录必需 组蛋白乙酰化 甲基化和磷酸化发现 1974年染色质单体 核小体结构 1997年Luger核小体晶体结构 组蛋白N端尾巴调控基因表达调控以及沉默染色质 1996年Allis发现首个乙酰化酶Gcn5 组蛋白乙酰化与基因表达调控联系在一起 16 学习资料 染色质的高级结构 分为常染色质和异染色质 常染色质是松散的染色质 既可以是转录处于活跃状态 也可以是转录非活跃状态 异染色质是高度致密和沉默的染色质 分为组成型异染色质 永久沉默的染色质 和兼性异染色质 特殊细胞时期或发育阶段沉默 染色质是高度动态的大分子结构 接收信号倾向于重塑或重建 17 学习资料 DNAishighlycompactedintochromatin DNAishighlycompactedintochromatinThenucleosomeisthefundamentalsubunitofchromatin 18 学习资料 Nucleosome Nucleosome anucleosomecoreparticle linkerDNA alinkerhistoneNucleosomecoreparticle histoneoctamer 147bpDNA 1974年染色质单体 核小体结构1997年Luger核小体晶体结构 组蛋白N端尾巴调控基因表达调控以及沉默染色质 19 学习资料 染色质模板的转换 顺式 反式 20 学习资料 常染色质与异染色质差别 21 学习资料 组蛋白修饰和组蛋白密码 22 学习资料 核小体重塑因子 1994年证明Gal4 VP16能够以ATP依赖的方式从重组的染色质模板激活转录 激活伴随核小体重新定位 ATP依赖性核小体重塑复合物SWI SNF和NURF 组蛋白修饰和核小体重塑复合体二者是染色质模板转录所必需的 23 学习资料 核小体动态分布 24 学习资料 ChromatinRemodelingEnzymeSWI SNF 25 学习资料 SWI SNF BRG1 acomponentoftheSWI SNFcomplex ismutatedinmultiplehumantumorcelllinesLossofBrg1inmiceresultsinearlyembryoniclethality andrecentstudieshaveimplicatedaroleforBrg1insomaticstemcellself renewalanddifferentiation 26 学习资料 所有机制是相互关联的 表观遗传调控的复杂性动态性可遗传性物种差异性影响因素的复杂性 27 学习资料 表观遗传学 表观遗传 epigenetics 是指一组不改变基因型而可决定细胞表现型的遗传机制与现象 其研究的内容是基因序列不发生改变的可遗传变化 这种可遗传改变调控基因表达的变化 是基因表达转录调控的另一种方式 表观遗传的主要机制包括组蛋白修饰 染色质重塑 DNA甲基化 组蛋白变异 基因印记及RNA干扰等 28 学习资料 表观遗传学研究主要内容 1 表观遗传信息建立和维持的机制及其间的相互作用 2 干细胞维持自我更新的同时及其分化潜能的表观遗传学编程机制 细胞身份和干细胞可塑性 3 重大疾病肿瘤 再生衰老 代谢性疾病乃至精神性疾病发病的表观遗传学机制 后基因组时代 29 学习资料 表观遗传学概述 组蛋白修饰和组蛋白变异体DNA甲基化染色质重塑基因印记非编码RNA 30 学习资料 一 组蛋白修饰和组蛋白变异体 31 学习资料 Nucleosomewithhistoneposttranslationalmodifications 32 学习资料 Multiplemodificationsandenormouspotentialcombinations 33 学习资料 HowHistoneModificationswork AffectthenucleosomestructureAffecthigherorderchromatinstructureAffectotherhistonemodificationsHistonecode alloworpreventbindingofspecifichistonebindingoreffectorproteins 34 学习资料 组蛋白乙酰化 35 学习资料 Histoneacetylationanddeacetylationmechanism 36 学习资料 乙酰化酶系统 HAT GNATFamily MYST P300 CBP SRC HDAC ClassI II III HDAC1 10蛋白复合体 RbAp48 NuRD InHDAC1knockout KO mice micewerefoundtodieduringembryogenesis HDACs1and3havebeenfoundtomediateRb RbAp48interactionswhichsuggeststhatitfunctionsincellcycleprogression 37 学习资料 H3 aa1 21 CHD3 CHD4 MTA1 2 3 P66 68 HDAC1 2 Rbap48 46 MBD3 NuRDComplex nuclesomeremodelinganddeacetylationcomplex NuRDisalsoassociatedwithactivegenes suggestingaversatileuseofNuRDintranscriptionalregulation 38 学习资料 组蛋白甲基化 39 学习资料 组蛋白甲基化 位点 赖氨酸和精氨酸 甲基化转移酶去甲基化酶甲基化识别蛋白 40 学习资料 Methylation 41 学习资料 组蛋白甲基化酶 组蛋白甲基转移酶 Histonemethyltransferase 简称为HMT 是包括组蛋白 赖氨酸N 甲基转移酶与组蛋白 精氨酸N 甲基转移酶在内的是一大类组蛋白修饰酶类 它们催化将一个 两个或三个甲基转移到组蛋白的赖氨酸或精氨酸残基上 被添加上的甲基基团主要位于组蛋白H3和H4特定赖氨酸或精氨酸上 42 学习资料 Histoneamino terminalmodificationsinfluencechromatinstructureandfunction 第一个组蛋白赖氨酸甲基化酶的发现过程 位置花斑效应 PEV 果蝇复眼颜色和形状 玉米颜色 43 学习资料 adjacentcysteine richregions humanEZH2humanHRXproteins 第一个组蛋白赖氨酸甲基化酶的发现过程 StephenReaetal Science 2000 44 学习资料 SETdomaincore NHSCandGE x 5YTwoconservedmotifsmaybeofparticularfunctionalimportance Alignment 45 学习资料 Histonecode StephenReaetal Science 2000 46 学习资料 组蛋白赖氨酸甲基化位点 47 学习资料 赖氨酸特异性组蛋白甲基转移酶类可被细分为含SET结构域的和不含SET结构域的两类 人类基因所编码的具有组蛋白甲基转移酶活性的蛋白质包括 ASH1LDOT1LEHMT1 EHMT2 EZH1 EZH2MLL MLL2 MLL3 MLL4 MLL5NSD1PRDM2SET SETBP1 SETD1A SETD1B SETD2 SETD3 SETD4 SETD5 SETD6 SETD7 SETD8 SETD9 SETDB1 SETDB2SETMAR SMYD1 SMYD2 SMYD3 SMYD4 SMYD5 SUV39H1 SUV39H2 SUV420H1 SUV420H2 组蛋白赖氨酸甲基化酶 48 学习资料 组蛋白赖氨酸甲基化酶 49 学习资料 组蛋白赖氨酸去甲基化酶的发现 氨基酸氧化酶 LSD1 催化一甲基和二甲基化的H3K4 9去甲基化 需要FAD flavinadeninedinucleotide 协助完成 Jumonji结构域蛋白家族 JMJD 催化底物多样 需要Fe2 和 酮戊二酸的参与 Jmjc结构域为去甲基化酶活性结构域 50 学习资料 Jmjc家族蛋白亚家族 51 学习资料 组蛋白赖氨酸去甲基化酶 52 学习资料 组蛋白精氨酸甲基转移酶 PRMTs 53 学习资料 组蛋白精氨酸去甲基化酶 54 学习资料 HistoneModificationBindingProteins HistonetailPullDown 55 学习资料 Methyl lysinebindingeffectorproteins 56 学习资料 57 学习资料 染色质的协同修饰 58 学习资料 59 学习资料 组蛋白突变体 60 学习资料 所有生物DNA都被结构性蛋白所包装 真核生物核心组蛋白由古细菌组蛋白进化而来 61 学习资料 大多数组蛋白在DNA复制后被置入 旧核小体 暗色新核小体 淡色 62 学习资料 组蛋白变体的置入发生在整个细胞周期 63 学习资料 着丝粒被特定H3变体标记 64 学习资料 置换性组蛋白H3 3存在于活跃的染色质区域 65 学习资料 H2AX的磷酸化在DNA断裂修复中具有功能 66 学习资料 H2A突变体 H2AZ普遍存在 占H2A的10 H2A在核小体表面呈现酸性区域 给染色体带来独特的物理属性 作用于转录调控 maroH2A参与X染色体失活 67 学习资料 二 DNA甲基化 68 学习资料 DNA甲基化 1975年DNA甲基化化发现哺乳细胞中胞嘧啶甲基化主要发生在CpG二核苷酸上DNA甲基化酶家族 1988年发现dnmt1卫星DNA 转座子 重复原件 非重复基因间DNA和外显子都是高甲基化的序列 69 学习资料 DNA从头甲基化和维持甲基化 70 学习资料 DNA甲基化转移酶 71 学习资料 DNA甲基化转移酶的功能 72 学习资料 DNA甲基化调控基因表达 转录因子结合的干扰甲基化CpG结合蛋白的吸引 73 学习资料 74 学习资料 RNA去甲基化酶 75 学习资料 DNA去甲基化酶 76 学习资料 AcompletepathwayfordynamicmodificationsofC 77 学习资料 DNAmethylationdynamicsinpre implantationembryosandprimordialgermcells 78 学习资料 三 非编码RNA 79 学习资料 不同生物基因组组成分布图 44 重复序列52 非编码序列4 编码序列 哺乳动物 进化防御机制 防止转录单元出现转座子的插入 80 学习资料 81 学习资料 ncRNA nc