2025年大学《化学生物学》专业题库- 表观遗传调控基因表达

2025年大学《化学生物学》专业题库——表观遗传调控基因表达考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪一项不属于表观遗传学调控的范畴？A.DNA序列的变异B.DNA甲基化C.组蛋白乙酰化D.非编码RNA介导的基因沉默E.基因突变2.在真核生物中，DNA甲基化的主要功能是？A.参与组蛋白的组装B.标记DNA复制起始位点C.引起染色质结构紧密化，通常抑制基因表达D.作为转录延伸的信号E.提高DNA的稳定性3.下列哪种组蛋白修饰通常与活跃的染色质区域（如启动子）相关联？A.H3K9me3B.H3K27me3C.H3K4me3D.H3K36me3E.H4K20me14.能够将乙酰基团添加到组蛋白赖氨酸残基上的酶是？A.组蛋白甲基转移酶（HMT）B.组蛋白脱乙酰化酶（HDAC）C.组蛋白乙酰转移酶（HAT）D.DNA甲基转移酶（DNMT）E.组蛋白脱甲基化酶（HDM）5.下列哪种分子被认为可以通过结合到DNA或RNA，直接干扰mRNA的翻译过程？A.microRNA(miRNA)B.高尔基体蛋白C.赖氨酸乙酰化酶D.RNA聚合酶E.DNA拓扑异构酶6.DNMT1的主要功能是？A.引入新的DNA甲基化B.识别并修复DNA损伤C.在DNA复制过程中维持甲基化模式的传递D.添加H3K4me3修饰E.删除DNA甲基化7.下列哪项技术主要用于检测特定蛋白结合位点所在的DNA区域？A.亚硫酸氢盐测序（BS-seq）B.染色质免疫沉淀（ChIP）C.MeDIPD.RNA测序（RNA-seq）E.精确基因组测序（PacBio测序）8.表观遗传学在基因印记中的作用体现在？A.基因剂量补偿B.X染色体失活C.通过甲基化或特定组蛋白修饰沉默父源或母源等位基因D.应对环境压力的快速适应E.以上都是9.HDAC抑制剂在临床上主要被研究用于治疗哪种类型的疾病？A.DNA修复缺陷症B.甲状腺功能亢进C.某些类型的癌症D.糖尿病E.高血压10.表观遗传修饰的一个关键特征是？A.它们会改变DNA序列B.它们通常是不可逆的C.它们可以通过复制在细胞分裂中传递给子细胞D.它们只影响蛋白质的合成E.它们只在特定发育阶段起作用二、填空题（每空1分，共10分）1.表观遗传学研究的核心是基因表达的可遗传改变，而不涉及______序列的改变。2.组蛋白的N端“尾巴”是发生多种______修饰的主要位点。3.在哺乳动物中，启动子区域的CpG二核苷酸序列是DNA______的主要靶点。4.______是一种通过碱基转换（C→T）来检测DNA甲基化的方法。5.______修饰（如在H3K27位点的三甲基化）通常与基因沉默相关。6.除了DNA和组蛋白，由______介导的基因表达调控也属于表观遗传调控的重要层面。7.______是指在个体发育过程中，从亲代遗传下来的某些基因，在子代中只有来自父方或母方的拷贝具有活性。8.通过改变染色质的______状态，表观遗传修饰可以影响基因的可及性。9.______是一类长度短、丰度高的RNA分子，能够通过碱基互补配对原则下调靶基因的表达。10.CRISPR-Cas9技术已被广泛应用于研究特定表观遗传修饰的______和功能。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述DNA甲基化的主要生物学功能。2.比较组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化的异同点。3.简述ChIP-seq技术的基本原理及其在表观遗传学研究中的应用。四、论述题（每题10分，共20分）1.详细阐述表观遗传调控网络是如何整合不同类型的表观遗传信号（如DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA）来精确调控基因表达的。2.论述表观遗传药物（以HDAC抑制剂为例）的作用机制、在疾病治疗中的潜力以及可能面临的挑战。---试卷答案一、选择题1.A2.C3.C4.C5.A6.C7.B8.C9.C10.C二、填空题1.DNA2.化学3.甲基化4.亚硫酸氢盐测序(或Bisulfitesequencing)5.组蛋白甲基化6.非编码RNA7.基因印记8.结构(或组成/包装)9.microRNA(或miRNA)10.机制(或原理/功能机制)三、简答题1.简述DNA甲基化的主要生物学功能。解析思路：回答DNA甲基化在基因表达调控中的核心作用，即通常与基因沉默相关。需要提及不同区域的甲基化模式（如CpG岛甲基化与启动子区沉默，体细胞甲基化与基因印记、X失活）。同时可简要提及其他功能如维持基因组稳定性、参与免疫防御等，但核心是基因表达调控。答案要点：DNA甲基化主要通过在CpG岛等区域添加5'-甲基胞嘧啶修饰，通常发生在基因启动子区域。这种修饰能招募抑制性染色质蛋白，使染色质结构紧密化，从而抑制基因转录，实现基因沉默。此外，DNA甲基化也参与基因印记（如IGF2基因）、X染色体失活、抑制基因组病毒复制以及参与免疫反应等过程。2.比较组蛋白乙酰化和组蛋白甲基化的异同点。解析思路：首先明确两者的基本概念，都是发生在组蛋白上的表观遗传修饰。不同点在于修饰类型（乙酰基vs甲基基）、具体位点（H3K9,K27,K4等）、酶促反应（HATvsHDAC,HMTvsHDM）、以及主要生物学功能（乙酰化通常激活表达，甲基化则根据位点不同可激活或抑制）。相同点在于都是通过改变组蛋白性质进而影响染色质结构和基因表达。答案要点：相同点：都是发生在组蛋白上的化学修饰，不改变DNA序列，都能影响染色质结构状态和基因表达。不同点：修饰类型不同，乙酰化是在组蛋白赖氨酸残基上添加乙酰基（由HAT催化，HDAC去除），甲基化是在组蛋白赖氨酸或精氨酸残基上添加甲基基（由HMT/HDM催化，HDM去除）。它们的功能也各异，H3K9/K27的甲基化通常与基因沉默相关，而H3K4的甲基化通常与活跃染色质区域（如启动子）相关，H3Kac则通常与转录激活相关。3.简述ChIP-seq技术的基本原理及其在表观遗传学研究中的应用。解析思路：ChIP-seq是ChIP和测序的结合。原理是先用特异性抗体富集与目标蛋白结合的DNA片段，然后对富集到的DNA进行高通量测序，分析蛋白结合位点在基因组上的分布。应用方面，主要用于定位与特定表观遗传修饰（通过抗体识别）相关的蛋白（如组蛋白修饰酶、转录因子）的结合位点，从而揭示其调控的靶基因和区域。答案要点：ChIP-seq（ChromatinImmunoprecipitationsequencing）技术的基本原理是：首先，利用特异性抗体结合目标表观遗传修饰的蛋白（如已修饰的组蛋白），通过免疫沉淀（ChIP）将包含该蛋白及其结合DNA的区域富集起来；其次，对纯化得到的DNA片段进行测序；最后，通过生物信息学分析，确定该蛋白结合位点在基因组上的精确位置和分布模式。在表观遗传学研究中，ChIP-seq主要用于：①定位特定的组蛋白修饰（如H3K4me3,H3K27me3）或DNA甲基化修饰（需先开发特异性抗体）的分布区域；②识别与这些修饰相关的转录因子或其他蛋白的结合位点；③研究染色质重塑复合物或表观遗传调控网络的组成和作用区域；④绘制特定细胞类型或条件下的表观遗传图谱。四、论述题1.详细阐述表观遗传调控网络是如何整合不同类型的表观遗传信号（如DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA）来精确调控基因表达的。解析思路：从整体网络视角出发，强调不同信号不是孤立存在，而是相互作用、相互影响。可以分别举例说明不同信号间的协同或拮抗作用（如特定组蛋白修饰影响DNA甲基化酶或甲基化DNA的招募；miRNA可以与DNA甲基化或组蛋白修饰协同沉默基因）。强调这些信号如何共同决定染色质状态，最终影响转录机器的招募和基因表达水平。可以提及表观遗传调控的层级性和动态性。答案要点：表观遗传调控网络通过多种信号分子的复杂互作，实现对基因表达的精确调控。不同类型的表观遗传信号（DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA）并非独立作用，而是相互整合，形成复杂的调控网络。首先，组蛋白修饰可以通过影响染色质结构（开放或关闭）来决定DNA区域的可及性，进而影响DNA甲基化酶或甲基化DNA结合蛋白的招募。例如，H3K4me3通常标记活跃染色质，可能排斥DNA甲基化。其次，DNA甲基化本身也可能受到组蛋白状态的影响，并反过来影响组蛋白修饰的格局。第三，非编码RNA（如miRNA）可以与DNA甲基化或组蛋白修饰协同作用，通过干扰mRNA翻译或稳定RNA-DNA杂交体来沉默基因。例如，miRNA沉默的基因位点常伴有DNA高甲基化。这些不同层面的信号相互叠加、补偿或抑制，共同决定了基因的最终表达状态。这种整合作用使得表观遗传调控能够应对复杂的生物学需求和环境变化，并维持基因表达模式的稳定性和可塑性。网络的动态性也允许细胞根据需要调整基因表达程序。2.论述题：论述表观遗传药物（以HDAC抑制剂为例）的作用机制、在疾病治疗中的潜力以及可能面临的挑战。解析思路：HDAC抑制剂的核心机制是抑制HDAC活性，导致组蛋白过度乙酰化。过度乙酰化会使染色质结构趋于开放，通常激活基因表达。需要列举其潜在的治疗机制（如重新激活沉默的肿瘤抑制基因，或抑制癌基因表达）。潜力方面，提及癌症治疗（尤其是难治性癌症）、遗传病修正、抗炎等。挑战方面，讨论脱靶效应、毒副作用、给药途径、耐药性以及作用谱的局限性（并非所有基因表达都受HDAC影响）。答案要点：HDAC抑制剂是一类表观遗传药物，其作用机制主要是通过抑制组蛋白脱乙酰化酶（HDACs）的活性，阻止已乙酰化的组蛋白被去乙酰化。这导致细胞内组蛋白乙酰化水平升高，染色质结构趋向开放，基因表达模式发生改变。在疾病治疗中，HDAC抑制剂具有巨大潜力，尤其是在癌症治疗领域。它们可以通过重新激活因DNA甲基化或组蛋白去乙酰化而沉默的肿瘤抑制基因，或者通过抑制关键癌基因的表达（这些基因通常在染色质重塑异常的癌细胞中被过度激活）来抑制肿瘤生长。此外，HDAC抑制剂也被研究用于治疗其他疾病，如某些遗传病（通过修正异常的基因表达模式）、神经退行性疾病（通过调节神经