导图社区 10表观基因组学
DNA修饰 DNA甲基化 RNA修饰 蛋白修饰 组蛋白修饰 3D基因组 及其技术。人类每个细胞的基因组一样,但功能、形态、不一样。
测序、转录组测序、单细胞测序、基因调控、NGS、RNA 世界,RNA:存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒的遗传信息载体、一般单链。
首都师范大学课程笔记,包括古典精神分析和新精神分析(弗洛伊德、阿德勒、荣格、埃里克森),特质论(奥尔波特、卡特尔)行为主义和社会学习(巴普洛夫、华生、斯金纳、班杜拉),行为主义(罗杰斯、马斯洛),认知流派(凯利、威特金、米歇尔)以及生物流派(艾森克)进化心理学等
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基因组学
第十章 表观基因组
简介
人类每个细胞的基因组一样,但功能、形态、不一样
同卵双胞胎的两个人在相同环境中长大,性格健康等有较大差异
表观基因组学:核苷酸序列不变,研究基因组学上的化学修饰和空间结构变化如何影响基因功能和表达调控
化学修饰:DNA、RNA和蛋白
空间结构:核小体、染色质、基因组
特点:DNA序列不变、可逆、可遗传、动态变化
影响表观基因组变化的因素
生活方式和环境因素:抽烟,饮食、感染性疾病
社会经济地位
运动
饮食:吸毒、饮酒、吸烟
疾病:焦虑、糖尿病等
年龄
组织器官
癌症表观基因组学(cancer epigenome)
DNA修饰
甲基化
甲基与DNA结合
能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白互作改变,从而控制基因表达
主要形式:
甲基化:N5-mC (胞嘧啶)、N6-mA、N7-mG
非GC甲基化:CHG、CHH(H=ATC,非G)
DNA甲基化遗传图谱
检测方法:
测序
芯片技术
人类5mC甲基化特点
处胚胎和脑组织,其他组织的5mC甲基化通常发生在CpG二核苷酸上
人类基因组大约有30M个CpG
CpG岛甲基化水平较低、二非CpG甲基化水平较高
人类一生的5mC动态变化
受精过程会发生5mC重编程
机理
DNA甲基化转移酶(DNA methyltransferase,DNMT)
维持甲基化
甲基化功能
1.表达调控:启动子区域无甲基化,通常基因表达;启动子出现甲基化,通常沉默;启动子部分甲基化,基因表达减弱。通常负相关
2. 调控剪切:
3. 抑制转座:
4. 与衰老相关
基因组印记(genomic imprinting)
基因表达具有亲本特异性的表观遗传现象
印记基因
生理发育、大脑与行为、人类疾病(intrauterine growth restriction,obesity,psychiatric disorders,cancers)
与神经系统和节律(circadian machinery )相关
RNA修饰
表观转录组学epitranscriptomics——何川
目前发现170多种RNA的化学修饰,与个体发育疾病发展有关
RNA编辑
转录后加工,通过碱基替换、核苷酸插入和缺失修改RNA序列
关键酶:APOBECI家族和ADAR2家族
蛋白质修饰
翻译后修饰(post-translational modification,PTM)
是共价键上的化学反应过程,有蛋白酶水解或将修饰集团添加到一个氨基酸上
作用:改变氨基酸的化学形式或结构,扩展蛋白质的功能,是细胞信号传导中重要主城部分
修饰阶段:翻译期间发生或翻译后发生,但主要发在翻译和折叠周
类型:350多种PTMs,
改变蛋白质的活性、定位、降解及其与其他蛋白的相互作用
主要修饰方式:磷酸化、甲基化、乙酰化、酰胺化
修饰程度:
部分修饰(partial)、
可变修饰(alternate):同一个氨基酸位点有多种修饰类型
瞬时修饰(transient):不稳定的修饰状态
磷酸化修饰 phosphorylatin
是γ-磷酸集团转移到氨基酸过程,
真核原核生物信号转导的关键机制
磷酸化氨基酸残基:、
组蛋白修饰
组蛋白:是包装DNA的一类蛋白质,可以改变DNA结构;真核生物细胞染色质中与原核细胞中的碱性蛋白质,和DNA共同构成核小体
五个主要组蛋白家族
H1/H5
H1/H5连接组织蛋白(linker histone);其余4个为核心组织蛋白(core histone)
H2A
H2B
H3
H4
是组蛋白翻译后发生的共价修饰,包括甲基化(me)、磷酸化(P)、乙酰化(Ac)、泛素化(Ub)、类泛素化、瓜氨酸化(Ci)等
组蛋白修饰可以正向或负向调控其他组蛋白修饰
三维基因组
染色体由DNA和组蛋白共同构成
染色体从一级结构(绳珠模型)到司机超螺旋折叠结构
DNA分子一共被压缩了8400倍左右,形成了复杂的三维空间结构
正是这些折叠和压缩是的基因在细胞中的分布复杂而有序
考虑基因组序列、基因结构及调控元件的同时,对基因组序列在细胞核内部的三维空间结构,及其对基因转录复制修复和调控生物功能中功能的研究
调控原件在空间上不是在染色体上呈线性的一次排开
技术:
荧光显微试验方法,FISH,2D-FISH,3D-FISH
染色体构象捕获:
3C
4C
5C
Hi-c
ChIA-PET
染色体三维空间结构(大到小):
染色体疆域(1-5M)chromosome territories,X染色体的失活
区室(100k-1M):Compartments A/B
A:常染色质-转录活跃区域
B:异染色质-转录非活性区
A、B区间隔排布、可以相互转换
拓扑关联结构域(20k-40k) topologically associating domains,TAD
区室下的亚结构
染色质环(1k-10k)chromatin loop
染色体上较远的两个片段构成,线性空间远,但3D空间近,在三维空间中具有显著的近距交互作用。调控元件(如增强子)可以通过这种结构远距离调控基因表达
思维基因组学
研究时间动态变化的基因组三维结构和公衡
细胞周期
细胞发育和分化
正常细胞想疾病细胞转换的过程
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单细胞表观基因组学