傅繼梁傅繼梁同濟大學醫學與生命科學部同濟大學醫學與生命科學部表表觀觀遺遺傳傳學學（epigenetics）基因表達模式基因表達模式一個多細胞生物機體的不同類型細胞概概述述相同的基因型相同的基因型 不同的表型不同的表型 基因表達模式在細胞世代之間的可遺傳性並並不依賴細胞內不依賴細胞內DNA的序列信息的序列信息。決定細胞類型的不是基因本身，而是基因表達模式，通過細胞分裂來傳遞和穩定地維持具有組織和細胞特異性的基因表達模式對於整個機體的結構和功能協調是至關重要的。基基因因表表 達模模式式 ( ( g g e e n n e e e e x x p p r r e e s s s s i io o n n p p a a t tt te e r r n n ) )基 因 表 達 模 式 的 信 息 標 記表觀遺傳修飾(epigeneticmodification)DNA分子的特定鹼基的結構修飾(如胞嘧啶的甲基化)染色質構型重塑(chromatinremodeling)(如組蛋白的構型變化)表觀遺傳( (epigenetic inheritanceepigenetic inheritance) )：通過有絲分裂或減數分裂來傳遞非非DNA序列信息的現象。表觀遺傳学学( (epigenetics)epigenetics)：則是研究不涉及DNA序列改變的基因表達和調控的可遺傳變化的。或者說是研究從基因演繹為表型的過程和機制的一門新興的遺傳學分支。表觀遺傳修飾機制DNA甲基化和染色質重塑基因組印跡基因表達重新編程X染色體失活表觀遺傳修飾機制 DNA甲基化(DNAmethylation)是研究得最清楚、也是最重要的表觀遺傳修飾形式，主要是基因組DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基間的共價結合，胞嘧啶由此被修飾為5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5-mC)。DNA甲基化（一）（一）DNA甲基化和染色質重塑DNMT1SAM胞嘧啶胞嘧啶5-5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶胞嘧啶甲基化反應DNA甲基化DNA复制酶复制酶CH3CH3CH3CH3DNA甲基甲基转移酶转移酶CH3CH3CH3CH3DNA複製後甲基化型的維持DNA甲基化結構基因5端附近富含CpG二聯核苷的區域稱為CpG島(CpGislands)。基因調控元件(如啟動子)所含CpG島中的5-mC會阻礙轉錄因子復合體與DNA的結合，所以DNA甲基化一般與基因沉默(genesilence)相關聯；而非甲基化(non-methylated)一般與基因的活化(geneactivation)相關聯。而去甲基化(demethylation)往往與一個沉默基因的重新激活(reactivation)相關聯。DNA甲基化Model for methylation-dependent gene silencing.The structural element of chromatinisthenucleosomalcore,whichconsistsofa146-bpDNAsequencewrappedaroundcorehistones.Acetylationof the histones causes an open chromatin config-uration that is associated with transcriptionalactivity.Methylatedcytosinesarerecognizedbymethyl-CpG-bindingproteins(MBDs),whichinturnrecruithistonedeacetylases(HDACs)tothesiteofmethylation,convert-ingthechromatinintoaclosedstructurethatcannolongerbeaccessedbythetranscriptionalmachinery.組成核小體的組蛋白可以被多種化學加合物所修飾，如磷酸化、乙酰化和甲基化等，組蛋白的這類結構修飾可使染色質的構型發生改變，稱為染色質構型重塑。組蛋白中不同氨基酸殘基的乙酰化一般與活化的染色質構型常染色質(euchromatin)和有表達活性的基因相關聯；而組蛋白的甲基化則與濃縮的異染色質(hetero-chromatin)和表達受抑的基因相關聯。染色质重塑Epigeneticsisanadvancedbiologicalsystemthatselectivelyutilizesgenomicinformationandisinvolvedinvariousfundamentalphenomena.Specifically,itputsemphasisontheregulationofgeneexpression,throughDNA methylation, chromatin, and post-translational modification of proteins such as histones. Arrowsindicatepossiblefunctionalinteractionsbetweenthem.DNAhypermethylation,histonehypoacetylationandinactivechromatinrepresstranscription.Incontrast,atranscriptionallyactiveconditionmayencourageDNAhypomethylation,histonehyperacetylationandactivechromatin.Also,aparticularchromatinstructuremayberequiredforestablishingDNAmethylation.研究還表明，組蛋白甲基化可以與基因抑制有關，也可以與基因的激活相關，這往往取決於被修飾的賴氨酸處於什麼位置。例如，上述的H3Lys9甲基化最終導致了基因的沉默；然而，位於H3Lys4的甲基化則與基因的活化相關聯。