《基因組表觀遺傳》課件

基因組表觀遺傳基因組表觀遺傳是一個復(fù)雜而fascinating的領(lǐng)域，它研究遺傳信息的表達(dá)調(diào)控機(jī)制，而不涉及DNA序列的改變。本課程將深入探討這一領(lǐng)域的核心概念、機(jī)制和應(yīng)用。什么是基因組表觀遺傳定義基因組表觀遺傳是指不改變DNA序列的情況下，影響基因表達(dá)的可遺傳變化。重要性它在基因調(diào)控、細(xì)胞分化和疾病發(fā)生中扮演關(guān)鍵角色。主要機(jī)制包括DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑和非編碼RNA調(diào)控?；蚪M表觀遺傳的特點可逆性表觀遺傳修飾可以在特定條件下被改變或恢復(fù)。環(huán)境敏感性外部環(huán)境因素可以影響表觀遺傳狀態(tài)。遺傳性表觀遺傳信息可以在細(xì)胞分裂過程中傳遞給子代。DNA甲基化定義DNA甲基化是在DNA分子上添加甲基基團(tuán)的過程。位置主要發(fā)生在CpG島上，影響基因的表達(dá)。功能參與基因沉默、X染色體失活和基因組印記。組蛋白修飾1乙?；龠M(jìn)基因表達(dá)2甲基化激活或抑制基因表達(dá)3磷酸化參與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控4泛素化影響蛋白質(zhì)穩(wěn)定性染色質(zhì)重塑核小體重排改變DNA的可及性組蛋白變體替換影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)ATP依賴性復(fù)合物驅(qū)動染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化非編碼RNAmicroRNA調(diào)控mRNA的穩(wěn)定性和翻譯長鏈非編碼RNA參與染色質(zhì)修飾和基因表達(dá)調(diào)控小干擾RNA介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄后基因沉默圓環(huán)RNA作為microRNA海綿調(diào)節(jié)基因表達(dá)基因組表觀遺傳與細(xì)胞分化1胚胎干細(xì)胞表觀遺傳修飾維持多能性2分化啟動特定基因的表觀遺傳狀態(tài)改變3譜系特異性形成細(xì)胞類型特異的表觀遺傳圖譜4終末分化表觀遺傳修飾穩(wěn)定細(xì)胞身份基因組表觀遺傳與細(xì)胞命運(yùn)1細(xì)胞記憶表觀遺傳修飾記錄細(xì)胞經(jīng)歷2可塑性表觀遺傳狀態(tài)決定細(xì)胞可塑性3重編程表觀遺傳修飾在細(xì)胞重編程中起關(guān)鍵作用4衰老表觀遺傳變化與細(xì)胞衰老相關(guān)基因組表觀遺傳與疾病癌癥異常的DNA甲基化導(dǎo)致癌癥相關(guān)基因的表達(dá)失調(diào)。神經(jīng)退行性疾病組蛋白修飾異常與阿爾茨海默病等疾病相關(guān)。自身免疫疾病表觀遺傳修飾異常導(dǎo)致免疫系統(tǒng)功能紊亂。DNA甲基化與疾病1全基因組低甲基化導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定，增加癌癥風(fēng)險。2CpG島高甲基化抑制腫瘤抑制基因的表達(dá)。3基因特異性甲基化異常與多種疾病如糖尿病、心血管疾病相關(guān)。4甲基化模式變化可作為疾病診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物。組蛋白修飾與疾病乙?；惓Ｅc癌癥、心血管疾病和代謝紊亂相關(guān)。甲基化失調(diào)影響基因表達(dá)，導(dǎo)致多種疾病，如自閉癥。磷酸化異常與神經(jīng)退行性疾病和癌癥進(jìn)展有關(guān)。染色質(zhì)重塑與疾病癌癥染色質(zhì)重塑復(fù)合物突變導(dǎo)致基因表達(dá)失調(diào)。神經(jīng)發(fā)育障礙染色質(zhì)重塑異常影響神經(jīng)元分化和功能。炎癥反應(yīng)染色質(zhì)重塑參與調(diào)控炎癥基因的表達(dá)。非編碼RNA與疾病miRNA失調(diào)與多種癌癥的發(fā)生和進(jìn)展相關(guān)。lncRNA異常表達(dá)影響基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致疾病。circRNA功能異常參與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生。siRNA介導(dǎo)的基因沉默在自身免疫疾病中發(fā)揮作用?；蚪M表觀遺傳在癌癥中的作用1腫瘤啟動DNA甲基化異常激活原癌基因。2腫瘤進(jìn)展組蛋白修飾改變促進(jìn)癌細(xì)胞增殖。3轉(zhuǎn)移染色質(zhì)重塑影響腫瘤細(xì)胞侵襲能力。4耐藥性表觀遺傳變化導(dǎo)致藥物耐受性?；蚪M表觀遺傳在神經(jīng)退行性疾病中的作用DNA甲基化異常影響神經(jīng)元基因表達(dá)。組蛋白修飾失調(diào)導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙。非編碼RNA調(diào)控紊亂參與神經(jīng)元變性過程。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變影響神經(jīng)元基因組穩(wěn)定性。基因組表觀遺傳在免疫疾病中的作用1T細(xì)胞分化表觀修飾調(diào)控T細(xì)胞亞型分化2B細(xì)胞功能影響抗體產(chǎn)生和記憶B細(xì)胞形成3炎癥反應(yīng)調(diào)控炎癥因子的表達(dá)4自身耐受參與自身反應(yīng)性T細(xì)胞的抑制基因組表觀遺傳在代謝疾病中的作用糖尿病DNA甲基化變化影響胰島素分泌和敏感性。肥胖組蛋白修飾異常調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞分化和功能。代謝綜合征非編碼RNA參與調(diào)控能量平衡和代謝?；蚪M表觀遺傳在生殖發(fā)育中的作用1配子發(fā)生表觀遺傳重編程影響精子和卵子的形成。2受精父母源性表觀遺傳標(biāo)記的融合。3胚胎發(fā)育動態(tài)表觀遺傳修飾調(diào)控基因表達(dá)。4器官形成特定表觀遺傳模式指導(dǎo)組織分化?；蚪M表觀遺傳調(diào)控的機(jī)制酶介導(dǎo)各種酶催化表觀遺傳修飾的添加和去除。蛋白復(fù)合物大型蛋白復(fù)合物協(xié)調(diào)表觀遺傳修飾。信號通路細(xì)胞信號通路調(diào)控表觀遺傳修飾的動態(tài)變化。環(huán)境因素外部刺激影響表觀遺傳狀態(tài)。DNA甲基化調(diào)控機(jī)制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT家族酶催化甲基化過程。去甲基化TET酶和被動稀釋參與DNA去甲基化。甲基化識別蛋白MBD蛋白識別并解釋甲基化信號。組蛋白修飾調(diào)控機(jī)制寫入酶如組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）添加乙?；?。擦除酶如組蛋白去乙酰化酶（HDAC）移除乙?；Ｗx取蛋白識別特定修飾并招募其他調(diào)控因子。染色質(zhì)重塑調(diào)控機(jī)制ATP依賴性復(fù)合物如SWI/SNF復(fù)合物，消耗ATP重排核小體。組蛋白變體如H2A.Z，替換常規(guī)組蛋白改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)。染色質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白如HP1，參與異染色質(zhì)的形成和維持。非編碼RNA調(diào)控機(jī)制轉(zhuǎn)錄調(diào)控長鏈非編碼RNA招募染色質(zhì)修飾復(fù)合物。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控miRNA介導(dǎo)mRNA降解或翻譯抑制。表觀遺傳調(diào)控piRNA參與轉(zhuǎn)座子沉默和基因組印記。RNA編輯ADAR酶介導(dǎo)的RNA編輯影響基因表達(dá)。基因組表觀遺傳的研究方法生物信息學(xué)在基因組表觀遺傳中的應(yīng)用1數(shù)據(jù)處理高通量測序數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制和預(yù)處理2數(shù)據(jù)分析表觀遺傳修飾位點的識別和注釋3整合分析多組學(xué)數(shù)據(jù)的整合和可視化4機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測表觀遺傳修飾的功能和影響基因組表觀遺傳在臨床應(yīng)用中的挑戰(zhàn)1異質(zhì)性不同細(xì)胞類型和組織的表觀遺傳狀態(tài)差異大。2動態(tài)性表觀遺傳修飾隨時間和環(huán)境變化。3特異性開發(fā)特異性表觀遺傳靶向藥物具有挑戰(zhàn)性。4倫理問題表觀遺傳治療可能影響后代，引發(fā)倫理擔(dān)憂?；蚪M表觀遺傳在臨床應(yīng)用中的前景診斷標(biāo)志物利用表觀遺傳標(biāo)記進(jìn)行早期疾病診斷。靶向治療開發(fā)針對表觀遺傳異常的新型藥物。