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表观遗传学与健康

作者:李玉凤 发布时间:2020-12-19 浏览次数:
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遗传学Genetics)中心法则中,DNA 是遗传信息的主要载体,对长相、身高、患疾病的风险等表型的决定十分关键。但是,自然界有很多用遗传学无法解释的现象,比如,

1 同一个蜂群中的蜂王和工蜂均由基因组DNA相同的雌峰幼虫发育而来,但是为什么两者在体型、寿命、功能等方面存在巨大差异

2、受精卵最后分化成成年个体,有200多种不同的细胞,它们几乎含有相同的DNA,但是为何会产生肝细胞、肺细胞、皮肤细胞等多种细胞类型

3 同卵双胞胎DNA完全一样,为何两个孩子出生后在性格、健康方面会出现差异

这些问题,无法用遗传学知识解答,表观遗传学则可以解释这些生命现象。

二、表观遗传学的概念及发展

1942,英国生物学家Waddington提出表观遗传学Epigenetics)。他认为生物体从基因到基因表型之间存在一种控制,这种控制机制就是表观遗传学1987年,美国学者Holliday对此概念做出了更加系统性的论断,即没有DNA序列变化的、可遗传的基因表达的改变。表观遗传学经90年代迅猛发展,目前仍是生命科学领域中的研究热点之一。

三、表观遗传学范畴

遗传学中心法则主要指DNA的“复制---转录---翻译过程表观遗传学只和转录有关系,和复制翻译无关。表观遗传学研究内容包括,基因选择性转录调控和基因转录后调控。

真核细胞的基因组DNA在细胞核里是以染色质的形态存在的。DNA缠绕组蛋白构成核小体,核小体进一步高度折叠压缩为染色质(1)表观遗传调控可使特定区域的染色质结构发生高度动态变化紧密或者松散),从而使该区域的转录 激活或者沉默。

从目前的研究来看,表观遗传学范畴主要包括: DNA甲基化、组蛋白修饰(磷酸化、乙酰化、泛素化、基因组印记、非编码RNA的调控、染色质重组、X染色体 剂量补偿等(1

此处用表观遗传学解释一下开篇提出的三个现象,研究发现

1工蜂和蜂王的差异,就是蜂王浆通过调控DNA甲基化影响了遗传信息的表达。出生3天后,护理蜂 会在雌蜂 幼虫中挑选很少一部分 继续喂食蜂王浆,这些幼虫发育为蜂王其他幼虫改为喂食花粉和花蜜,发育成工蜂。

2受精卵向个体组织器官分化的过程,也是DNA甲基化等表观遗传精准调控下的基因选择性表达的结果。

3单卵双胞胎的个体差异则与生活环境、生活习惯对表观遗传修饰的影响有关。

 图片1_副本.jpg

1 染色质结构和表观遗传学调控

四、表观遗传学与健康

表观遗传调控细胞的发生、分化、老化等多种生物学现象密切相关,说表观遗传调控 是生命现象的司令塔也不为过。表观遗传调控有利也有弊。

利:表观遗传机制可以使生物体 打破DNA变化缓慢的限制,使后代能迅速获得亲代应对环境改变而发生的信息变化,这对生物种群的生存和繁衍有利。

弊:通过表观遗传传递下去的亲代经历的不良环境和生活习惯,对后代的健康 会产生不利的影响。

表观修饰中任何一方面异常和多方面异常的蓄积 都将影响染色质结构和基因表达,导致糖尿病、免疫紊乱以及癌症等疾病(2

图片2.png 

2表观遗传学异常与人类疾病

DNA甲基化等表观遗传修饰的改变往往早于基因表达和影像学的改变。DNA甲基化检测在肿瘤早期诊断、疗效监测,预后评估等方面具有很大价值。

此外,由于许多表观遗传的改变是可逆的,这就为疾病的治疗提供了乐观的前景。以DNA甲基化和组蛋白乙酰化等为靶点的小分子药物的研发,也为攻克癌症带来了新的希望。

最后送大家一句话:Get a good genome, make a better epigenome。我们的基因组(genome)遗传自父母,很难改变;而表观基因组(epigenome) 方面,我们自己还是大有可为的。我们可以通过摒弃不良习惯,多做健康运动,多看书,为自己形成良好的表观基因组,预防大于治疗。祝大家身心健康!

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