武汉大学wunan University三、表观遗传学研究与有关研究领域的关系及其意义1、表观遗传学与遗传学经典遗传学一一孟德尔遗传规律为基础，研究以DNA序列突变而导致等位基因的差异：表观遗传一一不涉及DNA序列变异的与不含细胞质遗传的非孟德尔遗传。无论是遗传学还是表观遗传学都是涉及到遗传信息的传递、调控和表现的问题，所以表观遗传是遗传学的重要组成部分，是在新的历史时期，遗传学研究领域的发展和丰富。2、表观遗传学与人类疾病许多人类疾病涉及遗传和表观遗传两方面的异常。不仅基因组序列变化而引起各种疾病，同时在DNA序列未发生变化只是DNA甲基化谱、组蛋白修饰状态和染色质结构重塑等表观遗传调节机制失误照样可引起多种疾病。（1）表观遗传学与癌症研究发现，多种类型的癌细胞DNA序列并未发生变化，但存在着异常的DNA甲基化修饰，通常表现为整个基因组甲基化程度降低，市而抑癌基因又被过量甲基化
1、表观遗传学与遗传学 经典遗传学——孟德尔遗传规律为基础，研究 以DNA序列突变而导致等位基因的差异；表观遗传——不涉及DNA序列变异 的与不含细胞质遗传的非孟德尔遗传。 无论是遗传学还是表观遗传学都是涉及到遗传信息的传递、调控和表现 的问题，所以表观遗传是遗传学的重要组成部分，是在新的历史时期，遗 传学研究领域的发展和丰富。 2、表观遗传学与人类疾病 许多人类疾病涉及遗传和表观遗传两方面的 异常。不仅基因组序列变化而引起各种疾病，同时在DNA序列未发生变化， 只是DNA甲基化谱、组蛋白修饰状态和染色质结构重塑等表观遗传调节机制 失误照样可引起多种疾病。 （1）表观遗传学与癌症 研究发现，多种类型的癌细胞DNA序列并未发 生变化，但存在着异常的DNA甲基化修饰，通常表现为整个基因组甲基化程 度降低，而抑癌基因又被过量甲基化 三、表观遗传学研究与有关研究领域的关系及其意义
武汉大学wunan University(2)表观遗传学与代谢综合征：geneBgeneA0.￥maternalpaternalimprintmutations indeletionUPDdefectUBE3AMaternal?PaternalMANGELMAN001SYNDROMEgeneticepigeneticmixedgeneticcause:10PRADER-WILLIMaternal*.SYNDROMEUPDFigure3,Prader-Wili SyndromeandAngeimanSyndromeBothsyndromes can becaused by genetic,eppatenaimaternaldeletionUPDgenetic, ot.mixed defects￥oPUAPaternalPrader-Willi综合征和Angelman综合征0+UPDNVNAFigure2.ConsequencesofUniparental Disomy (UPD)这两种征合征都可以由遗传缺陷、表观遗The DNAmethylation states ofupstream CpG islands are indicatedby pink circles when methylated and open circles when unmethylated,TheDNAmethylation state.affectsthe expression ofits down传缺陷或两者共同引起（引自Allis.2007）stream gene. Matemally inherited alleles are doubled (gene B):whereas those that are on the patemal alleles arelost (gene A).单亲二倍体（UPD）的结果
（2）表观遗传学与代谢综合征： 单亲二倍体（UPD）的结果 Prader-Willi综合征和Angelman综合征 这两种征合征都可以由遗传缺陷、表观遗 传缺陷或两者共同引起（引自Allis, 2007）
武汉大学（③表观遗传学与胚胎干细胞分化wunan UniversityMammalian Oocyte胚胎干细胞（embryonicstemcell,ESC)FigureL.The Mammalian Oocyte and1,Maternalinheritance3.Epigenetic informationZygote2.Genetic informatior成体干细胞(somatic stemcell(a)Themammalianoocytecontainsmatemal RNAsandmatemalproteins(matemal inheritance), which can detes.SSC)mine early developmental events, qeneticESEGinformation (maternalchromosomes),andepigenetic infoemation (DNA methylationand chromatin marks).(b) Thezygote原始生殖细胞(primordialgermgives rise to the blastocyst with its innercell mass cells, whichgive.rise to ES cesGn culture),all somaticcells,and primordial germ cells (PCC), which can give-risepluripotentZygoteBlastocystSomatic.PGCcell,PGC)epiblast cellsto ECcells in cultureGermcellsEmbryodevelopmentFigure 2. Epigenetic ReprogrammingCycle in Mammalian DevelopmentMaturnaiPNgameteszygote哺乳动物卵细胞及Immediately afterfertilization in theSMecZygote, thepatemal pronucleus(PN)sH3K9e2packagedwithhistonesthatlackH3i27me3H3K9me2andH3K27me3,whereasthePatematPNmatenal.chromatincontainsthese markssMecThe patemal PN also rapidly loses 5.其发育进程中表观methylcytosine(5MeC)onagenomewide scale, while the maternal does not.Passiveloss ofSMeC occurs duringpreimplantation development until the blastoT5Mec15Meccyst stage,when theinnercellmass (ICM)cells begin to acquire high levels of SMeC,遗传修饰的变异H3K9me2,and H3K27me3.Theplacenta,which is largely derived from.the trophec.toderm (TE) of theblastocyst, remains relatively hypomethylated,Primordial germcells (PCCs)undergodemethylation ofHok27me3T5MeCPGCSMeCandH3K9me2beforeandafterH3K4me3ICMTHeK9me2福entry into thegonads.De novo DNASMeCplacentaTH3K27me3methylation, incuding parent-specificTH3K9me2imprinting takes place at later stages ofembryoblastocystgerm-celldevelopment
(3)表观遗传学与胚胎干细胞分化 哺乳动物卵细胞及 其发育进程中表观 遗传修饰的变异 胚胎干细胞（embryonic stem cell, ESC） 成体干细胞（somatic stem cell, SSC） 原始生殖细胞（primordial germ cell, PGC）
武汉大学wunan University表观遗传学研究主要集中在：DNA甲基化修饰：基因选择性转录表达的调控非编码RNA的调控作用：基因转录后的调控组蛋白修饰：蛋白质的翻译后修饰
表观遗传学研究主要集中在： DNA甲基化修饰：基因选择性转录表达的调控 非编码RNA的调控作用：基因转录后的调控 组蛋白修饰：蛋白质的翻译后修饰
10DNAmethylationRNAstrandsCytosineDNAmethylationWM③RNA-basedmechanismsH1HH3H28NH2A2Histone post-translationalmodificationsDNACo000nNucleosomeChromosome