表观遗传学的概述

Genetics

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Summary

自早期的遗传学研究,科学家注意到某些不是差异所引起的 DNA 核苷酸序列的遗传表型差异。目前的证据表明这些"后生"的现象可能受了若干机制,包括修改 DNA 胞嘧啶甲基组,组蛋白的各种化学基团加基地和蛋白招募到特定 DNA 站点通过与非蛋白编码 Rna 相互作用因素。

在这个视频中,朱庇特在表观遗传学,如 x 染色体失活 (XCI),整个 x 染色体雌性哺乳动物细胞中的沉默在哪里的现象提出了发展史上的重大发现。综述了关键问题和领域中的方法,包括技术来确定相关与不同的表观遗传修饰的 DNA 序列。最后,我们讨论如何研究人员当前正在使用这些技术来更好地理解表观遗传调控的基因功能。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 遗传学精要. 表观遗传学的概述. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

字段的表观遗传学,其定义却极具争议,广义指的遗传差异不能解释的 DNA 序列改变的基因功能研究。"表观遗传学"在 20 世纪 50 年代,首先由康拉德沃丁顿一词解释如何不同细胞类型体内可能出现从一套遗传材料。研究人员发现了许多过程认为有表观遗传的基础,却仍然很大争论的领域的许多基本原则。

在这个视频中,我们将突出显示重要的发现在表观遗传学,辩论的 epigeneticists,常用的工具,用来回答这些问题,和最后,目前某些领域研究的关键问题。

首先,让我们回顾一下表观遗传学的历史上的几个关键时刻。

在 20 世纪 30 年代,赫尔曼 · 穆勒观察现象被称为位置效应雷诺的果蝇。他发现变异果蝇与斑驳的眼睛,和此表型挂钩凝聚的"异染色质",且停止了该基因负责眼睛的颜色可变扩。这将是第一个确定的"后生"现象在哪里没有相应变更为遗传序列观察表型变化。

1959 年,大野在雌性大鼠肝细胞观察两条 x 染色体之一凝聚。两年后,玛丽 · 里昂假设这浓缩的 x 染色体基因灭活,其中选择 X 染色体,可以取消激活是随机的和这失活是稳定继承的单元格的后代。这个过程,现在被称为 x 染色体失活或 XCI,导致生物马赛克的女性。

1964 年,阿尔弗雷德 · 米尔斯基发表的最早的工作对组蛋白修饰在基因调控中的作用。组蛋白形成核小体,是在真核细胞染色质的基本重复单元的核心。米尔斯基研究甲基化和组蛋白乙酰化受 RNA 合成的影响,它目前已知的许多修改改变附近的染色体区域的"活动"状态。

1975 年,罗宾 · 霍利迪和他的学生约翰普格,和独立阿瑟 · 里格斯提出,甲基化 CpG DNA 酯基可能参与稳定表观遗传沉默,例如 XCI 期间。阿德里安 · 鸟和同事借了进一步相信这个想法在 1985 年通过识别集群的非甲基化的 CpG 位点整个基因组,后来被转录启动子与相关联。他会后来还发现 dna 甲基化,最终抑制转录的调控蛋白。

1984 年,苏克 Solter、 Azim Surani 和其他观察那只老鼠胚胎含有只母系或父系遗传材料 — — 创建通过核移植实验 — — 没有不正常地发育。这标志着发现基因组印记或父原产地特定基因的表达。

第一次的印迹的基因被发现于 1991 年,在那里只有从父亲或母亲继承的副本曾表示。这些基因,基因 H19,之一原来是颇不寻常 — — 它最终的产品是不能转译成蛋白质 2.3 kilobase RNA。

更多的这些"长非编码 Rna"或 lncRNAs 很快就发现了,包括 Xist,这要求关闭期间 XCI x 染色体。目前的证据表明这些 Rna 可能充当脚手架招聘监管因素。今天,研究人员继续出 lncRNAs、 DNA 甲基化和组蛋白修饰之间的相互作用是如何调节表观遗传过程。

现在,让我们转到一些提问 epigeneticists。

在最基本的层次,科学家仍在积极研究的机制,表观遗传标记,例如组蛋白修饰和 DNA 甲基化,创建、 删除,和解释。研究人员继续履行这些职能,以及如何标记与激活或抑制基因表达的转录机制进行交互的酶的特点。

更深层次问题是是否存在"表观遗传代码",类似于明确界定的"遗传密码",这决定在 DNA 中的信息如何转化为蛋白质序列。研究人员试图确定如果表观遗传标记相结合形成有一天将使它能够推断出每个基因的表达模式同样预测代码。

最近,科学家们一直感兴趣 lncRNAs 的生物学作用。尽管现行的模型是 lncRNAs 帮助招聘表观遗传因素对基因组的特定位置,其确切的机制,以及是否所有的 lncRNAs 功能类似,仍然正在研究。

最后,由于表观遗传标记是化学的"加载项",不只是复制和 DNA,科学家正在设法了解如何标记继续通过细胞几代人。更具争议性的是某些表观遗传过程的潜在跨代继承。因为它观察表观遗传标记是大幅擦除或"重新编程",早在胚胎发生,并再次在配子形成的过程中,如何以及是否这些跨代的现象实际上发生仍然激烈辩论。

现在让我们看看正在使用的表观遗传学研究中的一些工具。

DNA 甲基化最常用测定亚硫酸分析,这个过程将更改非甲基化胞嘧啶残基为尿嘧啶,然后检测为胸腺嘧啶在测序反应。比较序列之前和之后亚硫酸处理使得研究人员能够识别 DNA 甲基化的位置。另一种方法来测定 DNA 甲基化状态是消化 DNA 的只能削非甲基化的 DNA 甲基化敏感的限制酶。

免疫共沉淀或拉技术,用于标识与特定功能相关的 DNA 或 RNA 序列。染色质免疫沉淀或芯片,分离 DNA 受特定蛋白因子或组蛋白修饰,其序列信息然后可以分析应用 PCR 和测序。

另一方面,甲基化 DNA 免疫共沉淀或 MeDIP,用于分离和富集甲基化的 DNA。免疫沉淀 RNA,或 RIP 和由 RNA 净化或啁啾,染色质隔离可以分别确定蛋白质伙伴的非编码 RNA 或其基因组绑定位置。

基于技术。在此实验中,荧光原位杂交技术 Xist rna 结合免疫荧光法对已知组蛋白修饰。对 lncRNA 和组蛋白标记然后可以"共同本地化",揭示可能的功能关系。

你刚看了表观遗传学的朱庇特的概述。在这个视频中,我们看着的表观遗传学,一些突出的问题和工具的字段和表观遗传学研究的具体例子领域的历史。一如既往,感谢您收看 !

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