2023-04-02 表观遗传修饰

1 概念

表观遗传修饰是指对基因表达的调控，通过化学修饰改变染色体上的DNA和蛋白质，从而影响基因的表达。这种修饰可以影响基因的转录、剪接、稳定性、翻译、核小体组装和染色质结构等多个层面，从而影响细胞的生理和病理过程，以及后代的表型。

2 类型常见的表观遗传修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA、RNA修饰和染色质重塑等。

2.1 DNA甲基化

DNA甲基化是指在DNA分子上加上一个甲基基团，从而改变DNA的化学性质和结构，影响基因的表达。通常发生在CpG二核苷酸上，可以抑制基因表达。这种修饰是由 DNA 甲基转移酶（DNMTs）催化完成的。人类有三种主要的 DNMTs，分别是 DNMT1、DNMT3A 和 DNMT3B。其中，DNMT1 主要负责维持甲基化模式，而 DNMT3A 和 DNMT3B 则负责新的甲基化。

2.2 组蛋白修饰

组蛋白修饰指对组蛋白进行翻译后修饰，包括乙酰化、甲基化、泛素化等，可以影响染色质的结构和紧密度，进而影响基因表达。组蛋白乙酰转移酶（HATs）和去乙酰化酶（HDACs）是实现组蛋白乙酰化和去乙酰化的关键酶类。组蛋白甲基转移酶（HMTs）和组蛋白去甲基化酶（HDMs）则是实现组蛋白甲基化和去甲基化的关键酶类。此外，泛素化酶（E3 ligases）和脱泛素化酶（deubiquitinases）是实现泛素化和去泛素化的关键酶类。

2.3 非编码RNA

非编码 RNA (ncRNA) 是由基因组转录而成的不编码蛋白质的 RNA 分子。它除了在转录和转录后水平上发挥作用外，还在基因表达的表观遗传学调控中发挥重要作用。根据 RNA 的长度，ncRNA 主要可分为小 ncRNA (18-200nt) 和长链非编码 RNA (lncRNA, ＞200nt)。典型的包括长非编码RNA（lncRNA）、短非编码RNA（如miRNA和siRNA）等。这些ncRNA通过与DNA、RNA和蛋白质相互作用，参与基因表达调控和染色质结构调节等生物学过程。例如，lncRNA可以通过调节基因的转录、剪接、稳定性和翻译等方式影响基因表达；而miRNA和siRNA则可以通过降解mRNA或抑制翻译来调节基因表达。

2.4 染色质重塑

染色质重塑是指通过改变染色质的结构和组成，从而影响基因表达的调控方式。染色质重塑通常包括以下几种方式：染色质去乙酰化：通过去除染色质上的乙酰基，从而使染色质更加紧密，难以被转录因子和RNA聚合酶等蛋白质识别和结合。染色质甲基化：类似于DNA甲基化，染色质上的甲基化可以影响染色质的结构和功能，从而影响基因表达。染色质重定位：染色质的定位和空间结构对基因表达的调控至关重要。染色质重定位通过改变染色质的空间位置和相互作用，从而影响基因的转录和调控。

2.5 RNA修饰

RNA修饰是指通过在RNA分子上加上化学基团来改变RNA的化学性质和结构，从而调节RNA的稳定性、转运、翻译和调控等方面。RNA分子可以被多种化学修饰，如N6-甲基腺嘌呤（m6A）、N1-甲基腺嘌呤（m1A）、5-羟甲基胞嘧啶（hm5C）等，这些修饰可以影响RNA的稳定性、翻译效率、可识别性等，进而影响基因表达。

m6A：真核生物mRNA中最丰富的内部修饰。它参与许多生物过程，如RNA剪接，稳定性和翻译。

m5C：发生在DNA和RNA中的修饰。它已被证明在RNA稳定性和翻译中发挥作用。

m1A：一种发生在tRNA和rRNA中的修饰。它已被证明在tRNA稳定性和翻译中发挥作用。

Ψ：假尿苷（Ψ）是最常见的RNA修饰。它已被证明在RNA结构和功能中发挥作用。

5hmC：是一种发生在DNA和RNA中的修饰。它已被证明在基因表达调控中发挥作用。

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