• 广义上,可认为表观遗传学是在不改变潜在的 DNA 序列的情况下产生表型的一系列现象。考虑到多细胞生物体内的绝大多数细胞具有相同的基因型,但表现出不同的细胞功能,具有稳定的并且在许多情况下可遗传的不同基因表达谱。因此,生物体的表观遗传景观是细胞分化的重要功能,关于这些过程还有许多需要了解的地方。Bioline 提供一套分子工具、蛋白质组学试剂、检测板和完整的检测设计服务,以支持表观遗传领域的研究工作。

    表观遗传学 - 动态和整体调控机制

    我们的基因组并不处于静止状态,虽然我们的基因型对结果表型有强烈的影响,但基因功能和表达方式有许多差异,这些差异不能仅归因于 DNA 序列的变化或差异。

    研究已经发现一系列的表观遗传过程,这些表观遗传过程可以合成后修饰 DNA 或者与和 DNA 密切相关的蛋白质相互作用,控制转录过程并最终将蛋白质翻译到随后的表型。这些机制包括一系列影响染色质结构、随后的 DNA 压缩和染色体形成的组蛋白修饰,从而控制转录机制的基因可用性。

    DNA 的甲基化模式也被确定为基因激活/失活的强烈驱动因素。哺乳动物基因组中几乎所有的 DNA 甲基化都发生在 CpG 二核苷酸的胞嘧啶残基和已甲基化并与转录抑制相关的高密度 CpG 区(或 CpG 岛)。研究显示 DNA 甲基化可在包括 X 染色体灭活在内的重要细胞过程中发挥作用,且在癌症之类的疾病中发现了甲基化状态的改变。DNA 甲基化模式可以因环境因素(例如饮食或毒素暴露)而改变,研究显示这些适应性改变中的一些可传递给后代。有多种检测和定量 DNA 甲基化的方法,包括 PCR、实时 PCR 或高分辨率熔解曲线 (HRM) 分析,Bioline 可提供试剂和试剂盒来支持这些领域的研究。

    研究者已经将 RNA,尤其是非编码 RNA (ncRNA) 的作用确定为多重表观遗传事件的主要控制因素。除了涉及编码 RNA 处理的已确定功能性 RNA(mRNA、tRNA 和 rRNA)和相关小核和核仁(snRNA 和 snoRNA)RNA(剪接和修饰 RNA 核苷酸)之外,研究还发现其他小的 ncRNA,例如微小 RNA (miRNA) 和短链干扰 RNA (siRNA) 也在表观遗传机制中起作用 - 涉及靶 mRNA 和染色质的调控。长链非编码 RNA 也涉及基因调控,因此存在完整的与表观遗传过程密切相关的 ncRNA 网络。要研究这些因素,可以使用深度基因组测序方法,以及靶向 PCR 或 qPCR 检测法检测、鉴定或定量各种 ncRNA 元件,对此,Bioline 为表观遗传学研究提供了一系列分子工具。
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    表观遗传学 - miRNA 的作用

    在 miRBase 序列数据库中,目前有超过 2,000 种不同的短单链 RNA 分子被确定为独特的人类成熟 miRNA。

    与 RNA 诱导的沉默复合体 (RISC) 结合后,这些 miRNA 复合体与靶 mRNA 相互作用以诱导降解或裂解,或阻断翻译 - 因此 miRNA 是转录后基因表达的关键表观遗传调控因子。由于涉及许多关键的细胞功能,如分化、增殖和凋亡,miRNA 的研究及其机制对于了解正常细胞发育以及异常疾病状态至关重要。

    除了由 miRNA 活性调控的全部生理和病理生理功能之外,研究还显示 miRNA 是其他表观遗传学机制(如 DNA 甲基转移酶和组蛋白脱乙酰酶)的重要调控因子。相反,DNA 甲基化和组蛋白修饰与某些 miRNA 的表达调控有关,也有证据显示 miRNA 可调控其他 miRNA - 因此存在表观遗传学-miRNA 调控回路,产生涉及反馈机制和自我调控元件的复杂基因表达过程。miRNA 的调控景观远未明确,关于 miRNA 的表达及其随后的调控作用还有待进一步了解。

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    表观遗传学 - 应用和挑战

    随着表观遗传驱动因素参与如此多的细胞过程,有许多应用可以研究各种 DNA 甲基化、组蛋白修饰或非编码 RNA 控制基因表达的机制。

    无论您是对整个基因组进行测序、分离核酸、扩增靶序列还是研究产生的蛋白质,Bioline 都具有单独的试剂、完整的试剂盒、单独设计的检测服务或即用型检测板来支持您的所有研究工作。

    表观遗传学和细胞分化机制。

    了解一个细胞如何成长为完整的多细胞生物仍然是一个难题,在生物体的整个生命过程中是如何建立和维持基因表达的组织特异性模式的?细胞如何解读信号传导线索以及干细胞如何保持其干细胞特性并将后代分化成不同的细胞系?鉴于该系统中的大部分细胞含有遗传上相同的物质,显然表观遗传因子在生物体发育过程中以及在整个生命中干细胞的更新和分化中起关键作用。关于胚胎发生背后的驱动因素,以及对细胞功能进行微调的信号和在生物体整个寿命期间基因表达的改变,还有许多需要了解的地方。尽管研究在这些过程中确定了关键基因和这些基因的调控因子,但很多参与的表观遗传因子同时也相互作用,并与本地和外部环境相互作用,以表达出定义我们每一个人的独特基因组合。

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    了解表观遗传

    细胞内的许多表观遗传改变只能单向进行,确保了细胞类型性质和活性的稳定,因此有明显的表观调控有丝分裂遗传的例子。

    存在 DNA 甲基化模式增殖的机制,但关于在细胞发育和分化过程中如何维持表观遗传的灵活性以及基于非 DNA 的表观遗传的了解还很少。减数分裂遗传甚至更具争议性;在哺乳动物的有性生殖过程中,表观基因组必须重新恢复到全能状态,为下一代的发育做好准备。鉴于此种体细胞表观遗传特征擦除,很难了解表观遗传改变如何才能跨代或通过减数分裂遗传。据报道,有趣的多代研究已经确定与环境暴露有关的后代中的特定表观遗传标记物和相关的表型特征,例如祖父母的饮食限制或毒素暴露,这表明可能确实存在跨代表观遗传作用。然而,该领域的许多研究都有争议,此类遗传的机制也未确定。我们的知识确实还存在很大不足,还需要坚持进行充满激情且谨慎的研究。

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    癌症中的表观遗传学和疾病状态

    鉴于其在许多重要的细胞功能中的关键作用,所以在许多癌症以及其他疾病状态中发现了异常表观遗传过程。研究者已经在多种癌症中发现 CpG 岛的超甲基化,该甲基化导致随后肿瘤抑制基因、DNA 修复基因或对正常细胞生长重要的其他过程的沉默。

    表观遗传因子也与伴有精神发育迟滞的遗传性疾病相关,如脆性 X 染色体综合征、普拉德-威利和雷特综合征。研究发现表观遗传可因外部环境因素而发生改变,因此,人们正在针对肥胖、糖尿病或心脏病等病症研究表观遗传学关联。虽然表观遗传状态和疾病之间有很多明确的相关性,但是还有更多结果不一的研究和难以复制的结果。个体内的细胞群之间的表观遗传改变存在巨大差异,跨细胞群尤其如此,这意味着许多疾病的表观遗传学研究提出的问题比他们回答的问题还多。此外,确定表观遗传学改变是疾病状态的原因还是后果通常很困难。尽管如此,随着继续对这些重要的调控元件及其在疾病中的作用进行更深入的了解,表观遗传分析将继续进行并且表观遗传疗法也在开发中。

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