Mindmap --- 表观遗传调控

现代分子生物学 思维导图 --- 真核生物基因表达调控之表观遗传调控。

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• 表观遗传调控
  • 发生在转录之前的，染色体水平上的结构调整
  • DNA修饰
    • DNA水平上的调控包括基因丢失、扩增、重排和移位等
    • 基因扩增
      • 是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使细胞在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要
    • 基因重排与变换
      • 将一个基因从远离启动子的地方移到较近的位点从而启动转录
    • DNA的甲基化
      • DNA甲基化主要形成5-甲基胞嘧啶(5mC)和少量的N6-甲基腺嘌呤 (6mA)及7-甲基鸟嘌呤(7mG)。真核生物中,5-甲基胞嘧啶主要出现在 CpG、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。
      • 能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变
      • DNA甲基化抑制基因转录机制
        • 甲基化引起DNA构型发生变化，B-DNA-->Z-DNA，不利于转录起始
        • 甲基的引入不利于模板与RNA聚合酶的结合，从而降低其体外转录活性
        • 对于弱启动子来说，稀少的甲基化就能使其完全失去转录活性
        • DNA甲基化还会提高突变频率
  • 组蛋白修饰
    • 组蛋白的乙酰化
      • 是一可逆的动态过程
      • 组蛋白的乙酰化能中和赖氨酸的正电荷；使得DNA结构变得疏松，从而导致基因的转录活化
      • 核心组蛋白的乙酰化：组蛋白乙酰基转移酶（Histone acetyletransferase，HAT）
        • 与转录有关
        • 与核小体组装以及染色质的结构有关
        • HAT 并不是染色质结合蛋白，但可以通过与其他蛋白相互作用来影响染色质的结构
    • 组蛋白的去乙酰化
      • 核心组蛋白的去乙酰化：组蛋白去乙酰化酶（Histone deacetylase，HDAC）
        • 负责去除组蛋白上的乙酰基团
        • Rpd3能特异性去除组蛋白上的乙酰基团,使 核小体相互靠近,并在转录共抑制子Sin3及R 的协同作用下,抑制基因转录。
    • 组蛋白的乙酰化及去乙酰化对基因表达的影响
      • 组蛋白的乙酰化的状态与基因表达有关
      • 组蛋白去乙酰化与基因活性的阻遏有关
      • 组蛋白乙酰基转移酶和去乙酰化酶只能有选择的影响一部分基因的转录
    • 组蛋白甲基化
      • 功能
        • 非组成型异染色质化；多发生在不同生长发育时期一些需要被沉默的基因区域。雌性随机失活的一条X染色体
        • 组成型异染色质化；通常发生在染色质中心粒、端粒区域，保持中心粒、端粒的异染色质化
        • 表观修饰的遗传；通过已经存在的标记招募相应甲基转移酶到染色质附近
        • 常表达染色质；比异染色质区更宽松的修饰环境
      • 组蛋白甲基转移酶
        • 不同的HMT催化不同的底物，酶催化中心的一些关键氨基酸所构成的不同的空间位阻决定该酶能够添加多少个甲基
      • 组蛋白去甲基化酶
        • 可以脱去组蛋白甲基化的一类酶
        • 主要有LSD1和JmjC家族去甲基化酶两类
        • 同一个去甲基化酶可以行使转录激活和转录抑制两种相反的功能，视与其合作的因子而定
  • RNA水平修饰
    • m6A甲基化酶
      • 真核生物的RNA上存在100+种化学修饰，然而只有少数的修饰方式广泛存在于mRNA上；m6A是较为常见的一类
      • m6A甲基化修饰是一个动态的过程
    • m6A修饰调控基因表达
      • 通过改变RNA的二级结构，使得某些RNA结合蛋白能够接近RNA序列，从而干扰m6A修饰的进行，进一步调控基因表达
      • RNA的二级结构改变也可调控基因的表达
    • m6A修饰对RNA代谢的影响
      • 可以通过影响mRNA的剪切、稳定性、核输出以及翻译等过程，最终影响基因的表达，调控多个生物学过程