经典表观遗传现象

位置花斑效应PEV

某些细胞由于染色体倒位或转座,导致有些基因移至异染色质附近,导致基因沉默

eg.果蝇存在红白相间的复眼;源于同一代酵母传代后会有红白相间的菌落

机制

>white基因由于基因倒位,移到异染色质附近,又由于组蛋白修饰,导致常染色质与异染色质的边界不清晰,所以呈现红白相间的复眼

>研究发现,若PEV修饰因子导致的沉默增强,则异染色质区域变多,果蝇的复眼呈白色,表明white基因完全沉默;若PEV修饰因子导致的沉默减弱,则异染色质区域变少,果蝇的复眼呈红色,表明white基因未被沉默

>后续研究发现,PEV修饰因子即Su(var)3-9,是组蛋白赖氨酸甲基转移酶KMT,它在染色体着丝粒附近发挥作用,使H3K9甲基化,HP1作为reader可识别H3K9me,甲基化的发生使该段基因沉默

>Su(var)4-29,也是KMT,使H4K20甲基化


Polycomb Silencing

细胞中有相同的DNA元件与蛋白因子,但表达模式不同且可遗传,即可保持基因沉默状态

eg.果蝇性梳一般位于前足,多梳突变体中,后足也有性梳;AbdA基因在果蝇腹部特异性表达的模式,在发育早期就已经建立

机制

>在多梳突变体中,果蝇的前足与后足都长出了性梳,表明在正常情况下,后足的性梳特异性沉默。

>HOX基因中的多梳响应元件PRE若与PRC2复合物结合,其中的Ez使H3K27甲基化,该甲基化位点被PRC1复合物中的PC识别,随后PRC1复合物中的Ring1b蛋白促使H2A泛素化,PRE在H3K27甲基化与H2A泛素化的双重作用下发生沉默

>HOX基因中的多梳相应元件PRE若与trxG复合物结合,其中的Ash1使H3K4甲基化,Brm介导染色质重塑,随后TFIID识别该甲基化位点,与GTF以及RNA Pol II组装形成PIC,从而PRE被激活转录


X inactivation

雌性哺乳动物的一条X染色体失活,在桑椹胚胎期:父源染色体印记失活;在原肠胚胎期:两条X染色体随机失活一条

机制

>印迹失活:父源染色体的H3K27甲基化修饰

>随机失活:率先转录出Xist的X染色体,会被转录出的Xist包裹,导致X基因沉默


Imprinting

只有来自特定亲代的基因才能表达,不能只依靠单亲传递遗传学性质。印记基因ICE只能从一个亲代单倍体中表达,总聚集成簇且共调控。

机制

>脊椎动物的DNA甲基化发生在散在的CpG位点。然而CpG岛大部分是非甲基化,只有印迹区与失活的X染色体例外「启动子的CpG甲基化导致基因沉默」

>DNA甲基化酶有三种

• Dnmt1:维持甲基化的酶,可恢复复制得的DNA的甲基化,当Dnmt3A缺失后可从头甲基化

• Dnmt3a/b:从头甲基化酶

• Dnmt2:RNA甲基化酶

「哺乳动物的DNA去甲基化酶尚未找到」

>父本母本的同一基因位点存在差异性甲基化区域DMR,DMR关系着其控制的基因是否表达

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