表观遗传学与肿瘤ppt课件.ppt
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1、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物表观遗传学与肿瘤我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物表观遗传学概念 表观遗传学是研究不涉及DNA序列变化、可遗传的基因表达调控方式的学科; 一般来说, 细胞的基因组中除了DNA和RNA序列以外还有很多调控基因表达的信息, 虽然它们本身不会改变基因的序列, 但是可以通过对DNA的修饰、蛋白质与蛋白质、DNA和其他分子间的作用, 影响和调节基因的功能, 并且通过细胞
2、的分裂和增殖周期影响遗传, 这些都属于表观遗传学所研究的范畴。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物表观遗传概念与机制 表观遗传是指基因表达或蛋白表达改变不涉及基因DNA序列的变化、但可随细胞分裂和增殖而稳定遗传的现象。 表观遗传机制对于人体多种细胞的生长和分化都是重要的,如X染色体失活等一些正常细胞生理功能都由表观遗传所决定。 随着年龄的增长或环境的影响,细胞正常的表观遗传状态可能被打破,从而导致促癌基因的异常活化或抑癌基因的失活、促进肿瘤形成。 表观遗传修饰主要包括DNA及一些与DNA密切相关
3、的蛋白质的化学修饰,某些非编码的RNA也在表观遗传修饰中起重要作用;因此表观遗传修饰可从DNA、组蛋白、染色质及RNA等多个层面上调控基因的表达。 常见表观遗传修饰机制包括:基因组印记、DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA、染色质重塑我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物一、DNA甲基化与肿瘤 在早期发育阶段,甲基化和非甲基化交替 是细胞得以生长和分化的关键程序, 有保证细胞正常发育和基因组稳定性的重要作用 在正常细胞内,启动子区的胞嘧啶磷酸鸟嘌呤(CpG)呈非甲基化状态,而大多数散在分布的Cp
4、G二核苷酸常多发生甲基化。 DNA甲基化一般与基因的沉默有关,非甲基化则与基因的活化相关,去甲基化往往与沉默基因的重新激活有关。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 正常的甲基化对于维持机体的功能是必需的,如基因印记、X染色体失活、细胞分化、胚胎发育等;而异常的DNA甲基化则会引起疾病甚至肿瘤的发生,异常CpG的重新甲基化通常被认为是人类癌症发生的早期特征 人类肿瘤细胞株中,许多肿瘤相关基因5端启动子区CpG岛发生高甲基化,如某些抑癌基因、细胞周期调节基因、肿瘤转移抑制基因、DNA修复基因及血管
5、生成抑制基因。有些在不同的癌症中高甲基化,有些只在特定的癌症中甲基化; 恶性肿瘤的另一个特点是重复序列如卫星DNA和寄生DNA的甲基化程度降低,低甲基化的基因组不稳定、易突变; 在许多癌症中,细胞整体呈现低甲基化水平,并随着肿瘤进展,低甲基化水平加强;基因整体甲基化水平降低可增加某些基因表达,如ras、myc等原癌基因活化,形成突变热点、转座子异常表达、基因不稳定等,促进肿瘤发生我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 Paz等对人类12种肿瘤70多个肿瘤细胞系进行了15个基因的系统分析: 每种肿瘤
6、至少有1种基因启动子区发生高甲基化; 这种启动子甲基化具有肿瘤类型的特异性; 结直肠癌 DNA错配修复基因(hMLH1)、O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶(O6-MGMT)、金属蛋白酶组织抑制剂3(TIMP) 乳腺癌 仅O6-MGMT基因高甲基化 信号途径关键位置基因异常甲基化可导致该途径的异常激活或抑制 Wnt途径中的Wnt抑制因子-1(WIF-1)基因,编码蛋白与Wnt配体竞争卷曲蛋白受体的结合、阻断Wnt信号,为该途径的负反馈调节基因,该基因的异常高甲基化与鼻咽癌、膀胱癌、食管癌等多种肿瘤的发生有关我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到
7、愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 基因的CpG位点是自发突变的重要位点,人类肿瘤P53基因突变25%发生于该位点,结直肠癌者达50%我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 DNA甲基化与早期诊断:可以检测体液中某些基因的异常甲基化状态,为肿瘤的早期诊断。 如检测肺癌患者痰液中P16甲基化状态作为肺癌辅助诊断手段 检测粪便中分泌型卷曲相关蛋白2基因甲基化状态诊断结直肠癌 DNA甲基化与肿瘤发展及预后 结肠腺瘤性息肉病基因(APC)启动子甲基化可预示宫颈癌转移和复发、并提示患者处于高危状
8、态 肝癌细胞钙粘蛋白基因甲基化与血管浸润及肿瘤转移有关 基因异常甲基化还可与染色体缺失协同抑制基因表达,并且有互作效应我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 卷曲同系物9(FZD9)基因非甲基化、该位点染色体不发生缺失的骨髓增生异常综合征转化的急性髓系白血病患者 的1年总生存率约为90%;基因甲基化、且该位点染色体不发生缺失的患者1年总生存率约为75%;基因非甲基化且该位点染色体发生缺失的患者1年总生存率达40%左右,而基因甲基化、且该位点染色体发生缺失的患者1年总生存率仅15%左右。我吓了一跳,
9、蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物组蛋白修饰与肿瘤 染色质通常由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成,组蛋白是染色质的基本结构蛋白; 组蛋白的N-末端可通过甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等翻译后修饰,改变DNA与组蛋白之间的相互作用,影响染色质的松散与集缩,从而激活或抑制转录,其中以组蛋白甲基化、乙酰化尤为重要; 组蛋白乙酰化是由组蛋白乙酰基转移酶(HAT)和组蛋白去乙酰基酶(HDAC)协调催化完成; 修饰的部位一般位于N-末端的赖氨酸残基,如H3上的9号和14号、H4上的5、8、12、16号;我吓了
10、一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 组蛋白乙酰化是一个可逆的动力学过程,可以调节基因的转录; 组蛋白的末端赖氨酸残基高乙酰化与染色质松散及转录激活有关,低乙酰化与基因沉默或抑制有关。组蛋白乙酰基转移酶催化组蛋白尾部的赖氨酸残基乙酰化,导致局部DNA与组蛋白八聚体的紧密缠绕被解开,使各种转录因子能与DNA调控元件相结合,促使基因发生转录; 组蛋白去乙酰化酶异常结合到启动子区,从而抑制正常功能基因的转录也可能是恶性肿瘤发生的机制之一我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界
11、里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 组蛋白甲基化 甲基化位点多位于组蛋白H3、H4的赖氨酸或精氨酸残基,由组蛋白赖氨酸甲基转移酶催化 ,而去甲基化由赖氨酸去甲基酶催化; 赖氨酸可单、双、三甲基化,精氨酸可单、双甲基化,增加了组蛋白修饰的复杂性 通过组蛋白甲基化的位置,可判断基因是被激活还是抑制 H3-K9和H4-K20甲基化与基因沉默有关;H3-K4、K36、K79甲基化可使基因激活 组蛋白修饰能够引起核小体结构的变化, 导致染色质重塑, 影响各类转录因子与DNA的结合, 进而影响基因的转录。 组蛋白乙酰化对于维持组蛋白的功能和DNA转录是必需的, 组蛋白乙酰化的
12、失衡将引起相应的染色体结构和基因转录水平的改变,影响细胞周期、分化及凋亡, 并可导致肿瘤的发生我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 染色质重塑: 指染色质位置、结构的变化,包括紧缩的染色质丝在与核小体连接处发生松动,造成染色质的解压缩,从而暴露基因转录启动子区中的顺式作用元件,为反式作用因子与之结合提供可能。 两类结构介导:ATP依赖的核小体重塑复合体,通过水解作用改变核小体构型;组蛋白共价修饰复合体,催化对核心组蛋白N-末端尾部进行共价修饰,改变核小体构型,为其它蛋白提供与DNA作用的结合位点
13、; 动态的染色质重塑是大多数以DNA为模板的生物学过程的基础,如基因转录、DNA的复制与修复、染色体浓缩与分离、细胞调亡等,因而异常的染色质重塑与肿瘤的发生与发展直接有关 不同的染色质重塑可导致不同的肿瘤,但其与肿瘤发生与发展的关系尚有待进一步探索我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 非编码RNA调控 非编码RNA分为长链非编码RNA和短链非编码RNA。长链非编码RNA在基因簇甚至整个染色体水平发挥顺式调节作用;短链RNA在基因组水平对基因表达发挥调控作用。 短链RNA能介导mRNA降解、诱导染
14、色质的结构的改变从而决定细胞的分化命运、对外源核酸序列有降解作用以保护本身的基因组,常见的短链RNA有小干涉RNA(Short interfering RNA,SiRNA)和微小RNA(MicroRNA, miRNA)。 干扰RNA:与真核生物mRNA编码区同源的外源性双链RNA (dsRNA)能特异性地诱导其同源mRNA的降解,导致相应基因的沉默,hx 现象称为RNA干扰(RNA i),RNA i依赖于小干扰RNA与靶序列之间严格的碱基配对,有很强的特异性; 微小RNA:由核内的Pri-miRNA在Rnase 核酸酶作用下加工成发夹状pre-miRNA,转运到胞质后在双链RNA特异性RNA内
15、切酶(Dicer)作用下被切割成双链miRNA。解链成单链后进入核糖蛋白复合体,参与对mRNA的切割或翻译抑制。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 RNA干扰分为两个阶段: 酶切启动阶段:外源双源RNA(dsRNA)通过外源导入、转基因、或者病毒感染等方式进入细胞后,专一性的双链RNA内切酶识别dsRNA并将其切成大量的碎片(siRNA),能识别同源的靶mRNA序列,启动RNA干扰; RISC形成:siRNA与特异性蛋白结合后解链,其反义链与核酶复合物结合,形成诱导RNA沉默的复合物(RNA
16、induced silencing complex, RISC)。RISC形成后结合到靶mRNA上,在RNA依赖的RNA聚合酶催化下形成dsRNA,后者又会在双链RNA内切酶作用下降解为siRNA。 siRNA天然的作用是封闭转座子,它们能在染色质水平、转录水平、转录后水平、基因水平对基因表达进行调控。 实验室研究表明,部分miRNA与多种肿瘤、癌症的发生密切有关。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物 不同表观遗传修饰之间的相互调控: 表观遗传修饰能从多个水平上调控基因的表达,而不同水平的调控之
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