表观基因组学
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表观基因组学化学变化的研究,规范表达,或使用的整个集合DNA在一个生物体的分子细胞。这种遗传物质的集合被称为生物的基因组。基因组作为动态蓝图,直接或间接地使所有的合成大分子所需的生活。表观基因组学研究的规范表达这些蓝图。更准确地说,它是研究如何装修的时候,在哪里,为什么细胞DNA的特定区域有时可遗传的,有时临时方法为了激活或沉默特定基因的表达。这些修改的DNA,称为表观遗传变化,使健康细胞环境变化并做出反应区分在开发过程中。表观遗传修饰也使物种沉默寄生虫DNA元素,如转座子或逆转录酶病毒很久以前,入侵,现在作为永久存在基因组的闯入者。有时,然而,异常的表观遗传变化可以导致遗传或者后天失调。
表观基因组学的研究工具
也许研究DNA样本修改导致的表观遗传调控植物和动物是5′DNA的甲基化碱胞嘧啶(C),单个的共价连接甲基(ch3)到5号碳胞嘧啶。5′-底部methylcytosine丰富的基因组,一些基因组和基因组区域含有更多的5′-methylcytosines比其他人。能够识别的精确位置修改基地在基因组范围内被技术的发展成为可能酸性亚硫酸盐测序,由澳大利亚首次报道遗传学家玛丽安Frommer和他的同事在1992年。这种方法,使检测和定位的5′-methylcytosines DNA,利用了这一事实治疗DNA的化学亚硫酸氢引起的胞嘧啶脱氨基作用残留(脱氨基作用的损失胺(nh2]侧群)。这个过程化学转换胞核嘧啶为尿嘧啶(U)残留,唯一不同的是他们缺乏胺组。然而,5′-methylcytosine残留耐脱氨基作用和重亚硫酸盐处理后保持不变。作为一个结果,DNA测序bisulfite-treated和未经处理的DNA样本显示,胞核嘧啶甲基化在原始样本。在未经处理的样品,甲基化和nonmethylated胞核嘧啶是没有区别的,因为两个搭配鸟嘌呤(G)在测序反应中,因此读取胞嘧啶。然而在bisulfate-treated样本,而甲基胞核嘧啶继续与鸟嘌呤,一对nonmethylated胞核嘧啶,经过脱氨基作用成为尿嘧啶,现在搭配腺嘌呤(一)而不是鸟嘌呤,因此在测序反应的解释胸腺嘧啶尿嘧啶(T) DNA基地相关。
虽然强大的和准确的,酸性亚硫酸盐测序是开发和应用于1990年代传统DNA测序技术的约束限制。高通量DNA测序的改善,然而,打开门重亚硫酸盐测序基因组规模的应用程序。2009年,美国研究员瑞安李斯特和他的同事们在报告中第一次成功地使用这种方法来调查在全基因组表观遗传变化。科学家制造了一种单核苷酸初的地图5′-methylcytosines在人类胚胎的基因组干细胞,这是多能(能够导致许多不同的细胞类型),和胎儿成纤维细胞,这是有区别的。这项研究涉及178.5碱基的生成和分析(数十亿碱基对)的DNA序列,允许识别和调查的94%的胞核嘧啶人类基因组。
李斯特和同事们的研究结果表明,在成纤维细胞,99.98%的5′-methylcytosines位于在鸟嘌呤残留,在所谓的CpG (cytosine-phosphate-guanine)二核苷酸对。这种现象似乎是用这一事实来解释酶在脊椎动物认为添加甲基胞核嘧啶识别CpG二核苷酸对几乎完全。然而,在胚胎干细胞,methylcytosines不在CpG二核苷酸的25%;事实上,许多似乎是位于前腺嘌呤残留,在所谓的注册会计师(cytosine-phosphate-adenine)二核苷酸对。此外,这些non-CpG methylcytosines并不是随机分布的。李斯特和他的同事们发现,这些基地在积极丰富转录基因,特别是作为模板的链核糖核酸转录每一个基因。目前尚不清楚酶添加或删除从注册会计师或其他non-CpG甲基胞核嘧啶。目前也不清楚的不对称分布non-CpG methylcytosines观察人类干细胞基因组的原因或结果不对称转录水平。
甲基化的胞嘧啶残留可能是最好的研究基因组的表观遗传修饰,但它不是唯一的一个。其他DNA残留的化学修饰,或组蛋白蛋白质包,也导致表观遗传调控DNA的表达。高通量DNA测序会加上现有的方法,比如染色质免疫沉淀反应(芯片)更清楚的解释程度、分布和影响这些额外的修改。
表观基因组学在医学
先前技术表明,表观遗传的改变特定基因调节正常发展和众多的疾病过程,包括先天性或遗传性疾病等Rett综合症和癫痫,许多形式的癌症。新技术,使进一步的实验在基因组规模预计将显示额外信息的复杂性和重要性表观遗传变化,这可能导致表观遗传贡献疾病过程的新见解。这些知识可以被纳入新的诊断工具和治疗策略的发展。的确,一个分子的策略诊断的脆性X综合征测试甲基化胞核嘧啶上游的状态FMR1基因。在这种情况下,多余的启动子区域的甲基化胞核嘧啶FMR1基因表达的基因导致沉默,正是这种损失FMR1基因表达,导致脆性X综合症。
