DNA甲基化和组蛋白修饰

DNA甲基化和组蛋白修饰是两种特征最明确的共价表观遗传标记系统。它们作用于DNA本身以及DNA缠绕的组蛋白，有助于建立基因表达模式，这些模式可以通过细胞分裂遗传，而无需改变潜在的DNA序列。该领域涵盖了化学标记、放置和移除这些标记的酶以及解读这些标记的蛋白质。

Definition

DNA甲基化和组蛋白修饰是对DNA碱基和组蛋白进行的共价、酶促可逆的化学改变，它们在不改变DNA序列的情况下调节染色质结构和基因转录，共同构成了表观遗传调控的核心层。

Scope

该领域旨在引导读者了解染色质上的共价标记：DNA中胞嘧啶的甲基化，以及组蛋白尾部的乙酰化、甲基化和相关修饰。它介绍了建立、解读和逆转这些标记的酶家族，以及这两个系统在机制上如何关联。每种标记和酶类别的详细处理将委托给主题条目；该领域本身是一个概览性介绍，不提供临床指导。

Sub-topics

• DNA甲基化
• DNA甲基转移酶和TET酶
• 组蛋白乙酰化
• 组蛋白甲基化
• 表观遗传标记的写入、读取和擦除

Core questions

• DNA和组蛋白上的共价标记如何影响基因是否被转录？
• 哪些酶家族放置、读取和移除这些标记，它们的活性是如何被靶向的？
• DNA甲基化和组蛋白修饰系统在机制上是如何耦合的？
• 这些标记如何通过DNA复制传播以产生表观遗传记忆？

Key concepts

• 共价染色质标记
• 5-甲基胞嘧啶
• 组蛋白尾部修饰
• 写入者、读取者和擦除者
• DNA甲基化和组蛋白标记之间的相互作用
• 可遗传的基因表达状态
• 异染色质和常染色质

Key theories

组蛋白密码假说

不同的组蛋白修饰组合被认为构成一个“密码”，由效应蛋白读取以指定染色质状态和转录结果，从而将基因组的信息容量扩展到DNA序列之外。

通过共价标记实现的表观遗传记忆

DNA甲基化模式通过复制后的维持性甲基转移酶传播，提供了一种机制，通过该机制，基因表达状态可以在细胞世代之间被记忆。

Mechanisms

染色质上有两个相互作用的层面。首先，甲基基团被添加到DNA中的胞嘧啶碱基上，主要是在CpG二核苷酸处，这可以招募抑制性复合物并稳定转录沉默。其次，组蛋白的N端尾部被乙酰基、甲基和其他基团修饰，这些修饰改变染色质的紧密程度，并为效应蛋白创建结合位点。这两个层面是相互关联的：甲基化的DNA和特定的组蛋白标记会相互招募对方的机器，从而强化抑制性或允许性状态。标记由“写入”酶放置，由“读取”模块识别，并由“擦除”酶移除，使系统具有动态性和可逆性。

Clinical relevance

共价表观遗传标记在许多疾病状态下会发生改变，理解它们是解释健康科学中表观遗传学和表观基因组学研究的基础。该领域描述了这些标记及其酶的组织方式，作为进一步研究的参考；它是描述性的，不作为个体诊断或治疗决策的依据。

Evidence & guidelines

该领域综合了染色质生物学的基础和综述性文献。DNA甲基化和组蛋白修饰系统之间的耦合及其在可遗传基因调控中的作用在分子生物学中已得到充分证实，尽管随着全基因组测序方法的成熟，特定的标记-功能分配仍在不断完善。

History

DNA甲基化可以携带可遗传调控信息的认识出现在20世纪70年代和80年代，Bird的综合研究将其确立为表观遗传记忆的基础。与此同时，组蛋白尾部被广泛且可逆地修饰的发现，由Strahl和Allis的“共价组蛋白修饰语言”明确提出，建立了第二个主要的标记系统。在接下来的二十年里，这两条线索汇聚成一个整合的染色质共价标记视图。

Key figures

• C. David Allis
• Thomas Jenuwein
• Adrian Bird
• Tony Kouzarides
• Howard Cedar

Seminal works

• bird-2002
• strahl-allis-2000
• kouzarides-2007
• cedar-bergman-2009

Frequently asked questions

DNA甲基化和组蛋白修饰会改变DNA序列吗？

不会。两者都是DNA碱基或组蛋白上的共价化学标记，它们在不改变潜在核苷酸序列的情况下影响基因表达和染色质结构，这正是它们被称为表观遗传的原因。

这两个标记系统之间有什么关系？

它们在机制上是耦合的：甲基化的DNA和特定的组蛋白修饰可以相互招募对方的酶和读取蛋白，从而使这两个系统强化共享的抑制性或允许性染色质状态。