有丝分裂中的表观遗传学遗传

有丝分裂中的表观遗传学遗传是指在每次体细胞分裂中，基因表达状态和染色质构象从母细胞传播到其两个子细胞的过程。它是稳定细胞身份的基础：当细胞分裂时，其后代不仅继承基因组，还继承了哪些基因开启和关闭的记忆，从而使分化的细胞系保持分化状态。

Definition

有丝分裂中的表观遗传学遗传是指可遗传的染色质状态或表达程序通过除DNA序列改变以外的机制，从分裂细胞传递给其子细胞，从而使子细胞重建亲代调控状态的过程。

Scope

本主题涵盖染色质状态如何经受住S期和有丝分裂的破坏性事件——组蛋白置换和稀释、转录的暂时性丧失以及染色体凝集——以及它们之后如何重建。它侧重于体细胞（有丝分裂）遗传，并将该主题视为分子和发育生物学，而非临床建议。

Core questions

• 当亲代组蛋白在两条子链上被稀释两倍时，染色质状态如何经受住DNA复制？
• 是什么使得自我永存的标记能够被恢复，而不是在连续分裂中逐渐丢失？
• 在有丝分裂中，当大多数转录被沉默时，转录记忆如何维持？

Key concepts

• 表达状态的有丝分裂遗传性
• 复制过程中组蛋白的循环利用和稀释
• 在下一个S期之前恢复标记
• 有丝分裂书签
• 细胞记忆的稳定性与可逆性

Key theories

稀释标记的自我模板恢复

由于亲代组蛋白及其修饰在两条子链之间分配并因此被稀释，忠实的遗传被认为依赖于识别残留亲代标记并将其复制到新沉积组蛋白上的写入酶，从而在下一次分裂前恢复完整的模式。

Mechanisms

在S期，复制叉前方的核小体被解离，亲代组蛋白被分配到两条子链上，在那里它们与新合成的组蛋白混合；这使任何修饰的密度减半。因此，忠实的遗传要求残留的亲代标记作为模板，指导新组蛋白的修饰，这通常通过由其自身产物招募的写入酶来实现。在有丝分裂中，凝集和大多数转录的关闭威胁着调控信息，一个提出的解决方案是有丝分裂书签（mitotic bookmarking），其中某些因子或标记与关键基因座保持关联，以标记它们以便快速重新激活。复制偶联的恢复和书签共同作用，使子细胞能够重建亲代染色质状态。

Clinical relevance

忠实有丝分裂遗传使分化细胞保持稳定，而这种忠实性的失败则在异常细胞状态的背景下进行讨论；因此，该主题出现在基础遗传学教学中。它描述了记忆是如何传播的，而不是个体诊断或治疗的基础。

History

二十世纪以来，通过对位置效应花斑、X染色体失活和多梳蛋白沉默的研究，积累了表达状态可以通过分裂持续存在的证据。随着组蛋白密码的提出以及对核小体及其标记在复制叉处行为的详细研究，分子框架变得更加紧密，这将有丝分裂遗传重新定义为每个细胞周期中恢复稀释信息的问题。

Debates

组蛋白修饰是真正可遗传的记忆载体，还是其他信号的下游产物？

组蛋白标记本身是否是自我繁殖的遗传单位，或者是否在每个周期中通过序列特异性因子和DNA甲基化重新建立，仍然存在争议；在不同的系统中，读写循环的恢复和上游调节因子的重新指导都得到了支持。

Key figures

• Genevieve Almouzni
• Danny Reinberg
• Robin Allshire
• C. David Allis

Seminal works

• allis-jenuwein-2001
• probst-2009
• margueron-reinberg-2011

Frequently asked questions

当细胞分裂时，基因的开启/关闭状态是如何被记住的？

染色质标记和循环利用的亲代组蛋白被带到子链上作为模板，写入酶在复制后恢复完整的模式，从而使每个子细胞重建亲代表达状态。

什么是有丝分裂书签？

它是在有丝分裂期间，当大多数转录被关闭时，某些因子或标记保留在关键基因上，以便细胞退出分裂后这些基因能够快速重新激活。