发育中的表观遗传学

细胞如何形成并保持其身份，以及由DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质状态设定的基因表达的可遗传模式如何建立和维持。

Definition

发育中的表观遗传学是研究不改变DNA序列的基因表达可遗传变化——通过DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质组织介导——以及建立和维持细胞身份基础的基因表达状态的学科。

Scope

本主题涵盖了稳定发育基因表达状态的表观遗传机制：DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑，以及通过细胞分裂维持表达模式。它涉及基因组印记、X染色体失活、多梳和三胸系统在维持抑制和活跃状态中的作用，以及生殖系和早期胚胎中的表观遗传重编程。

Core questions

• 细胞类型特异性基因表达状态如何在细胞分裂中实现可遗传？
• DNA甲基化和组蛋白修饰如何将基因标记为活跃或沉默？
• 印记和X染色体失活等现象如何通过表观遗传学产生？
• 生殖系和早期胚胎中的表观基因组如何进行重编程？

Key concepts

• DNA甲基化
• 组蛋白修饰和染色质重塑
• 多梳和三胸维持系统
• 基因组印记和X染色体失活
• 生殖系中的表观遗传重编程

Key theories

通过染色质状态实现的细胞记忆

一旦基因表达程序建立，由多梳和三胸系统维持的基于染色质的标记通过细胞分裂保留抑制和活跃状态，提供细胞记忆，使细胞身份稳定而无需进一步指令。

Mechanisms

发育基因表达状态通过DNA和染色质的修饰得到强化。DNA甲基化通常标志基因的稳定沉默，而组蛋白修饰的组合则将基因标记为活跃或抑制，并招募维持这些状态的机制。多梳群蛋白使发育基因保持抑制状态，三胸群蛋白使其保持活跃状态，这两个系统都通过细胞分裂传播其标记，以提供细胞记忆。特殊的表观遗传过程建立了亲本来源特异性表达（基因组印记）并使女性的一个X染色体失活（X染色体失活）。在生殖系和早期胚胎中，大部分表观基因组被擦除并重新建立，从而重置代际间的发育潜能。

Clinical relevance

表观遗传调控紊乱是印记疾病的基础，并导致癌症和其他疾病，而表观遗传重编程是干细胞和克隆技术的核心。本条目旨在提供教育信息，不提供临床指导。

History

Waddington创造了“表观遗传学”一词，以描述基因如何产生已发育的生物体。X染色体失活的发现，以及后来对DNA甲基化和组蛋白标记的分子表征，为该领域奠定了机制基础。

Key figures

• Conrad Waddington
• Mary Lyon

Seminal works

• gilbert2016
• wolpert2015

Frequently asked questions

发育中的表观遗传学是什么意思？

它指的是在不改变DNA序列的情况下，通过DNA和包装DNA的蛋白质上的化学标记，实现基因开启或关闭的可遗传变化。

细胞如何记住它们的身份？

通过细胞分裂维持的基于染色质的标记充当细胞记忆，使正确的基因开启或关闭，从而使细胞及其后代保持其既定的身份。