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表觀遺傳學技術前沿 版權信息
- ISBN：9787030514950
- 條形碼：9787030514950 ; 978-7-03-051495-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
表觀遺傳學技術前沿 內(nèi)容簡介
生命是一個復雜的過程，"DNA-RNA-蛋白質(zhì)"這一中心法則不能解釋所有生命現(xiàn)象。表觀遺傳學是在這些例外的基礎之上發(fā)展而成的，是基于非基因序列改變所致基因表達水平變化，如DNA甲基化和染色質(zhì)重塑等。表觀遺傳學已經(jīng)部分顛覆了我們對生物結(jié)構和行為方式的理解。本書共分為七篇，主要內(nèi)容涵蓋DNA甲基化、組蛋自修飾、miRNA調(diào)控研究前沿和實驗技術。在闡述表觀遺傳學的基本知識的基礎上，結(jié)合本領域國內(nèi)外近期新科研成果。
表觀遺傳學技術前沿 目錄
目錄
**篇表觀遺傳學概述及分析方法
**章表觀遺傳學概述1
第二章DNA甲基化分析方法8
第三章組蛋白修飾分析方法15
第四章非編碼RNA相關分析方法19
第二篇基因表達檢測
第五章基因表達檢測概述26
第六章基因表達檢測方法27
**節(jié)RT-PCR技術27
第二節(jié)熒光定量PCR技術29
第三節(jié)原位雜交技術35
第四節(jié)定點突變技術41
第五節(jié)基因芯片43
第六節(jié)啟動子區(qū)活性分析50
第三篇miRNA檢測技術
第七章miRNA概述52
第八章miRNA檢測技術概述56
**節(jié)生物信息學56
第二節(jié)miRNA芯片技術59
第三節(jié)熒光定量PCR技術檢測miRNA62
第四節(jié)熒光素酶活性檢測技術68
第九章miRNA分析的應用70
第四篇蛋白質(zhì)檢測技術
第十章蛋白檢測概述82
第十一章蛋白檢測技術概要87
**節(jié)蛋白芯片技術87
第二節(jié)蛋白印跡技術91
第三節(jié)免疫熒光技術95
第四節(jié)免疫組化技術100
第五節(jié)ELISA技術103
第六節(jié)激光共聚焦技術115
第五篇DNA甲基化與組蛋白修飾檢測
第十二章DNA甲基化與組蛋白修飾概述119
第十三章DNA甲基化與組蛋白修飾方法概述136
**節(jié)生物信息學分析136
第二節(jié)DNA甲基化檢測——MSP法138
第三節(jié)DNA甲基化檢測——焦磷酸測序法141
第四節(jié)DNA甲基化檢測——DNA甲基化芯片技術145
第五節(jié)DNA甲基化檢測——質(zhì)譜技術147
第六節(jié)組蛋白甲基化檢測150
第七節(jié)組蛋白乙酰化檢測155
第八節(jié)組蛋白糖基化檢測158
第九節(jié)組蛋白泛素化檢測162
第十節(jié)組蛋白甲基化和組蛋白乙酰化位點特異性分析163
第六篇基因與蛋白相互作用檢測
第十四章基因與蛋白相互作用檢測概述166
第十五章基因與蛋白相互作用檢測方法概述167
**節(jié)生物信息學時代167
第二節(jié)ChIP技術172
第三節(jié)DNaseⅠ足跡實驗180
第四節(jié)甲基化干擾試驗181
第五節(jié)電泳遷移率變動實驗182
第六節(jié)Southern印跡雜交185
第七節(jié)表面等離子共振189
第八節(jié)酵母單雜交系統(tǒng)194
第九節(jié)噬菌體展示技術198
第十節(jié)核酸適體技術207
第十一節(jié)拉下實驗219
第七篇蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用
第十六章蛋白與蛋白相互作用概述221
第十七章蛋白與蛋白相互作用檢測方法概述229
**節(jié)生物信息學軟件預測237
第二節(jié)染色質(zhì)免疫共沉淀242
第三節(jié)印跡疊加或Far-Western印跡245
第四節(jié)GST融合蛋白純化技術245
第五節(jié)羥基蛋白質(zhì)足跡法249
第六節(jié)細菌雙雜交系統(tǒng)252
第七節(jié)酵母雙雜交技術255
第十八章蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用應用259
參考文獻260
**篇表觀遺傳學概述及分析方法
**章表觀遺傳學概述1
第二章DNA甲基化分析方法8
第三章組蛋白修飾分析方法15
第四章非編碼RNA相關分析方法19
第二篇基因表達檢測
第五章基因表達檢測概述26
第六章基因表達檢測方法27
**節(jié)RT-PCR技術27
第二節(jié)熒光定量PCR技術29
第三節(jié)原位雜交技術35
第四節(jié)定點突變技術41
第五節(jié)基因芯片43
第六節(jié)啟動子區(qū)活性分析50
第三篇miRNA檢測技術
第七章miRNA概述52
第八章miRNA檢測技術概述56
**節(jié)生物信息學56
第二節(jié)miRNA芯片技術59
第三節(jié)熒光定量PCR技術檢測miRNA62
第四節(jié)熒光素酶活性檢測技術68
第九章miRNA分析的應用70
第四篇蛋白質(zhì)檢測技術
第十章蛋白檢測概述82
第十一章蛋白檢測技術概要87
**節(jié)蛋白芯片技術87
第二節(jié)蛋白印跡技術91
第三節(jié)免疫熒光技術95
第四節(jié)免疫組化技術100
第五節(jié)ELISA技術103
第六節(jié)激光共聚焦技術115
第五篇DNA甲基化與組蛋白修飾檢測
第十二章DNA甲基化與組蛋白修飾概述119
第十三章DNA甲基化與組蛋白修飾方法概述136
**節(jié)生物信息學分析136
第二節(jié)DNA甲基化檢測——MSP法138
第三節(jié)DNA甲基化檢測——焦磷酸測序法141
第四節(jié)DNA甲基化檢測——DNA甲基化芯片技術145
第五節(jié)DNA甲基化檢測——質(zhì)譜技術147
第六節(jié)組蛋白甲基化檢測150
第七節(jié)組蛋白乙酰化檢測155
第八節(jié)組蛋白糖基化檢測158
第九節(jié)組蛋白泛素化檢測162
第十節(jié)組蛋白甲基化和組蛋白乙酰化位點特異性分析163
第六篇基因與蛋白相互作用檢測
第十四章基因與蛋白相互作用檢測概述166
第十五章基因與蛋白相互作用檢測方法概述167
**節(jié)生物信息學時代167
第二節(jié)ChIP技術172
第三節(jié)DNaseⅠ足跡實驗180
第四節(jié)甲基化干擾試驗181
第五節(jié)電泳遷移率變動實驗182
第六節(jié)Southern印跡雜交185
第七節(jié)表面等離子共振189
第八節(jié)酵母單雜交系統(tǒng)194
第九節(jié)噬菌體展示技術198
第十節(jié)核酸適體技術207
第十一節(jié)拉下實驗219
第七篇蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用
第十六章蛋白與蛋白相互作用概述221
第十七章蛋白與蛋白相互作用檢測方法概述229
**節(jié)生物信息學軟件預測237
第二節(jié)染色質(zhì)免疫共沉淀242
第三節(jié)印跡疊加或Far-Western印跡245
第四節(jié)GST融合蛋白純化技術245
第五節(jié)羥基蛋白質(zhì)足跡法249
第六節(jié)細菌雙雜交系統(tǒng)252
第七節(jié)酵母雙雜交技術255
第十八章蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用應用259
參考文獻260
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表觀遺傳學技術前沿 節(jié)選
**篇 表觀遺傳學概述及分析方法 **章 表觀遺傳學概述 表觀遺傳調(diào)控是當前分子遺傳學研究的熱點之一，同時也是基因表達調(diào)控的重要組成部分。目前其研究重點主要集中在組蛋白共價修飾、DNA甲基化、基因組印記、染色質(zhì)重塑和非編碼RNA等方面。目前，針對表觀遺傳修飾的研究方法取得了突飛猛進的進展，其表現(xiàn)在兩方面：一方面，方法的特異性和靈敏度都在不斷得到提高；另一方面，檢測表觀修飾的分析方法正在逐步從個別位點向高通量檢測的方向發(fā)展，同時由定性檢測向定量分析的方向發(fā)展。除此之外，隨著研究的發(fā)現(xiàn)，新一代測序技術的應用將大大推動表觀遺傳研究的發(fā)展，這些技術包括單分子納米孔測序法、單分子實時測序法等。近年來，隨著不斷深入研究，研究人員開發(fā)出各種研究方法以滿足不同類型研究的需要。本篇目的在于主要介紹目前已有的表觀基因組學研究方法并對其進行簡要總結(jié)和分析。 一、表觀遺傳學發(fā)展歷史 早在2000多年前古希臘哲學家亞里士多德在On the Generation of Animals一書中首先提出后生理論（the theory of epigenesis），它主要相對于先成論，其內(nèi)容是描述新器官的發(fā)育由未分化的團塊逐漸形成的。生物學家Waddington CH于1939年首先在《現(xiàn)代遺傳學導論》中提出了“epigenetics”這一術語，并于1942年將表觀遺傳學劃為生物學的一大分支，其是研究基因與決定表型的基因產(chǎn)物之間的因果關系。 科學家Hollidy R于1975年較為準確地描述了表觀遺傳學的基本信息。他認為表觀遺傳學不僅存在于發(fā)育過程中，而且可以在成體階段研究可遺傳的基因表達改變，這些信息能經(jīng)過減數(shù)分裂和有絲分裂在個體和細胞間世代傳遞，而不借助于DNA序列的改變，簡而言之，表觀遺傳是非DNA序列差異的核遺傳。 二、表觀遺傳學概念 所謂表觀遺傳學是指研究的生物通過調(diào)控基因表達，同時卻不改變基因序列所導致的遺傳現(xiàn)象的理論。表觀遺傳學研究的重點是基因表達的調(diào)控機制方式，包括組蛋白共價修飾、DNA甲基化、基因組印記、染色質(zhì)重塑和非編碼RNA等調(diào)控方式。該理論*早是在1939年由英國學者Waddington CH在其著作《現(xiàn)代遺傳學導論》中提出并形成的初步理論。表觀遺傳學是對經(jīng)典遺傳學的補充與進一步的發(fā)展，涉及何時、何地以何種方式去應用遺傳學信息。我們認識的基因組包括兩類遺傳信息：即表觀遺傳學信息及DNA序列遺傳信息。細胞及人體正常功能的維持均為這兩種信息互相影響、保持動態(tài)平衡的結(jié)果，如果這兩種因素的任何一種出現(xiàn)表達失衡，都有可能導致人體疾病的發(fā)生。因此，表觀遺傳學研究是生命科學中一個普遍而又至關重要、不可忽視的新的研究領域，其不僅在基因的表達、遺傳、調(diào)控方面發(fā)揮重要作用，而且在生命發(fā)育、免疫、炎癥、血管新生、衰老及再生醫(yī)學、腫瘤發(fā)生、變異性疾病的發(fā)生與防治中起著極其重要的作用（表1-1-1）。綜上所述，研究表觀遺傳學的重要性不亞于20世紀50年代沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構所引發(fā)的關于染色體上基因的研究。 表1-1-1 遺傳學與表觀遺傳學的比較 三、表觀遺傳學的主要調(diào)節(jié)機制 表觀遺傳學的主要調(diào)節(jié)機制方式包括DNA甲基化、組蛋白甲基化與乙酰化及非編碼RNA等三種方式。然而研究發(fā)現(xiàn)，機體生活的環(huán)境與這些調(diào)節(jié)機制的改變密切相關，每個生物個體都有特定的屬于自己的基因組與表觀基因組，表觀基因組是指在不改變DNA序列的情況下抑制或激活基因的表達，而這種由表觀基因組所調(diào)控的基因表達往往又受多種環(huán)境因素的影響。換句話說，機體日常呼吸的空氣、飲用的水、食用的食物、所處的環(huán)境當中所潛在因素的影響均可對基因表達的關閉或開啟產(chǎn)生巨大的影響和作用。因此，我們可以知道表觀遺傳學更加強調(diào)生活的環(huán)境對人體表觀遺傳因素的影響。 四、表觀遺傳學對基因的表達調(diào)控 （一）基因選擇性表達的調(diào)控 基因選擇性表達的調(diào)控包括DNA的甲基化、組蛋白的共價修飾、染色質(zhì)重塑、X染色體失活和基因印記等。 1. DNA甲基化（DNA methylation） 是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）的作用下將甲基添加在DNA分子中的堿基上，這是一種極為常見且重要的表觀遺傳現(xiàn)象。我們常見的DNA甲基化通常發(fā)生在甲基位上，同時也可以與DNA鏈上的胞嘧啶（C）第5位碳原子間的共價結(jié)合形成5-甲基胞嘧啶（5mC）（圖1-1-1）。除此以外，在腺嘌呤（A）N6位置可以引入一個甲基形成N6-甲基腺嘌呤（N6-mA），甲基化也可發(fā)生在此位點。研究證實，DNA甲基化在真核生物中主要發(fā)生在CpG二聯(lián)核苷酸上，也常在植物基因組CNN和CNG序列上發(fā)現(xiàn)，在生物體基因序列的某些區(qū)域，CpG序列達到很高的密度，可達均值的5倍以上，成為含有C和G的富集區(qū)，我們稱之為DNA序列海洋中的CpG島（CpG islands）。DNA甲基化作為表觀遺傳學*重要的調(diào)控現(xiàn)象之一，對基因的表達發(fā)揮著重要的調(diào)控功能，涉及轉(zhuǎn)座子擴散防御、異染色質(zhì)形成、源基因表達調(diào)控、基因印跡、細胞分化和轉(zhuǎn)基因沉默等，對生物的生命活動、新陳代謝有著重要的作用。 2. 組蛋白共價修飾（histone modification） 方式包括：乙酰化（acetylation）、甲基化（methylation）、核糖化（ribosylation）、磷酸化（phosphorylation）、類泛素化（sumoylation）和泛素化（ubiquitylation）等（圖1-1-2）。這些修飾共同構成了可以通過特殊解碼蛋白解讀的組蛋白密碼，并在解碼過程中發(fā)揮作用，從而影響基因表達。在這么多的組蛋白的修飾方式中乙酰化和甲基化主要發(fā)生在組蛋白賴氨酸（-lys）殘基上，研究發(fā)現(xiàn)乙酰化與轉(zhuǎn)錄激活有相關性；隨之發(fā)現(xiàn)的組蛋白的甲基化既可能與轉(zhuǎn)錄抑制相關，也可能與轉(zhuǎn)錄激活相關，抑制或激活取決于所添加的甲基基團數(shù)目以及存在的甲基化lys位點，其中每個lys殘基可以形成單甲基化、二甲基化、三甲基化三種形式（加上1～3個甲基基團）中的任意一種，每種形式都發(fā)揮其固有的、獨特的功能。組蛋白的磷酸化是另外一種極其重要的調(diào)控方式，在DNA修復、基因轉(zhuǎn)錄、染色質(zhì)凝聚及細胞凋亡等過程中發(fā)揮著重要作用。核糖化是指組蛋白H1、H2A、H2B及H3和多聚ADP-核糖的共價結(jié)合，研究者發(fā)現(xiàn)ADP-核糖基化是啟動真核細胞內(nèi)復制過程的扳機；而泛素化是指將被降解的蛋白質(zhì)連接上泛素標記，事實證明一些可以誘導基因啟動子區(qū)域的H2B組蛋白會被修飾以啟動基因表達；類泛素蛋白（small ubiquitin-like modifiers，SUMO）對蛋白質(zhì)的翻譯后修飾與蛋白質(zhì)的細胞內(nèi)定位、轉(zhuǎn)錄活性和穩(wěn)定性均有關，相關研究表明，其也可能參與異染色質(zhì)結(jié)構的調(diào)節(jié)。近些年來，人們逐漸認識到表觀遺傳在基因表達調(diào)控方面的重要作用，并研究出一系列檢測表觀遺傳修飾的方法，尤其是針對DNA甲基化和組蛋白修飾檢測方法這方面取得了較大進展，到目前為止，檢測方法的特異性和靈敏度都在不斷得到提高；同時，表觀修飾的檢測正在逐步從個別位點向高通量檢測的方向發(fā)展，逐步從定性檢測向定量分析轉(zhuǎn)向發(fā)展。 3. 染色質(zhì)重塑 是指染色質(zhì)結(jié)構和位置發(fā)生了變化，其主要涉及核小體在能量驅(qū)動下的重新排列或置換，結(jié)果便是它改變了基因啟動子區(qū)內(nèi)核小體的排列方式，增加了啟動子和基因轉(zhuǎn)錄裝置的可接近結(jié)合性。 真核生物遺傳學過程的物質(zhì)基礎均是染色質(zhì)，染色質(zhì)構型整體和局部的動態(tài)改變是基因功能調(diào)控的相關因素。研究表明，組蛋白N端尾巴修飾和染色質(zhì)重塑的發(fā)生密切相關，尤其是對組蛋白H3和H4的修飾調(diào)節(jié)。組蛋白的修飾可以直接影響核小體的結(jié)構，同時也為其他蛋白提供了DNA作用的結(jié)合位點。目前，染色質(zhì)重塑主要包括兩種類型：一類是依賴ATP的物理修飾，即利用ATP水解后釋放的能量將DNA和組蛋白的結(jié)合分開，使轉(zhuǎn)錄能夠順利進行下去；另一類是含有組蛋白脫乙酰酶和乙酰轉(zhuǎn)移酶的化學修飾類型，即依靠水解ATP來提供所需的能量，使得染色質(zhì)重塑復合物可完成染色質(zhì)結(jié)構的改變，根據(jù)水解ATP的亞基不同，可將復合物分為ISW復合物、SWI/SNF復合物及其他類型的復合物。研究證實，這些復合物及相關的蛋白均與轉(zhuǎn)錄的抑制和激活、細胞周期、DNA修復及DNA的甲基化呈一定的相關性。 4. 基因印記 又稱遺傳印記，是指基因的表達與否取決于它們是在母源染色體上，還是在父源染色體上以及母源染色體或父源染色體上的基因是否發(fā)生沉默，繼而是如何表達出來。基因印記是通過生化途徑，在某個基因或基因組域上標記其雙親來源信息的生物學過程。研究表明，有些印記基因只從父源染色體上表達，相應地有些則只從母源染色體上表達。基因組印記可以是非共價標記（如核基因組定位，DNA-蛋白質(zhì)相互作用及DNA-RNA相互作用），也可以是共價標記（DNA甲基化）上的，印記的方法包括維持整個細胞周期中雙親表觀記號的、特化的、核內(nèi)酶的作用方法。研究者發(fā)現(xiàn)在胚胎中，來自不同親本的IGF2甲基化狀態(tài)不同，但成年后形成配子時，甲基化狀態(tài)就會發(fā)生重設，形成新的狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，基因組印記是一種正常的過程，這種現(xiàn)象在一些植物和低等動物中已被發(fā)現(xiàn)多年。通常，印記的基因只占人類基因組中的少數(shù)，可能不超過5%，但印記基因在胎兒的行為和生長發(fā)育中起著至關重要的作用，一旦不表達其作用大大受到抑制。大量研究發(fā)現(xiàn)，基因組印記病主要表現(xiàn)為生長遲緩、過度生長、行為異常、智力障礙等行為特征。目前，在腫瘤的研究中認為印記缺失是引起腫瘤*常見的遺傳學因素之一，受到廣大實驗者的重視。 （二）基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控 基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控物質(zhì)包括微小RNA（microRNA，miRNA）和小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA），兩者均為翻譯后進行修飾剪切形成的產(chǎn)物。 miRNA和siRNA均為非編碼的RNA。它們是兩種序列特異性轉(zhuǎn)錄后基因表達的調(diào)節(jié)因子。miRNA的長短與siRNA相似，均為22bp左右，多數(shù)miRNA具有高度的保守性、基因表達組織特異性和時序性三大特點。miRNA的研究已成為當前生物醫(yī)學研究的前沿熱點之一，尤其是miRNA與腫瘤的關聯(lián)日漸成為人們關注的重點方向，針對miRNA與腫瘤的治療產(chǎn)生了特異性的靶點。如果某一miRNA特異性表達于某一腫瘤，那么該miRNA就可用于腫瘤的早期預測，也可特異性導入某一miRNA或特異性敲除某一miRNA來用于腫瘤的治療，這些目前均已開始應用到臨床，如圖1-1-3所示為miRNA的研究思路。除此之外，DNA甲基化、組蛋白乙酰化等方面也與miRNA之間存在相互影響，因而這些構成了細胞基因調(diào)控系統(tǒng)*為復雜的調(diào)控網(wǎng)絡。自從科學家沃森和克里克對DNA結(jié)構進行了完美的闡釋后，從某種疾病發(fā)病機制的研究到疾病治療方案或方法的確定，使生命科學從此踏入了基因時代，引來了時代的新潮。隨之人類基因組計劃（human genome project，HGP）成果的公布，把全世界幾十年的目光都聚焦在以中心法則為核心的染色體基因組學上。直到表觀遺傳的提出，這無疑是為基因組學的研究開拓了一個新的領域。目前，表觀遺傳學已成為*新、*炙手可熱的研究熱點。研究人員發(fā)現(xiàn)，表觀遺傳學可以從更微觀的視角、從更深的層次來解釋許多目前基因組學無法解釋的難題，攻克更多的問題，如同卵雙生的兄弟日后為何會產(chǎn)生如此大的差異，環(huán)境因素究竟如何影響性狀等方面。盡管迄今為止對表觀遺傳的研究仍然十分短暫，但人類已經(jīng)取得了一定的成就。 圖1-1-3 miRNA的研究思路 五、表觀遺傳學研究的應用進展 先前的研究發(fā)現(xiàn)多種疾病與表觀遺傳調(diào)控及表觀特征的變化息息相關，這些疾病的遺傳特點不能夠用精確的遺傳方式來解釋，同時隨著年齡的增長，相關疾病會出現(xiàn)由于表觀遺傳變化的持續(xù)傳遞，隨之出現(xiàn)長期積累而患病率增高的現(xiàn)象，這些會嚴重影響人們的生活質(zhì)量及水平。由于表觀遺傳具有可逆性這
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