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表觀遺傳學(xué)現(xiàn)象范文第1篇

基因表達(dá)正確與否，既受控于DNA序列，又受制于表觀遺傳學(xué)信息。表觀遺傳學(xué)主要通過(guò)DNA的甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑和非編碼RNA調(diào)控等方式控制基因表達(dá)。近年發(fā)現(xiàn)，副突變也包含有表觀遺傳性質(zhì)的變化。

1.DNA甲基化

DNA甲基化是由酶介導(dǎo)的一種化學(xué)修飾，即將甲基選擇性地添加到蛋白質(zhì)、DNA或RNA上，雖未改變核苷酸順序及組成，但基因表達(dá)卻受影響。其修飾有多種方式，即被修飾位點(diǎn)的堿基可以是腺嘌呤N-6位、胞嘧啶的N-4位、鳥(niǎo)嘌呤的N-7位和胞嘧啶的C-5位，分別由不同的DNA甲基化酶催化。在真核生物DNA中，5-甲基胞嘧啶是唯一存在的化學(xué)性修飾堿基，CG二核苷酸是最主要的甲基化位點(diǎn)。DNA甲基化時(shí)，胞嘧啶從DNA雙螺旋突出，進(jìn)入能與酶結(jié)合的裂隙中，在胞嘧啶甲基轉(zhuǎn)移酶催化下，有活性的甲基從S-腺苷甲硫氨酸轉(zhuǎn)移至胞嘧啶5-位上，形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。DNA甲基化不僅可影響細(xì)胞基因的表達(dá)，而且這種影響還可隨細(xì)胞分裂而遺傳并持續(xù)下去。因此，它是一類(lèi)高于基因水平的基因調(diào)控機(jī)制，是將基因型與表型聯(lián)系起來(lái)的一條紐帶。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞的基因組DNA中，約有3%～5%的胞嘧啶是以5-甲基胞嘧啶形式存在的，同時(shí)70%的5-甲基胞嘧啶參與了CpG序列的形成，而非甲基化的CpG序列則與管家基因以及組織特異性表達(dá)基因有關(guān)。因而CpG的甲基化與否在基因的表達(dá)中起重要作用。高度甲基化的基因，如女性?xún)蓷lX染色體中的一條處于失活狀態(tài)，而為細(xì)胞存活所需一直處于活性轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的持家基因則始終處于低水平的甲基化。在生物發(fā)育的某一階段或細(xì)胞分化的某種狀態(tài)下，原先處于甲基化狀態(tài)的基因，也可以被誘導(dǎo)去除甲基化，而出現(xiàn)轉(zhuǎn)錄活性。

2.組蛋白修飾

組蛋白是真核生物染色體的基本結(jié)構(gòu)蛋白，是一類(lèi)小分子堿性蛋白質(zhì)。組蛋白有兩個(gè)活性末端：羧基端和氨基端。羧基端與組蛋白分子間的相互作用和DNA纏繞有關(guān)，而氨基端則與其他調(diào)節(jié)蛋白和DNA作用有關(guān)，且富含賴(lài)氨酸，具有極度精細(xì)的變化區(qū)，這類(lèi)變化由乙酰化、磷酸化、甲基化等共價(jià)修飾引起。這些修飾可作為一種標(biāo)記或語(yǔ)言，是“組蛋白密碼”的基本組成元素。這種組蛋白密碼可被一系列特定的蛋白質(zhì)所識(shí)別，并將其轉(zhuǎn)譯成一種特定的染色質(zhì)狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定基因的調(diào)節(jié)，這顯著地?cái)U(kuò)大了遺傳密碼的信息儲(chǔ)存量。

3.染色質(zhì)重塑

真核生物染色質(zhì)是一切遺傳學(xué)過(guò)程的物質(zhì)基礎(chǔ)，染色質(zhì)構(gòu)型局部和整體的動(dòng)態(tài)改變，是基因功能調(diào)控的關(guān)鍵因素。染色體重塑是指染色質(zhì)位置和結(jié)構(gòu)的變化，主要涉及在能量驅(qū)動(dòng)下核小體的置換或重新排列，它改變了核小體在基因啟動(dòng)子區(qū)的排列，增加了基因轉(zhuǎn)錄裝置和啟動(dòng)子的可接近性。染色質(zhì)重塑的發(fā)生和組蛋白N端尾巴修飾密切相關(guān)，尤其是對(duì)組蛋白H3和H4的修飾。修飾直接影響核小體的結(jié)構(gòu)，并為其他蛋白提供了和DNA作用的結(jié)合位點(diǎn)。染色質(zhì)重塑主要包括兩種類(lèi)型：一類(lèi)是含有組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶和脫乙酰酶的化學(xué)修飾;另一類(lèi)是依賴(lài)ATP的物理修飾，利用ATP水解釋放的能量解開(kāi)組蛋白和DNA的結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄得以進(jìn)行。

4.非編碼RNA

調(diào)控有多種功能性非編碼RNA可對(duì)基因表達(dá)水平進(jìn)行干擾。各種生物中雙鏈RNA（dsRNA）可通過(guò)不同途徑被分割成小的干涉RNA（siRNA）或RNAi。RNA干涉（RNAi）屬于轉(zhuǎn)錄后基因沉默，它可使轉(zhuǎn)錄后的同源mRNA降解，使同系的DNA序列發(fā)生修飾性變化（甲基化），使rRNA甲基化，從而使目的基因表達(dá)沉默。

5.副突變

副突變是指一個(gè)等位基因可以使其同源基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生穩(wěn)定可遺傳變化，即一個(gè)等位基因被另外一個(gè)等位基因在轉(zhuǎn)錄水平上被沉默且這種能力可遺傳。這種現(xiàn)象是1956年R.A.Brink在研究玉米的R基因座位時(shí)發(fā)現(xiàn)的。此后在其他植物、真菌甚至小鼠中發(fā)現(xiàn)。

二、遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)的關(guān)系

傳統(tǒng)遺傳學(xué)認(rèn)為遺傳信息儲(chǔ)存于DNA的序列中，它主要研究基因序列改變所致的基因表達(dá)水平的變化，是基因質(zhì)的變化;表觀遺傳學(xué)則認(rèn)為遺傳信息是DNA甲基化形式和組蛋白密碼、RNA干涉等，它實(shí)際上是以基因表達(dá)水平為主的量變遺傳學(xué)。表觀遺傳變異也能遺傳，并具重要的表型效應(yīng)，但其不同于基因突變。在整個(gè)生命過(guò)程中，表觀遺傳學(xué)機(jī)制能對(duì)激素、生長(zhǎng)因子等調(diào)節(jié)分子傳遞的環(huán)境信息在不改變DNA序列的情況下做出反應(yīng)。因此，只有二者彼此協(xié)同，生命過(guò)程才能按序正常進(jìn)行，否則就會(huì)出現(xiàn)異常。由此可見(jiàn)，遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)系統(tǒng)既相區(qū)別、彼此影響，又相輔相成，共同確保細(xì)胞的正常功能。

三、表觀遺傳學(xué)研究的應(yīng)用前景

表觀遺傳學(xué)補(bǔ)充了“中心法則”忽略的兩個(gè)問(wèn)題，即哪些因素決定了基因的正常轉(zhuǎn)錄和翻譯以及核酸并不是存儲(chǔ)遺傳信息的唯一載體;在分子水平上，表觀遺傳學(xué)解釋了DNA序列所不能解釋的諸多奇怪的現(xiàn)象。例如，同一等位基因可因親源性別不同而產(chǎn)生不同的基因印記疾病，疾病嚴(yán)重程度也可因親源性別而異。表觀遺傳學(xué)信息還可直接與藥物、飲食、生活習(xí)慣和環(huán)境因素等聯(lián)系起來(lái)，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)能夠通過(guò)改變表觀遺傳以導(dǎo)致癌癥發(fā)生，尤其是維生素和必需氨基酸。

表觀遺傳學(xué)現(xiàn)象范文第2篇

1 DNA甲基化和組蛋白乙酰化

1.1 DNA甲基化 DNA甲基化是指在DNA復(fù)制以后,在DNA甲基化酶的作用下,將S-腺苷甲硫氨酸分子上的甲基轉(zhuǎn)移到DNA分子中胞嘧啶殘基的第5位碳原子上,隨著甲基向DNA分子的引入,改變了DNA分子的構(gòu)象,直接或通過(guò)序列特異性甲基化蛋白、甲基化結(jié)合蛋白間接影響轉(zhuǎn)錄因子與基因調(diào)控區(qū)的結(jié)合。目前發(fā)現(xiàn)的DNA甲基化酶有兩種:一種是維持甲基轉(zhuǎn)移酶;另一種是重新甲基轉(zhuǎn)移酶。

1.2 組蛋白乙?；?染色質(zhì)的基本單位為核小體,核小體是由組蛋白八聚體和DNA纏繞而成。組蛋白乙?；潜碛^遺傳學(xué)修飾的另一主要方式,它屬于一種可逆的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

1.3 DNA甲基化與組蛋白乙?；年P(guān)系 由于組蛋白去乙?；虳NA甲基化一樣,可以導(dǎo)致基因沉默,學(xué)者們認(rèn)為兩者之間存在串?dāng)_現(xiàn)象。

2 表觀遺傳學(xué)修飾與惡性腫瘤耐藥

2.1 基因下調(diào)導(dǎo)致耐藥 在惡性腫瘤中有一些抑癌基因和凋亡信號(hào)通路的基因通過(guò)表觀遺傳學(xué)修飾的機(jī)制下調(diào),并與化療耐藥有關(guān)。其中研究比較確切的一個(gè)基因是hMLH1,它編碼DNA錯(cuò)配修復(fù)酶。此外,由于表觀遺傳學(xué)修飾造成下調(diào)的基因,均可導(dǎo)致惡性腫瘤耐藥。

2.2 基因上調(diào)導(dǎo)致耐藥 在惡性腫瘤中,表觀遺傳學(xué)修飾的改變也可導(dǎo)致一些基因的上調(diào),包括與細(xì)胞增殖和存活相關(guān)的基因。上調(diào)基因FANCF編碼一種相對(duì)分子質(zhì)量為42000的蛋白質(zhì),與腫瘤的易感性相關(guān)。2003年,Taniguchi等證實(shí)在卵巢惡性腫瘤獲得耐藥的過(guò)程中,FANCF基因發(fā)生DNA去甲基化和重新表達(dá)。另一個(gè)上調(diào)基因Synuclein-γ與腫瘤轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。同樣,由表觀遺傳學(xué)修飾導(dǎo)致的MDR-1基因的上調(diào)也參與卵巢惡性腫瘤耐藥的形成。

3 表觀遺傳學(xué)修飾機(jī)制在腫瘤治療中的應(yīng)用

3.1 DNA甲基化抑制劑 目前了解最深入的甲基化抑制劑是5-氮雜脫氧胞苷(5-aza-dc)。較5-氮雜胞苷(5-aza-C)相比,5-aza-dc首先插入DNA,細(xì)胞毒性比較低,并且能夠逆轉(zhuǎn)組蛋白八聚體中H3的第9位賴(lài)氨酸的甲基化。有關(guān)5-aza-dc治療卵巢惡性腫瘤的體外實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,它能夠恢復(fù)一些沉默基因的表達(dá),并且可以恢復(fù)對(duì)順柏的敏感性,其中最引人注目的是hMLH1基因。有關(guān)地西他濱(DAC)治療的臨床試驗(yàn),研究結(jié)果顯示,結(jié)果顯示:DAC是一種有效的治療耐藥性復(fù)發(fā)性惡性腫瘤的藥物。 3.2 HDAC抑制劑 由于組蛋白去乙酰化是基因沉默的另一機(jī)制,使用HDAC抑制劑(HDACI)是使表觀遺傳學(xué)修飾的基因重新表達(dá)的又一策略。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu),可將HDACI分為短鏈脂肪酸類(lèi)、氯肟酸類(lèi)、環(huán)形肽類(lèi)、苯酸胺類(lèi)等4類(lèi)。丁酸苯酯(PB)和丙戊酸(VPA)屬短鏈脂肪酸類(lèi)。PB是臨床前研究最深入的一種HDACI,在包括卵巢惡性腫瘤在內(nèi)的實(shí)體腫瘤(21例)Ⅰ期臨床試驗(yàn)中有3例患者分別有4~7個(gè)月的腫瘤無(wú)進(jìn)展期,其不良反應(yīng)是短期記憶缺失、意識(shí)障礙、眩暈、嘔吐。因此,其臨床有效性仍有待于進(jìn)一步在Ⅰ、Ⅱ期臨床試驗(yàn)中確定。在VPA的臨床試驗(yàn)中,Kuendgen等在對(duì)不同類(lèi)型血液系統(tǒng)腫瘤中使用VPA進(jìn)行了Ⅱ期臨床試驗(yàn),結(jié)果顯示,不同的患者有效率差異甚遠(yuǎn)。辛二酰苯胺異羥肟酸(SAHA)是氯肟酸類(lèi)中研究較深入的一種HDACI。其研究表明,體內(nèi)使用安全劑量SAHA時(shí),可有效抑制生物靶點(diǎn),發(fā)揮抗腫瘤活性。大量體外研究結(jié)果顯示,聯(lián)合使用DNA甲基化抑制劑和HDACI會(huì)起到更明顯的協(xié)同作用。

3.3 逆轉(zhuǎn)耐藥的治療 Balch等使用甲基化抑制劑—5-aza-dc或zebularine處理卵巢惡性腫瘤順柏耐藥細(xì)胞后給予順柏治療,發(fā)現(xiàn)此細(xì)胞對(duì)順柏的敏感性分別增加5、16倍。在臨床試驗(yàn)中,Oki等將DAC和伊馬替尼(imatinib)聯(lián)合使用治療白血病耐藥患者,結(jié)果說(shuō)明,應(yīng)用表觀遺傳學(xué)機(jī)制治療惡性腫瘤確實(shí)可以對(duì)化療藥物起到增敏作用,并且在一定范圍內(nèi)其療效與體內(nèi)表觀遺傳學(xué)的改變呈正比。Kuendgen和Pilatrino等對(duì)HDACI和化療藥物的給藥順序進(jìn)行研究,結(jié)果顯示,在使用VPA達(dá)到一定血清濃度時(shí)加用全反式維甲酸可增加復(fù)發(fā)性髓性白血病和骨髓增生異常綜合征患者的臨床緩解率,這可能與VPA引起的表觀遺傳學(xué)改變?cè)黾踊颊邔?duì)藥物的敏感性有關(guān)。

表觀遺傳學(xué)現(xiàn)象范文第3篇

關(guān)鍵詞 硒 表觀遺傳修飾 表觀標(biāo)志物抑制劑 抗癌藥 開(kāi)發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：R979.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-1533（2017）03-0075-04

Selenium compounds ― looking forward to be developed as epigenetic targeting selenium-containing anti-tumor drugs*

ZHU Huiqiu1**， HUA Yan1， WANG Mingli2***

（1. Anhui Huaxin Pharmaceutical Co. Ltd.， Hefei 230000， China； 2. Anhui Medical University， HeFei 230032， China）

ABSTRACT Selenium compounds can produce an intervention effect on the abnormality of epigenetic modification and then repress the occurrence and metastasis of tumor. They can be used as the inhibitors of some tumor specific epigenetic markers and expected to be developed as a new type of epigenetic targeting selenium-containing anti-tumor drugs.

KEy WORDS selenium； epigenetic modification； inhibitors of epigenetic markers； anti-cancer drugs； development

硒最重要的生物學(xué)功能是抗癌，并以多種機(jī)制發(fā)揮其抗癌作用。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，硒又可對(duì)表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制異化產(chǎn)生干預(yù)影響，特別是對(duì)在腫瘤發(fā)生機(jī)制中的特異性靶點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)，進(jìn)而阻抑腫瘤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移。硒化物是某些腫瘤特異性表觀標(biāo)志物有效的抑制劑。硒的這個(gè)功能不僅對(duì)臨床腫瘤診斷、治療、預(yù)防具有現(xiàn)實(shí)意義，更為“含硒表觀靶向抗癌藥物”開(kāi)發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)?！昂碛^靶向抗癌藥物”是期待開(kāi)發(fā)的新型抗癌藥。現(xiàn)就近些年在這些方面的相關(guān)研究作一簡(jiǎn)要介紹。

1 表觀遺傳學(xué)

什么是表觀遺傳學(xué)？從孟德?tīng)栠z傳規(guī)律講，親代（一代）把遺傳信息傳遞給子代（二代），主要由攜帶遺傳信息的脫氧核糖核酸（DNA）分子中堿基的排列順序（即堿基序列）來(lái)決定，并在細(xì)胞核內(nèi)遺傳。但人們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，在DNA堿基序列以外還有一套調(diào)控機(jī)制，包括 DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑以及非編碼RNA等，它們?cè)诓簧婕案淖僁NA堿基序列的情況下，影響轉(zhuǎn)錄活性并調(diào)控基因的表達(dá)，改變機(jī)體的性狀，并且是一種可以預(yù)和逆轉(zhuǎn)的遺傳機(jī)制。這種非孟德?tīng)栠z傳現(xiàn)象，稱(chēng)作表觀遺傳學(xué)[1-2]。

2 硒對(duì)表觀遺傳修飾異常產(chǎn)生干預(yù)及逆D作用

腫瘤發(fā)生發(fā)展的主要生物學(xué)原因是原癌基因活化和抑癌基因失活[3]。研究顯示，DNA甲基化水平同這些基因的表達(dá)密切相關(guān)。通常情況下，甲基化水平同基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，甲基化程度越高，基因表達(dá)活性越低，甲基化程度越低，基因表達(dá)越活躍[4]。

DNA甲基化主要表現(xiàn)為基因組整體甲基化水平降低和局部CpG島[在哺乳動(dòng)物中富含胞嘧啶-磷酸-鳥(niǎo)嘌呤（CpG）二核苷酸的一段DNA稱(chēng)為CpG島]甲基化程度的異常升高，人類(lèi)基因組的甲基化主要發(fā)生在CpG島[5]。

研究表明，實(shí)體瘤普遍存在基因組廣泛低甲基化現(xiàn)象，低甲基化使原癌基因活化，癌細(xì)胞異常增殖；低甲基化還使腫瘤轉(zhuǎn)移增加，例如胃癌的甲基化水平越低，癌細(xì)胞浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移的傾向越明顯[6]。

CpG島的甲基化程度異常升高，會(huì)導(dǎo)致某些抑癌基因表達(dá)沉默，進(jìn)而參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展。在正常情況下，CpG島為非甲基化。當(dāng)腫瘤抑癌基因的啟動(dòng)子區(qū)域（CpG島）過(guò)度甲基化，就會(huì)使抑癌基因的表達(dá)沉默。其間DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMT）家族中的DNMT1發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，它的高表達(dá)導(dǎo)致抑癌基因在CpG島失活。所以，CpG島高甲基化成了多種腫瘤特異性表觀標(biāo)志物，已成為臨床多種腫瘤早期診斷的依據(jù)和指標(biāo)[7]。

近年來(lái)，作為表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制之一的組蛋白修飾在腫瘤研究領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注。組蛋白乙?；山M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）和組蛋白去乙?；福℉DACs）共同調(diào)控，而編碼HAT或HDAC的基因如果發(fā)生染色體易位、擴(kuò)增等突變會(huì)導(dǎo)致某些腫瘤的發(fā)生。

可見(jiàn)，DNA甲基化和組蛋白乙酰化等表觀遺傳修飾異常是腫瘤發(fā)生的另外一個(gè)機(jī)制。而近年研究發(fā)現(xiàn)，硒通過(guò)靶向干預(yù)可逆轉(zhuǎn)甲基化和乙?；惓５倪^(guò)程，從而抑制腫瘤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移。硒化物成了潛在的治癌新藥物，是亟待開(kāi)發(fā)、臨床應(yīng)用前景可觀的“含硒表觀靶向抗癌藥物”。

2.1 硒對(duì)DNA甲基化產(chǎn)生干預(yù)作用

研究表明，膳食硒通過(guò)干預(yù)表觀遺傳過(guò)程顯示出其抗癌潛力，膳食缺硒時(shí)組織呈現(xiàn)整體低甲基化[8]。Davis等[9]早些時(shí)候研究發(fā)現(xiàn)，給大鼠喂食缺硒膳食，其肝臟和結(jié)腸都出現(xiàn)顯著DNA低甲基化，而經(jīng)硒處理的人結(jié)腸癌細(xì)胞株Caco-2 DNA甲基化水平顯著高于未經(jīng)硒處理的對(duì)照組，據(jù)此研究者認(rèn)為，膳食缺硒會(huì)增加肝臟和結(jié)腸腫瘤的發(fā)生。Remely等[8]研究表明，膳食硒營(yíng)養(yǎng)缺乏會(huì)引起動(dòng)物組織和人體結(jié)腸癌DNA低甲基化。我國(guó)學(xué)者徐世文等[4]通過(guò)實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，飼料硒缺乏可導(dǎo)致雞肌肉組織 DNA甲基化水平降低。硒對(duì)DNMT有抑制作用，缺硒會(huì)導(dǎo)致DNMT活性增加，使原癌基因活化，引起結(jié)腸癌等多種腫瘤發(fā)生。保持硒等營(yíng)養(yǎng)素均衡攝入，有利于維持DNA甲基化正常水平及抑制DNMT活性[6]。

CpG島DNMT1的高表達(dá)是使抑癌基因失活的重要機(jī)制。抑制DNMT1靶酶活性，使失活的抑癌基因復(fù)活，是腫瘤治療中探索的新途徑。硒在多種腫瘤中有去甲基化的生物學(xué)功能，能誘導(dǎo)失活的抑癌基因重新活化和表達(dá)[3]。研究發(fā)現(xiàn)，硒可以直接干預(yù)DNA甲基化，抑制腺癌細(xì)胞株DNMT的高表達(dá)[8]。膳食硒干預(yù)DNA甲基化的方式之一是通過(guò)去甲基化過(guò)程來(lái)調(diào)節(jié)DNMT1活性的；研究還證實(shí)，亞硒酸鈉和苯甲基氰酸硒（BSC）、1，4-苯雙（亞甲基）氰酸硒（p-XSC）兩種合成硒化物對(duì)人大腸癌細(xì)胞核提取物中DNMT的活性都有抑制作用[10]。

各方面的研究驗(yàn)證，硒對(duì)DNA甲基化產(chǎn)生干預(yù)影響，是靶酶DNMT有效的抑制劑。

2.2 硒干預(yù)影響組蛋白的乙?；?/p>

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白去乙?；概c腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。HDACs家族中的HDAC1高表達(dá)可明顯增加腫瘤細(xì)胞的增殖能力。在食管鱗癌、前列腺癌等多種腫瘤中均發(fā)現(xiàn)HDAC的高表達(dá)，靶酶HDAC已成為首選的攻擊靶點(diǎn)。

目前，人們通過(guò)體內(nèi)、體外的研究鑒定出了硒、丁酸鹽、曲古抑菌素A（TSA）等一些HDAC的抑制劑，這些抑制劑可在體外誘導(dǎo)多種腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)停滯、分化或凋亡[2]。Somech等[11]通過(guò)臨床試驗(yàn)表明，HDAC抑制劑對(duì)人體白血病及實(shí)體瘤進(jìn)行治療，表現(xiàn)出明顯的抗腫瘤增殖效果，研究者認(rèn)為，各類(lèi)HDAC抑制劑是另一類(lèi)新型抗癌藥物、“癌癥治療的新工具”。

Xiang等[12]的研究證明，硒可以通過(guò)下調(diào)DNMT和抑制HDAC活性，活化人前列腺癌LNCaP細(xì)胞系中因高甲基化沉默的基因GSTP1， APC和CSR1。這些基因是具有保護(hù)免受氧化損傷的抗癌活性物質(zhì)、化學(xué)致癌物解毒劑或腫瘤抑制劑。

甲基硒酸（MSA）是近年來(lái)新研制成的一種人工低分子量有機(jī)硒化合物，是很具潛力的抗癌制劑。Kassam等[13]通過(guò)對(duì)彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞系（DLBCL）w外研究首次發(fā)現(xiàn)，MSA可以抑制該細(xì)胞系HDAC的活性。研究者認(rèn)為，有關(guān)MSA抑制HDAC活性的作用以前從未報(bào)道過(guò)，從而為人們提供了硒元素一種新的機(jī)制，MSA是日后臨床試驗(yàn)中可以使用的硒化物。

我國(guó)科研人員胡琛霏[2]通過(guò)蛋白質(zhì)免疫印跡的方法，檢測(cè)到MSA可抑制食管鱗癌細(xì)胞系HDAC的活性，降低HDACl和HDAC2的蛋白表達(dá)，引起細(xì)胞內(nèi)組蛋白乙?；斤@著升高；同時(shí)，還檢測(cè)到硒甲硫氨酸（SLM）對(duì)食管鱗癌細(xì)胞系KYSEl50細(xì)胞和MCF7細(xì)胞的作用，在SLM處理細(xì)胞24 h后，細(xì)胞中組蛋白去乙?；傅幕钚砸诧@著降低。

這些年，越來(lái)越多的含硒組蛋白去乙?；敢种苿┍话l(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證。亞硒酸鈉、酮C甲基硒丁酸鹽（KMSB）、甲基硒代半胱氨酸（MSC）、甲基硒丙酮酸（MSP）等硒化物都可以抑制HDAC活性，提高組蛋白乙酰化水平，作為潛在的HDAC抑制劑，發(fā)揮其抗腫瘤的作用[14]。Fernandes 等[15]介紹，KMSB 和 MSP在體外作為HDAC的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑發(fā)揮抗癌作用；還報(bào)道，合成的SAHA含硒類(lèi)似物（5-苯甲酰戊氰硒）二硒醚和5-苯甲酰戊氰硒對(duì)不同肺癌細(xì)胞株HDAC抑制效果比SAHA更好。SAHA是氧肟酸類(lèi)HDAC抑制劑，是目前在臨床上以皮膚T淋巴細(xì)胞瘤（CTCL）為適應(yīng)癥而廣泛應(yīng)用的表觀靶向抗癌藥物。這也提示，含硒類(lèi)抑制劑對(duì)靶酶HDAC抑制效果優(yōu)于無(wú)硒類(lèi)抑制劑。

為何上述各種硒化物都可靶向抑制DNMT和HDAC活性，研究發(fā)現(xiàn)不管其結(jié)構(gòu)如何改變，硒都是這些化合物生物活性的中心元素，發(fā)揮著關(guān)鍵作用，硒的這一生物學(xué)功能對(duì)含硒抗癌藥物的開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義[16]。

2.3 硒對(duì)非編碼RNA調(diào)控機(jī)制產(chǎn)生干預(yù)效應(yīng)

表觀遺傳學(xué)的一個(gè)重要調(diào)控機(jī)制是非編碼RNA。非編碼RNA是指不能翻譯為蛋白質(zhì)的RNA分子。近年來(lái)，非編碼RNA一族中的微小RNA-200（miR-200）受到人們的高度關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，miR-200家族中的成員微小RNA-200a（miR-200a）與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，miR-200a在腫瘤組織中呈現(xiàn)明顯低表達(dá)。因此，miR-200a的表達(dá)下調(diào)是腫瘤發(fā)生的重要因素之一，miR-200a也成了腫瘤特異性表觀標(biāo)志物[17]。

胡琛霏[2]通過(guò)TaqMan芯片，檢測(cè)了MSA處理食管鱗癌細(xì)胞后細(xì)胞中微小RNA（miRNA）的變化情況，發(fā)現(xiàn)MSA可以上調(diào)細(xì)胞中miR-200a 的表達(dá)水平，miR-200a 表達(dá)升高后，負(fù)性調(diào)控Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1（Keap1）的表達(dá)，使Keap1蛋白水平下降，上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子NF-E2相關(guān)因子2（Nrf2）蛋白水平并提高其轉(zhuǎn)錄活性（Nrf2活性受其細(xì)胞質(zhì)接頭蛋白Keap1的調(diào)控），從而活化Keap1-Nrf2信號(hào)通路。而Keap1-Nrf2信號(hào)通路在抗氧化、預(yù)防腫瘤發(fā)生等諸多方面有重要作用[18]。

體外研究顯示[19] ，人腦膜瘤組織中miR-200a表達(dá)明顯低于正常組織，β-循環(huán)蛋白（β-catenin）和其下游靶基因細(xì)胞周期蛋白D1表達(dá)顯著增高，二者和miR-200a呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，上調(diào)miR-200a可降低β-catenin的表達(dá)，進(jìn)而阻斷Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)通路來(lái)抑制腦膜瘤的生長(zhǎng)。胡琛霏課題組前期研究也發(fā)現(xiàn)MSA可以抑制食管鱗癌細(xì)胞系中β-catenin的表達(dá)[2] 。研究已證實(shí)，Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活和高表達(dá)可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移及抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡[20]。

由此可見(jiàn)，MSA可能介導(dǎo)、調(diào)控著miR-200a表達(dá)及參與復(fù)雜的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而抑制腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移。

3 展望

加強(qiáng)硒與表觀遺傳學(xué)之間關(guān)聯(lián)的研究，有著重要的生物醫(yī)學(xué)意義。它有可能解釋硒化學(xué)抗腫瘤的新機(jī)制，從理論上證明硒元素可能具有表觀遺傳學(xué)的效應(yīng)[21] 。綜上所述，硒在腫瘤形成中對(duì)表觀遺傳修飾異常產(chǎn)生干預(yù)影響，靶向抑制腫瘤特異性表觀標(biāo)志物，逆轉(zhuǎn)表觀遺傳修飾發(fā)生異化過(guò)程，使我們認(rèn)識(shí)了硒化學(xué)抗癌的新機(jī)制、新作用，硒化物是潛在開(kāi)發(fā)的新型靶向抗癌藥物。Fernandes 等[15]指出，硒化物都是癌癥治療藥。目前，非表觀類(lèi)含硒靶向抗癌藥如硒唑呋喃、依布硒啉、乙烷硒啉等早已進(jìn)入臨床研究[16]，展示出很有希望的臨床應(yīng)用前景。而含硒表觀靶向抗癌藥物是亟待開(kāi)發(fā)的抗癌藥“富礦”，加快開(kāi)發(fā)含硒表觀靶向抗癌藥物，可為臨床腫瘤治療增加一種“新的工具”，為癌癥患者戰(zhàn)勝病魔增添一份新的希望。人們熱切期盼“含硒表觀分子靶向抗癌藥物”早日問(wèn)世。

致謝：本課題研究得到華中科技大學(xué)徐輝碧、黃開(kāi)勛兩位教授和安徽醫(yī)科大學(xué)張文昌碩士的支持，在此表示衷心感謝。

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表觀遺傳學(xué)現(xiàn)象范文第4篇

[關(guān)鍵詞]表觀遺傳修飾；DNA甲基化；牙周病；炎癥；細(xì)胞因子

[中圖分類(lèi)號(hào)]R 781.4[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.02.034

Association between epigenetic modification and periodontal diseasesLei Dan, Jiang Su, Wu Yafei, Zhao Lei.（Dept. of Periodontics, West China Hospital of Stomatology, Sichuan University, Chengdu 610041, China）

[Abstract]Periodontitis is a multifactorial infection characterized by inflammation and destruction of tooth supporting tissues, the main cause of tooth lost. The pathogenesis is complex. Not only the periodontal pathogens and its metabolites damage the tooth supporting tissues directly, but also trigger immune response. Cytokines are pro－ducted during the immune response. In recent years, some researches demonstrated that the expressing of cytokines gene was regulated by epigenetic modification. Owing to cytokines, epigenetic modification has something to do with the periodontitis. In this review, the epigenetic modification involved in periodontitis and research progress were discussed.

[Key words]epigenetic modification；DNA methylation；periodontitis；inflammation；cytokine

表觀遺傳學(xué)的概念與遺傳學(xué)相對(duì)，1942年，沃丁頓最早提出了“epigenetics”一詞，主要指研究基因型和表型之間的關(guān)系。1987年，霍利迪針對(duì)“epigenetics”給出更進(jìn)一步的定義[1]，即現(xiàn)在比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，他認(rèn)為其是一門(mén)主要研究沒(méi)有DNA序列改變并且可以遺傳的基因功能變化的學(xué)科。表觀遺傳機(jī)制主要是通過(guò)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄來(lái)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，表觀遺傳修飾包括DNA甲基化、組蛋白乙?；NA乙?；⒒蛴∮?、基因沉默等[2]。本文就DNA甲基化和組蛋白乙?；c牙周病的相關(guān)性作一綜述。

1表觀遺傳學(xué)及相關(guān)概念

1.1DNA甲基化

DNA甲基化是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyltransferases，DNMT）的作用下，催化S-腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，將一個(gè)甲基基團(tuán)添加到DNA分子中的堿基上。這種甲基基團(tuán)的添加主要發(fā)生在DNA的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)因子CpG島（基因組中富含CpG二核苷酸的一些區(qū)域）內(nèi)的胞嘧啶C5上的碳原子，形成5-甲基胞嘧啶[3]。DNA甲基化后，能直接干擾特異轉(zhuǎn)錄因子，如核因子-κB與啟動(dòng)子的識(shí)別位置結(jié)合，甲基CpG結(jié)合蛋白與轉(zhuǎn)錄因子競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合甲基化DNA位點(diǎn)，均可使轉(zhuǎn)錄因子與DNA分子的結(jié)合減少，因此DNA甲基化會(huì)抑制特定基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程。如果DNA未發(fā)生甲基化或者去甲基化后，特定轉(zhuǎn)錄因子與DNA分子的結(jié)合會(huì)恢復(fù)正?；蛘咴龆啵虼薉NA去甲基化能夠促進(jìn)特定基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程[4]。

1.2染色體組蛋白修飾

組蛋白是染色質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單位核小體的核心部分，外周被DNA纏繞。當(dāng)組蛋白發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，即發(fā)生組蛋白修飾時(shí)，常常會(huì)影響基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。目前，有關(guān)組蛋白修飾的研究多集中在組蛋白乙酰化方面。組蛋白乙酰化是組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶（histone acetyltransferase，HAT）將乙酰輔酶A的乙酰基部分轉(zhuǎn)移至組蛋白氨基末端上特定賴(lài)氨酸殘基的ε-氨基基團(tuán)上。帶負(fù)電的乙?；税被鶊F(tuán)的正電荷，此時(shí)DNA分子本身的負(fù)電荷使得DNA構(gòu)象展開(kāi)、核小體結(jié)構(gòu)松弛。松弛的核小體結(jié)構(gòu)可促進(jìn)轉(zhuǎn)錄因子與DNA分子的接觸，因此組蛋白乙?；せ盍颂囟ɑ虻霓D(zhuǎn)錄過(guò)程；當(dāng)組蛋白去乙?；福╤istone deacetylase，HDAC）移去組蛋白賴(lài)氨酸殘基上的乙酰基時(shí)，組蛋白恢復(fù)正電性，增加了與DNA之間的吸引力，使啟動(dòng)子不易接近轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件，從而反向抑制特定基因的轉(zhuǎn)錄[5]。

近年來(lái)，許多學(xué)者進(jìn)行了表觀遺傳修飾的相關(guān)研究，大多涉及的均是腫瘤、癌癥、自身免疫性疾病等，對(duì)炎癥性疾病的研究較少。

2炎癥發(fā)生的分子機(jī)制

炎癥反應(yīng)以免疫細(xì)胞的滲出為其重要特征，滲出的免疫細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子與炎癥的發(fā)生發(fā)展緊密相關(guān)。免疫細(xì)胞主要包括T細(xì)胞、B細(xì)胞、單核吞噬細(xì)胞和樹(shù)突細(xì)胞等。T細(xì)胞是參與炎癥反應(yīng)的重要免疫細(xì)胞，慢性炎癥炎灶部位出現(xiàn)大量激活的CD4+T輔助細(xì)胞（T helper，Th），識(shí)別并幫助CD8+Th細(xì)胞殺死外源病原菌。CD4+Th細(xì)胞還能分化為多種效應(yīng)T細(xì)胞：Th1、Th2、Th17。

3表觀遺傳修飾對(duì)炎癥反應(yīng)的調(diào)控

3.1Th1/Th2細(xì)胞的分化及其細(xì)胞因子

天然CD4+T細(xì)胞在抗原呈遞細(xì)胞信號(hào)作用下，分化為T(mén)h1或者Th2細(xì)胞，發(fā)揮不同的免疫功能。Th1細(xì)胞能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫，分泌干擾素（interferon，IFN）-γ、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-2等細(xì)胞因子抵抗細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌或病毒。Th2細(xì)胞介導(dǎo)體液免疫，分泌IL-4、IL-5、IL-13等細(xì)胞因子，抵抗胞外病原體[6]。

天然CD4+T分化為T(mén)h1和Th2細(xì)胞依賴(lài)于表觀遺傳修飾。包括各自特異性細(xì)胞因子基因的組蛋白乙酰化和DNA甲基化等。Th1細(xì)胞的分化受ifn-γ基因DNA低甲基化及組蛋白3高乙酰化和Th2的特征細(xì)胞因子———il-4、il-5、il-13基因的表觀遺傳沉默的調(diào)控，而Th2細(xì)胞分化則受il-4、il-13基因的組蛋白3快速乙?；蚑h1特征細(xì)胞因子———ifn-γ基因的表觀遺傳沉默的調(diào)控[7]。

3.2Th17細(xì)胞分化及細(xì)胞因子

CD4+T除分化為T(mén)h1和Th2外，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)了一種新的Th細(xì)胞亞群，即Th17細(xì)胞。Th17細(xì)胞分泌IL-17和IL-17F，具有較強(qiáng)的促炎性，在炎癥疾病中具有重要作用。與Th1、Th2的分化一樣，Th17的分化也受表觀遺傳修飾的調(diào)控，其特點(diǎn)為il-17基因啟動(dòng)子區(qū)存在組蛋白乙?；图谆F(xiàn)象[8]。

3.3CD8記憶性T細(xì)胞的分化及其細(xì)胞因子

CD4+T細(xì)胞與CD8+T細(xì)胞的激活密切相關(guān)。天然CD8+T細(xì)胞激活分化為CD8記憶性T細(xì)胞（CD8 memory T cells，CD8Tm）。CD8Tm能分泌促炎細(xì)胞因子，如IL-2、IFN-γ，參與炎癥反應(yīng)。CD8+T分化為CD8Tm的過(guò)程中受表觀遺傳修飾的調(diào)控，其特點(diǎn)是細(xì)胞因子il-2和ifn-γ基因啟動(dòng)子區(qū)DNA低甲基化和ifn-γ基因啟動(dòng)和增強(qiáng)區(qū)的組蛋白乙?；痆9]。

綜上可知，炎癥反應(yīng)中的免疫細(xì)胞在發(fā)揮定向分化功能的過(guò)程中，存在表觀遺傳修飾，與炎癥性疾病的發(fā)展密切相關(guān)[10]。

4表觀遺傳修飾與牙周病的調(diào)控

4.1對(duì)基因的調(diào)控

現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為，研究表觀遺傳現(xiàn)象的一個(gè)經(jīng)典模式就是雙胞胎。同卵雙生的2個(gè)人具有完全相同的基因組，在同樣的環(huán)境中長(zhǎng)大后，他們?cè)谛愿?、健康方面仍?huì)有較大的差異[11]。

在對(duì)雙胞胎牙周疾病的研究中，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)其牙周病的表型往往有所不同。Torres de Heens等[12]在排除了教育程度、吸煙、病原菌等的影響，對(duì)同卵雙胞胎的牙周病表型進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，同卵雙胞胎之間的附著喪失、牙槽骨吸收程度均不一致，且雙胞胎年齡越大，牙周病表型的差異性也越大。由此提示，表觀遺傳修飾可能參與了牙周病相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)控。

X染色體上的基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制因子（tissue inhibitor of metallo proteinase，timp）-1基因表達(dá)產(chǎn)物TIMP-1是基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的抑制因子，其可通過(guò)酪氨酸蛋白激酶和絲裂素活化蛋白激酶途徑促進(jìn)破骨細(xì)胞的骨吸收作用；在高濃度時(shí)抑制MMP活化，在低濃度時(shí)反而促進(jìn)MMP的活化。正常狀態(tài)下，女性2條X染色體中的一條處于甲基化修飾狀態(tài)時(shí)，此X染色體上的基因不表達(dá)[13]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者均在女襲性牙周炎患者中發(fā)現(xiàn)，2條X染色體上的timp-1基因都處于去甲基化狀態(tài)時(shí)，才有活性表達(dá)，由此會(huì)引起TIMP-1生成增多，促進(jìn)牙槽骨吸收。男性只有一條X染色體，由此提示，女襲性牙周炎的發(fā)病率高于男性可能與timp-1基因的表達(dá)有關(guān)[14]。

4.2牙周致病菌

牙齦卟啉單胞菌、伴放線放線桿菌是常見(jiàn)的牙周致病菌，檢出率高，致病作用確定。

牙齦卟啉單胞菌是檢出率最高的牙周致病菌，與牙周病密切相關(guān)。伴放線放線桿菌的致病性與其毒力因子密切相關(guān)，如菌毛和囊泡可介導(dǎo)其對(duì)宿主上皮細(xì)胞的黏附、侵入，毒素分泌等[15]。DNA腺嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶是DNA甲基化的關(guān)鍵酶，與革蘭陰性菌的生物功能相關(guān)，可調(diào)節(jié)毒力相關(guān)基因的表達(dá)。Wu等[16]在研究伴放線放線桿菌時(shí)發(fā)現(xiàn)，敲除dam基因的菌株和標(biāo)準(zhǔn)菌株與人口腔上皮癌細(xì)胞黏附后，缺乏株分泌的白細(xì)胞毒素是標(biāo)準(zhǔn)株的24倍。這可能是因?yàn)榍贸齞am基因后，伴放線放線桿菌白細(xì)胞毒素基因的DNA甲基化減少，呈低甲基化狀態(tài)，dam基因的表達(dá)增強(qiáng)導(dǎo)致的。但具體作用機(jī)制不明確，需進(jìn)一步研究證明。

4.3調(diào)控牙周炎癥反應(yīng)

4.3.1發(fā)病機(jī)制牙周病的始動(dòng)因子是牙菌斑。菌斑微生物及其毒性產(chǎn)物引發(fā)并驅(qū)動(dòng)炎癥反應(yīng)，同時(shí)激活宿主的免疫細(xì)胞，產(chǎn)生并釋放多種細(xì)胞因子。IL、IFN、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β、TNF、前列腺素E2等，能調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的分化，導(dǎo)致牙槽骨吸收。MMP可以直接破壞和降解膠原，還可以通過(guò)分泌細(xì)胞因子，降解結(jié)締組織，并使其降解持續(xù)和延長(zhǎng)，是牙周組織破壞的最主要侵襲者。牙周炎發(fā)病過(guò)程中，涉及的細(xì)胞因子主要有IL-6、IL-8、IFN-γ、TNF-α、MMP等。

4.3.2調(diào)控牙周病相關(guān)細(xì)胞因子表觀遺傳修飾調(diào)控細(xì)胞因子基因的表達(dá)，DNA高甲基化和組蛋白去乙?；梢种萍?xì)胞因子的表達(dá)，而DNA低甲基化和組蛋白乙?；瘎t能促進(jìn)基因的表達(dá)。在牙周炎患者中，常常有多種細(xì)胞因子的表達(dá)增高。有研究[17-19]發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞因子的分泌增多與其基因的表觀遺傳修飾存在相關(guān)性。慢性牙周炎患者的口腔上皮細(xì)胞中，ifn-γ、il-6、tnf-α基因啟動(dòng)子區(qū)DNA常常處于低甲基化狀態(tài)，促進(jìn)了相應(yīng)的mRNA表達(dá)增多，分泌了IFN-γ、IL-6、TNF-α蛋白[20]。牙周炎活動(dòng)期ptgs2基因啟動(dòng)子DNA甲基化僅為靜止期的1/5，因此活動(dòng)期PTGS2的表達(dá)較靜止期明顯增多。在侵襲性牙周炎和慢性牙周炎患者的口腔上皮細(xì)胞中，il-8基因啟動(dòng)子區(qū)的低甲基化均明顯高于健康對(duì)照組。由此可見(jiàn)，表觀遺傳修飾的DNA甲基化能夠調(diào)控ifn-γ、il-6、tnf-α、ptgs2、il-8基因的轉(zhuǎn)錄，在牙周炎癥的發(fā)生發(fā)展中起一定的作用。

5小結(jié)和展望

表觀遺傳修飾的DNA高甲基化能抑制細(xì)胞因子基因的表達(dá)，反之則可促進(jìn)其表達(dá)，此過(guò)程的調(diào)控依賴(lài)于DNA甲基轉(zhuǎn)移酶和組蛋白去乙?；福约八鼈兊拇龠M(jìn)劑或抑制劑[21]。表觀遺傳修飾與牙周病的相關(guān)性尚處于探索階段，學(xué)者們?cè)谘乐苎装Y組織中發(fā)現(xiàn)存在表觀遺傳修飾的改變，但其具體機(jī)制尚不明確，需進(jìn)一步研究。

6參考文獻(xiàn)

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表觀遺傳學(xué)現(xiàn)象范文第5篇

摘要:

燈刷染色體是存在于除哺乳動(dòng)物以外幾乎所有動(dòng)物雌配子減數(shù)分裂第一次分裂雙線期的一種暫時(shí)性巨大轉(zhuǎn)錄體，因狀如燈刷而得名，但在細(xì)胞遺傳學(xué)三大經(jīng)典染色體研究中關(guān)注度最低。它是研究減數(shù)分裂時(shí)期染色體的結(jié)構(gòu)、組織形式、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄過(guò)程的好材料。本文一方面對(duì)以上研究及形成機(jī)制作一簡(jiǎn)要綜述，另一方面探討燈刷染色體可能的作用，也即從已有文獻(xiàn)表明卵細(xì)胞核的燈刷染色體或多倍化為相關(guān)生物胚胎發(fā)育提供足夠的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。最后探討將其作為一個(gè)案例用于遺傳學(xué)教學(xué)的可能性，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)遺傳學(xué)的興趣。

關(guān)鍵詞:

遺傳學(xué)；細(xì)胞遺傳學(xué)；燈刷染色體；研究進(jìn)展；遺傳學(xué)教學(xué)

遺傳學(xué)是生命科學(xué)領(lǐng)域中一門(mén)兼具理論性和實(shí)驗(yàn)性的基礎(chǔ)性學(xué)科之一，從遺傳學(xué)發(fā)展史上可以清楚地看到一系列經(jīng)典的研究案例對(duì)遺傳學(xué)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用[1]，賦予遺傳學(xué)新的內(nèi)容，使遺傳學(xué)理論不斷地完善和提高，從而在更高水平指導(dǎo)遺傳學(xué)的發(fā)展。例如果蠅和豌豆因其豐富的表型在性狀遺傳研究上成為經(jīng)典研究案例，奠定了遺傳學(xué)的初創(chuàng)和發(fā)展；唾腺染色體和燈刷染色體因其形體的巨大性和特異的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了細(xì)胞遺傳學(xué)的發(fā)展；以噬菌體為材料促進(jìn)了生化和分子遺傳學(xué)的發(fā)展；以大腸桿菌為材料的研究揭示了原核表達(dá)調(diào)控的機(jī)制；以擬南芥和水稻為材料解析了植物基因組的特點(diǎn)并促進(jìn)了植物功能基因組學(xué)的研究[2,3]。這些案例還有很多，限于篇幅不一一枚舉。不過(guò)，關(guān)于遺傳學(xué)發(fā)展史上經(jīng)典案例的研究和關(guān)注并不平衡。例如在細(xì)胞遺傳學(xué)三大經(jīng)典染色體的研究中，關(guān)于唾腺染色體和巴氏小體的研究很多，而燈刷染色體(Lampbrushchromosomes,LBCs)的關(guān)注度較低。盡管LBCs因擁有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的正在轉(zhuǎn)錄的單位而具有了結(jié)構(gòu)的巨大性，但在過(guò)去的130多年中公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)僅有350多篇（projects.exeter.ac.uk/lampbrush）。究其原因可能有四點(diǎn)：一是分離LBCs技術(shù)難度較大；二是所使用的儀器是顯微鏡，而不是時(shí)髦的微量移液器，導(dǎo)致學(xué)生的興趣不足；三是可用分離該染色體的典型材料不易取得，多數(shù)動(dòng)物材料都是各國(guó)重點(diǎn)保護(hù)的動(dòng)物；四是可能由于偏重理論研究，無(wú)法取得足夠的經(jīng)費(fèi)支持[4]。盡管如此，LBCs的研究仍然取得了令人興奮的成績(jī)，本文擬沿著LBCs研究的蹤跡，比較系統(tǒng)地綜述相關(guān)生物卵細(xì)胞減數(shù)分裂第一次分裂雙線期染色體的結(jié)構(gòu)、組織形式以及轉(zhuǎn)錄等相關(guān)知識(shí)。最后探討將這一被忽視的“明星染色體”案例介紹給學(xué)生，以期引導(dǎo)學(xué)生對(duì)LBCs研究的重視，激發(fā)他們學(xué)習(xí)和研究遺傳學(xué)的熱情。

1燈刷染色體的研究進(jìn)展

1882年，F(xiàn)lemming首先在蠑螈（Notophthalmusviridescens）的卵母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了這種結(jié)構(gòu)[5]，十年之后，Rückert(1892)在狗鯊（Chiloscylliumpunctatum）卵母細(xì)胞中再次發(fā)現(xiàn)了Flemming所描述的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠湫稳?9世紀(jì)的燈刷或20世紀(jì)的試管刷而命名為燈刷染色體[6]。典型的LBCs實(shí)質(zhì)上是存在于除哺乳動(dòng)物以外幾乎所有動(dòng)物（在兩棲類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和昆蟲(chóng)類(lèi)都有很好的研究）雌配子減數(shù)分裂第一次分裂雙線期的一種暫時(shí)性巨大轉(zhuǎn)錄體,大小可以達(dá)到5~6mm。細(xì)胞核中每個(gè)LBCs是二價(jià)體（一對(duì)同源染色體），核中有幾個(gè)二價(jià)體就有幾個(gè)LBCs，每個(gè)二價(jià)體包含四條染色單體，同源染色體通過(guò)交叉（Chiasmata）相連。它們具有獨(dú)特的染色?！獋?cè)環(huán)（Chromomere–lateralloop）結(jié)構(gòu)：染色粒串聯(lián)形成單體的主軸，是遺傳惰性區(qū)；顯著的側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)則為轉(zhuǎn)錄活性區(qū)，包括了成千上萬(wàn)的活性轉(zhuǎn)錄單元[7]。隨著轉(zhuǎn)錄的進(jìn)展，RNA鏈不斷延長(zhǎng)，外形呈“圣誕樹(shù)”樣結(jié)構(gòu)。除了在以上動(dòng)物的卵細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)LBCs外，在果蠅細(xì)胞Y染色體和植物中也有發(fā)現(xiàn)，比如在單細(xì)胞藻類(lèi)（Acetabularia）中發(fā)現(xiàn)有典型的LBCs結(jié)構(gòu)[8]，其它所報(bào)道的植物L(fēng)BCs不具有典型結(jié)構(gòu)，只是一條較長(zhǎng)的染色體，周?chē)薪q毛狀的結(jié)構(gòu)。由于LBCs在普通光學(xué)顯微鏡下可以看到，因而它是研究基因組結(jié)構(gòu)和功能的極為理想的實(shí)驗(yàn)材料[9]。

1.1燈刷染色體的基本結(jié)構(gòu)和細(xì)胞圖在普通光學(xué)顯微鏡下，在外觀上看每一個(gè)典型的LBCs兩個(gè)同源染色體依靠幾個(gè)交叉相連，它們分別由無(wú)數(shù)致密的染色質(zhì)顆?；蛉旧４删€狀，這些顆粒之間有染色質(zhì)絲相連，在每一顆?；蛉旧Ｌ幃a(chǎn)生1到數(shù)個(gè)成對(duì)的側(cè)環(huán)，這就構(gòu)成了所謂LBCs上的“刷毛”[10]。這些環(huán)之所以成對(duì)出現(xiàn)是由于姐妹染色單體之間沒(méi)有任何聯(lián)系造成的。利用掃描電鏡或電鏡技術(shù)結(jié)合免疫技術(shù)對(duì)來(lái)自不同物種的LBCs進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)側(cè)環(huán)是以纖細(xì)的染色質(zhì)為軸，上面覆蓋了無(wú)數(shù)的核糖白（Ribonucleoprotein，RNP）顆粒。由于RNP顆粒相互聚集和沿側(cè)環(huán)軸向的卷曲會(huì)將正常狀態(tài)的側(cè)環(huán)一步一步裝配形成小顆粒、顆粒球和緊密塊狀物等更高級(jí)的側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)[11]，因而形成了光學(xué)顯微鏡下可見(jiàn)的巨大染色體。染色粒和連接它們的染色質(zhì)絲構(gòu)成了LBCs的軸，軸上最顯著的特點(diǎn)就是染色粒–側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)，某些有明顯特征的側(cè)環(huán)往往成為鑒定染色體特異性的界標(biāo)（Landmark），比如在兩棲類(lèi)中，幾乎大部分燈刷染色體都有巨大的側(cè)環(huán)，只是位置不同，所以可以區(qū)分不同的染色體；另一類(lèi)是有特異結(jié)構(gòu)的側(cè)環(huán)，分為高密度側(cè)環(huán)和塊狀側(cè)環(huán)，也存在于很多染色體不同位置中。軸上除了染色粒和側(cè)環(huán)外，還有著絲粒、端粒、球體等結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)常常出現(xiàn)在特定染色體的固定部位，成為鑒別各條染色體的界標(biāo)[11]。染色粒(Chromomere)是LBCs軸的主要成分。在配對(duì)的同源染色體中，染色體軸上染色粒的數(shù)目和分布大體相同，但形狀不很規(guī)則。在最初形成的LBCs上，單體燈刷染色體染色粒的數(shù)目可以達(dá)到5000個(gè)以上，在光鏡下染色粒大小從不可見(jiàn)到可見(jiàn)的1µm。據(jù)估算，一個(gè)有尾目的兩棲動(dòng)物L(fēng)BCs的染色粒所包含的堿基數(shù)目約5~10Mb，而側(cè)環(huán)中僅有50~150kb的DNA[10]。染色粒的數(shù)目和大小與物種和減數(shù)分裂的推進(jìn)有關(guān)，也隨側(cè)環(huán)轉(zhuǎn)錄活性而變化。隨著減數(shù)分裂的推進(jìn)，染色粒逐漸變大，數(shù)目減少。在早期的LBCs中側(cè)環(huán)轉(zhuǎn)錄活性高，這時(shí)染色粒小，數(shù)目多；隨著雙線期的推進(jìn)，側(cè)環(huán)因轉(zhuǎn)錄活性下降而回縮，染色粒彼此融合最終成一條正常的分裂期染色體[12]。側(cè)環(huán)(Lateralloop)是DNA活躍轉(zhuǎn)錄的區(qū)域，僅占整個(gè)LBCsDNA總量的0.2%~0.4%，其與染色粒的邊界序列有無(wú)特異性現(xiàn)在尚不清楚[10]。在兩棲類(lèi)中，它們的長(zhǎng)度與C值呈正相關(guān)，平均長(zhǎng)度為10~15µm，長(zhǎng)的可達(dá)200~300µm，這些長(zhǎng)的側(cè)環(huán)具有染色體的特異性。多數(shù)側(cè)環(huán)上只有一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄方向可以相同或相反，利用轉(zhuǎn)錄抑制子的研究發(fā)現(xiàn)，這些轉(zhuǎn)錄多數(shù)由RNApolII啟動(dòng)。側(cè)環(huán)的產(chǎn)生并不同步，某些側(cè)環(huán)能貫穿LBCs整個(gè)發(fā)育期；有些僅在個(gè)別時(shí)期產(chǎn)生，失去轉(zhuǎn)錄活性后回縮到染色粒中。激素處理也能影響側(cè)環(huán)的伸展和回縮，這點(diǎn)與果蠅的唾腺染色體的蓬突結(jié)構(gòu)類(lèi)似，其發(fā)生機(jī)制和意義有待進(jìn)一步的研究。由于轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的種類(lèi)、數(shù)量和堆積狀態(tài)不同，在某些染色體軸的特定部位可以形成不同類(lèi)型的側(cè)環(huán)，這成為區(qū)分不同LBCs的重要界標(biāo)[13]。LBCs的著絲粒（Centromere）有二種形態(tài)：一種是在某些兩棲類(lèi)中稱(chēng)為著絲粒顆粒，在鳥(niǎo)類(lèi)中則為蛋白體（Proteinbody）,其大小形態(tài)與前后染色粒不易區(qū)分，另一種主要在兩棲類(lèi)發(fā)現(xiàn)，著絲粒和其兩側(cè)相鄰的染色粒彼此融合而成染色粒棒（Chromomerebar）。先前的報(bào)道表明著絲粒顆粒和染色粒棒上均無(wú)側(cè)環(huán)，最近的報(bào)道稱(chēng)某些鳥(niǎo)類(lèi)的蛋白體有短的側(cè)環(huán)產(chǎn)生[14]。關(guān)于端粒（Telomere）的觀察主要來(lái)自鳥(niǎo)類(lèi)，在姐妹染色單體的末端分別形成端粒環(huán)（由染色單體的末端插入鄰近的染色粒所致），通常情況下，端粒環(huán)是開(kāi)放的，也存在一個(gè)插入一個(gè)開(kāi)放的形式，其大小和長(zhǎng)度具種的特性。兩側(cè)無(wú)側(cè)環(huán)，雞的端粒環(huán)含有2個(gè)轉(zhuǎn)錄單元[15]，關(guān)于LBCs著絲粒和端?？梢赞D(zhuǎn)錄在歐洲水蛙中也得到證實(shí)，一些串聯(lián)重復(fù)序列可以在該類(lèi)結(jié)構(gòu)中大量轉(zhuǎn)錄[7]。球體（Sphereorganelles）是LBCs上另一個(gè)重要標(biāo)志，有染色體的特異性，相當(dāng)于一般染色體的次級(jí)縊痕。其直徑一般2~10µm，一般包含2~4個(gè)[10]。以上這些結(jié)構(gòu)由于在序列組成、位置、結(jié)合蛋白以及形成的高級(jí)結(jié)構(gòu)上具有染色體或種的差異，結(jié)合LBCs的長(zhǎng)度差異，現(xiàn)在已經(jīng)繪出了多種兩棲類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)的LBCs細(xì)胞圖[7]；利用細(xì)菌人工染色體–熒光原位雜交（BAC–FISH）技術(shù)繪制了雞LBCs著絲粒區(qū)的精細(xì)物理圖譜[16]，以上這些工作為利用LBCs進(jìn)行基因組/雜種鑒定、精細(xì)遺傳/物理圖譜繪制、基因定位、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄機(jī)制等研究工作奠定了基礎(chǔ)。

1.2燈刷染色體的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄進(jìn)程研究表明轉(zhuǎn)錄主要發(fā)生在LBCs的側(cè)環(huán)上，大量的新生轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物和相關(guān)蛋白結(jié)合，形成了光鏡下可見(jiàn)的RNP基質(zhì)。每個(gè)側(cè)環(huán)由1~數(shù)個(gè)轉(zhuǎn)錄單位組成，所以LBCs上單個(gè)轉(zhuǎn)錄單位是可視的，這使得他們成為在結(jié)構(gòu)和分子水平上研究轉(zhuǎn)錄及其調(diào)控機(jī)制的優(yōu)異材料[17]。側(cè)環(huán)的類(lèi)型因RNP基質(zhì)的大小和類(lèi)型可以大致分為正常的大環(huán)型、顆粒型、球型和塊狀（Lumpy），它們都是以30nmRNP顆粒為基礎(chǔ)逐漸裝配而成，為了探明不同結(jié)構(gòu)的側(cè)環(huán)與轉(zhuǎn)錄活性的關(guān)聯(lián)，對(duì)典型的側(cè)環(huán)如球型側(cè)環(huán)利用放射自顯影、轉(zhuǎn)錄抑制子結(jié)合大分子擴(kuò)散分析技術(shù)進(jìn)行RNA合成的分析[17]，結(jié)果表明在這類(lèi)側(cè)環(huán)中，存在RNA的合成；側(cè)環(huán)的延伸與轉(zhuǎn)錄活性相關(guān)，活性高的時(shí)候，側(cè)環(huán)增大，活性降低時(shí)，側(cè)環(huán)回縮到染色粒中；有的側(cè)環(huán)中存在數(shù)個(gè)不同外形的轉(zhuǎn)錄單元，這幾個(gè)轉(zhuǎn)錄單位的轉(zhuǎn)錄存在速度的差異。用RNA前體標(biāo)記物作為探針進(jìn)行原位雜交試驗(yàn)，與大環(huán)和顆粒狀的側(cè)環(huán)相比，球型側(cè)環(huán)標(biāo)記的速度和強(qiáng)度均較弱，推測(cè)不同側(cè)環(huán)可能具有相異的轉(zhuǎn)錄模式，這個(gè)問(wèn)題有待進(jìn)一步闡明[18]。已有的報(bào)道表明不同側(cè)環(huán)的演化存在關(guān)聯(lián)性，這同樣也可以看作是轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控。電鏡實(shí)驗(yàn)證明了這些類(lèi)型的側(cè)環(huán)都是由30nmRNP顆粒組成的；熱休克（Thermicshock）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在低溫處理下，趨于向高級(jí)側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)展，而在高溫處理下，則趨于向去凝縮方向發(fā)展；免疫實(shí)驗(yàn)也證明側(cè)環(huán)形態(tài)的多樣性與特異蛋白存在關(guān)聯(lián)。例如在蠑螈的卵細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)一個(gè)82kD白，利用單抗進(jìn)行原位雜交試驗(yàn)表明可以和所有類(lèi)型的側(cè)環(huán)結(jié)合，但是并不同步。比如，當(dāng)球狀側(cè)環(huán)被強(qiáng)烈標(biāo)記時(shí)，大環(huán)和顆粒環(huán)不被標(biāo)記，當(dāng)標(biāo)記出現(xiàn)在核質(zhì)中時(shí)，所有類(lèi)型的環(huán)不被標(biāo)記，該結(jié)果初步證明了特異的蛋白與側(cè)環(huán)的結(jié)構(gòu)演變存在關(guān)聯(lián)[18]。

來(lái)自鳥(niǎo)類(lèi)的實(shí)驗(yàn)表明，側(cè)環(huán)中一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位約長(zhǎng)1~40µm，這些被轉(zhuǎn)錄的基因包括了編碼基因和非編碼基因。一個(gè)令人吃驚的事實(shí)是一些持家基因在LBCs的轉(zhuǎn)錄是被抑制的，比如在鳥(niǎo)類(lèi)中編碼18S、5.8S和28S的基因簇是沒(méi)有活性的，但散布的該類(lèi)基因仍然可以被RNApolII轉(zhuǎn)錄而不是polI[19]。迄今為止，在兩棲類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)LBCs的研究中，發(fā)現(xiàn)僅有少數(shù)單拷貝基因在此時(shí)轉(zhuǎn)錄。比如在兩棲類(lèi)LBCs中，已經(jīng)證實(shí)細(xì)胞角蛋白（Cytokeratin）、核仁蛋白NO38/B23、c–myc和Eg1是轉(zhuǎn)錄的，并發(fā)現(xiàn)了它們的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物向核質(zhì)轉(zhuǎn)移[20]?；贒NA/RNA雜交技術(shù)的染色體涂抹技術(shù)（Chromosomepaintingtechnique）使大規(guī)模研究LBCs的轉(zhuǎn)錄成為可能，利用改良的該技術(shù)BAC–FISH發(fā)現(xiàn)許多鳥(niǎo)類(lèi)LBCs單拷貝的基因可能是轉(zhuǎn)錄的。但問(wèn)題是BAC克隆是大片段插入，包含了單拷貝和多拷貝的信息，所以，要驗(yàn)證更多的單拷貝的表達(dá)需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。早期的生化實(shí)驗(yàn)證明LBCs轉(zhuǎn)錄的主要是非編碼的串聯(lián)重復(fù)序列[21]，進(jìn)一步的調(diào)查是利用原位雜交實(shí)驗(yàn)證明兩棲類(lèi)LBCs轉(zhuǎn)錄的主要是一些微衛(wèi)星序列。值得注意的是來(lái)自鳥(niǎo)類(lèi)的研究結(jié)果，如果出現(xiàn)在側(cè)環(huán)中的一個(gè)微衛(wèi)星序列是轉(zhuǎn)錄的，那么側(cè)環(huán)臨近的染色粒里面的同類(lèi)微衛(wèi)星串聯(lián)簇是不表達(dá)的，這個(gè)結(jié)果表明存在一種未知的調(diào)控機(jī)制啟動(dòng)LBCs側(cè)環(huán)中微衛(wèi)星DNA的轉(zhuǎn)錄[19]。來(lái)自熱帶爪蟾的研究發(fā)現(xiàn)卵母細(xì)胞中還儲(chǔ)存大量來(lái)自LBCs轉(zhuǎn)錄子的穩(wěn)定內(nèi)含子（StableintronicsequenceRNA），這些內(nèi)含子一直到囊胚期都可以檢測(cè)到，說(shuō)明在胚胎發(fā)育的早期可能發(fā)揮重要作用[22]。關(guān)于側(cè)環(huán)上轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制的研究，早期提出了“通讀假說(shuō)”（Read–throughhy-pothesis）[23]，該假說(shuō)認(rèn)為側(cè)環(huán)上轉(zhuǎn)錄起始于結(jié)構(gòu)基因的啟動(dòng)子序列，到了該基因的終止序列后并不停留，而是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄下面的非編碼序列，現(xiàn)代遺傳學(xué)的研究結(jié)果否認(rèn)了該假說(shuō)。結(jié)合基因組和細(xì)胞學(xué)的證據(jù)表明位于雞LBCs側(cè)環(huán)微衛(wèi)星序列中的反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子長(zhǎng)末端重復(fù)序列（LTR）啟動(dòng)了微衛(wèi)星序列的轉(zhuǎn)錄，這得到了很多來(lái)自?xún)蓷?lèi)實(shí)驗(yàn)的證明。如果這個(gè)機(jī)制是正確的，側(cè)環(huán)的平均長(zhǎng)度應(yīng)該與活躍的LTR啟動(dòng)子的數(shù)量呈負(fù)相關(guān)，這是今后需要闡明的問(wèn)題之一。初生的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物被與RNA成熟相關(guān)的蛋白包被，成為附著于側(cè)環(huán)上的RNP基質(zhì)，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)為在活體條件下研究側(cè)環(huán)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的處理和機(jī)制提供了平臺(tái)。來(lái)自生化的證據(jù)表明，鳥(niǎo)類(lèi)LBCs側(cè)環(huán)中多數(shù)RNP基質(zhì)含有與RNA成熟相關(guān)的組件，如snRNPs、SC35、hnRNP和3’末端處理相關(guān)因子。有些RNP基質(zhì)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)snRNPs組件，這可能是由于在相應(yīng)的微衛(wèi)星轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中缺少典型的剪切位點(diǎn)所致[19]。

1.3燈刷染色體的作用自從發(fā)現(xiàn)LBCs后科學(xué)家一直試圖理解發(fā)生在側(cè)環(huán)上大量且有點(diǎn)隨意轉(zhuǎn)錄的意義，很多人認(rèn)為這種轉(zhuǎn)錄或多或少是沒(méi)有意義的[20]。Davidson于1986年提出了另一個(gè)假說(shuō)[24]，他認(rèn)為發(fā)生在LBCs上的轉(zhuǎn)錄為將來(lái)卵母細(xì)胞的成熟和胚胎發(fā)育提供必要的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，這一假說(shuō)越來(lái)越為科學(xué)家重視?？赡艽嬖谶@種情況，LBCs上的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在核膜破裂前是隔離的，當(dāng)核膜解體后進(jìn)入了轉(zhuǎn)錄后的切割程序，形成兩類(lèi)成熟的編碼和非編碼RNA分子，這種現(xiàn)象在Masi和Johnson研究LBCs組蛋白的轉(zhuǎn)錄過(guò)程上所證實(shí)[25]。據(jù)此推測(cè)，成熟編碼蛋白質(zhì)RNA分子可以用于在胚胎基因組啟動(dòng)表達(dá)之前，早期胚胎發(fā)育所必需蛋白質(zhì)的合成。至于大量的非編碼微衛(wèi)星序列的命運(yùn)可以用現(xiàn)代分子生物學(xué)的信息來(lái)解釋。在后生動(dòng)物中，編碼微衛(wèi)星序列的DNA可以轉(zhuǎn)錄形成dsRNA前體，成熟后產(chǎn)生siRNA，這些siRNA是形成組成型異染色質(zhì)所必需的。那么，可以推測(cè)，在擁有LBCs的動(dòng)物中，非編碼微衛(wèi)星序列的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物同樣可以dsRNA前體形式儲(chǔ)存在卵細(xì)胞中，為早期胚胎發(fā)育提供siRNA以便維持異染色質(zhì)的穩(wěn)定，這種假設(shè)的前提是要探明微衛(wèi)星RNA產(chǎn)物能否出現(xiàn)在受精之后胚胎發(fā)育的過(guò)程中[19]。值得注意的是擁有典型LBCs的生物胚胎發(fā)育過(guò)程大部分時(shí)間是離體發(fā)育，這與胎生的哺乳動(dòng)物在發(fā)育環(huán)境上存在巨大差異，因此，在這類(lèi)生物中LBCs轉(zhuǎn)錄與離體后胚胎發(fā)育過(guò)程是否存在更密切的關(guān)聯(lián)性是值得深入探討的。1.4燈刷染色體的表觀遺傳修飾與染色質(zhì)重塑通過(guò)對(duì)兩棲類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)燈刷染色體的深入研究，我們基本了解了其整體表觀遺傳的狀態(tài)。來(lái)自?xún)蓷?lèi)的研究發(fā)現(xiàn)這類(lèi)染色體中包括染色粒和側(cè)環(huán)不但缺少組蛋白H1，而且組蛋白H4都呈高度乙?；癄顟B(tài)，這是典型基因組DNA轉(zhuǎn)錄活化的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)證明，乙酰化和甲基化修飾組蛋白的尾部都會(huì)導(dǎo)致側(cè)環(huán)相應(yīng)狀態(tài)的改變[19]。關(guān)于對(duì)LBCs表觀遺傳修飾的理解一個(gè)典型的例子是來(lái)自于對(duì)6種鳥(niǎo)類(lèi)卵母細(xì)胞LBCsZW的研究[26]。鳥(niǎo)類(lèi)卵母細(xì)胞中性染色體ZW是一個(gè)僅通過(guò)著絲粒處相連的不對(duì)稱(chēng)二價(jià)體，Z染色體具有正常的LBCs形態(tài)，而富含重復(fù)序列的W則僅形成幾個(gè)較大的染色粒，含有少量的側(cè)環(huán)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)W染色體具備了惰性染色體的特點(diǎn)，比如缺少乙酰化組蛋白H4，富含組蛋白H3K9和H3K27的二甲基化，幾個(gè)大的染色粒都含有大量的異染色質(zhì)蛋白1。這些因素共同導(dǎo)致了W染色體在鳥(niǎo)類(lèi)卵母細(xì)胞的發(fā)育中高度凝縮的狀態(tài)[19]。

盡管現(xiàn)在從整體上對(duì)LBCs的表觀修飾有了一定的理解，但對(duì)該類(lèi)染色體的“建立–維持–再凝縮”的機(jī)制了解很少。一個(gè)重要的事實(shí)是在兩棲類(lèi)和鳥(niǎo)類(lèi)的LBCs上，不但缺少組蛋白H1，而且也未見(jiàn)參與減數(shù)分裂染色質(zhì)凝縮的拓樸異構(gòu)酶II。另外一個(gè)在維持LBCs形態(tài)方面發(fā)揮重要作用的蛋白是染色體結(jié)構(gòu)維持（Structuralmaintenanceofchromosomes，SMC）蛋白家族，它們參與了黏連（Cohesin）復(fù)合體和凝縮（Condensin）復(fù)合體的形成。電鏡結(jié)合免疫試驗(yàn)證明黏連復(fù)合體主要出現(xiàn)在姐妹染色單體兩條染色質(zhì)絲形成的軸上，后者主要在染色粒上發(fā)現(xiàn)。這說(shuō)明，這兩種復(fù)合體可能對(duì)維持LBCs的染色粒–側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)揮重要作用[27]。最新的關(guān)于LBCs重建的實(shí)驗(yàn)來(lái)自將人類(lèi)的注射進(jìn)兩棲類(lèi)動(dòng)物非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)染色體形成了典型的LBCs結(jié)構(gòu)，這一方面說(shuō)明了兩棲類(lèi)動(dòng)物卵母細(xì)胞中含有重塑哺乳動(dòng)物非活性染色體的所有因素，另一方面也說(shuō)明哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞染色體的失活并不是永久的遺傳或表觀遺傳機(jī)制造成的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)為進(jìn)一步鑒定染色質(zhì)重塑相關(guān)的順式和反式作用因子以及解析其機(jī)制提供了研究材料[9]。

2燈刷染色體應(yīng)用于遺傳學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀與思考

對(duì)于遺傳學(xué)內(nèi)容的傳授離不開(kāi)優(yōu)秀的案例，生命科學(xué)的飛速發(fā)展也使得這些案例的內(nèi)涵得到了豐富和擴(kuò)展。以?xún)?yōu)秀案例開(kāi)展遺傳學(xué)教學(xué)工作可以將復(fù)雜的遺傳學(xué)知識(shí)形象化和簡(jiǎn)單化，便于教師的講授和學(xué)生的理解與記憶[3]，同樣也可以使枯燥的遺傳學(xué)學(xué)習(xí)變得妙趣橫生。LBCs就是遺傳學(xué)的一個(gè)優(yōu)秀經(jīng)典的案例，但在遺傳學(xué)教學(xué)中出鏡偏低。在作者教學(xué)所使用戴灼華等編寫(xiě)的《遺傳學(xué)》課本中，以LBCs為案例介紹的內(nèi)容很少[28]，僅在第二版第二章《遺傳的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)》中，作為一種特殊染色體形態(tài)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，一句“LBCs是在光學(xué)顯微鏡下直接觀察并識(shí)別特殊位置上的單個(gè)基因轉(zhuǎn)錄活性極為理想的材料”讓學(xué)生對(duì)該案例充滿(mǎn)了遐想和期待，但本書(shū)后面的遺傳學(xué)內(nèi)容均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)該案例的身影，因此發(fā)掘和使用LBCs案例應(yīng)用于遺傳教學(xué)有十分重要的意義。

2.1燈刷染色體在遺傳學(xué)教學(xué)中的拓展以LBCs為案例進(jìn)行相關(guān)遺傳學(xué)內(nèi)容教學(xué)，我們應(yīng)首先根據(jù)高校遺傳學(xué)的培養(yǎng)目的和教學(xué)目標(biāo)，在學(xué)生掌握了一定的細(xì)胞、生化和遺傳知識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合遺傳學(xué)的進(jìn)度逐步有序地加以介紹。在我所教授的遺傳學(xué)課本中LBCs是作為一類(lèi)特殊的染色體介紹給學(xué)生的，除了介紹了一點(diǎn)關(guān)于LBCs的發(fā)現(xiàn)和特點(diǎn)外，缺少更加詳細(xì)的資料。正是由于其可視性的特點(diǎn)，學(xué)生除了可以容易的掌握其特殊染色體的特點(diǎn)外，也可以掌握一般染色體具有的特點(diǎn)。其實(shí)，隨著研究的深入，其涵蓋的遺傳學(xué)知識(shí)也越來(lái)越多，形成和維持該特殊染色體的原因也越來(lái)越清楚。我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中是這樣介紹的：關(guān)于LBCs結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而不斷深入的。19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)LBCs并不偶然，那時(shí)的科學(xué)家用光學(xué)顯微鏡尋找適合的染色體材料去研究減數(shù)分裂和有絲分裂；隨著時(shí)代的發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)LBCs豐富而富有特色的結(jié)構(gòu)適合細(xì)胞圖的繪制；電鏡和掃描電鏡的發(fā)明更推動(dòng)了LBCs結(jié)構(gòu)和染色體組織的認(rèn)識(shí)，知道了更細(xì)微結(jié)構(gòu)的形態(tài)，比如對(duì)側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)了側(cè)環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性；免疫學(xué)和電鏡技術(shù)的結(jié)合，使科學(xué)家認(rèn)識(shí)到側(cè)環(huán)是由最基本的單位RNP顆粒組成的，經(jīng)過(guò)一步步的裝配和折疊形成了不同外形特點(diǎn)的側(cè)環(huán)；分子技術(shù)、免疫技術(shù)和電鏡技術(shù)的綜合運(yùn)用，使人們認(rèn)識(shí)到側(cè)環(huán)白體中RNA主要是微衛(wèi)星序列的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，但也有少量單拷貝的編碼序列RNA。由此引導(dǎo)同學(xué)們思考：既然LBCs的RNP基質(zhì)中主要是編碼非編碼序列微衛(wèi)星的RNA，它的作用究竟是什么呢？如果同學(xué)們已經(jīng)知道了微衛(wèi)星序列最終編碼的siRNA參與了異染色質(zhì)的形成和維持的話，自然會(huì)想到在LBCs“再凝縮”階段可能會(huì)發(fā)揮作用。關(guān)于適合進(jìn)行細(xì)胞圖的繪制也可以根據(jù)技術(shù)的發(fā)展逐漸深入：在僅有光學(xué)顯微鏡的早期，只能根據(jù)大的界標(biāo)如側(cè)環(huán)、染色粒、著絲粒、端粒等進(jìn)行簡(jiǎn)單的作圖，用于區(qū)分不同的染色體、基因組甚至雜種；隨著電鏡技術(shù)的發(fā)展，對(duì)LBCs結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)更加細(xì)致，可以繪制更加精細(xì)的細(xì)胞圖；隨著染色體涂抹技術(shù)的發(fā)展，可以將DN段定位到LBCs不同結(jié)構(gòu)中，繪制更加實(shí)用的物理圖，這將為進(jìn)行全基因組測(cè)序更加全面的認(rèn)識(shí)基因組特點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。關(guān)于LBCs形成和維持原因的介紹可以使學(xué)生理解和掌握染色質(zhì)重塑方面的知識(shí)。早期在只有光學(xué)顯微鏡的條件下對(duì)它的認(rèn)識(shí)一籌莫展，只能提出假說(shuō)；但隨著免疫技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)的運(yùn)用，才認(rèn)識(shí)到存在一些事實(shí)：LBCs中組蛋白H1缺失，H4高度乙?；?，染色粒處富含組蛋白H3K9和H3K27的二甲基化，鳥(niǎo)類(lèi)W染色體幾個(gè)大的染色粒都含有大量的異染色質(zhì)蛋白1等等。其實(shí)這離完全了解其產(chǎn)生機(jī)制還有很遠(yuǎn)的距離。為了讓學(xué)生直觀地掌握轉(zhuǎn)錄相關(guān)知識(shí)，也可以引入LBCs的相關(guān)內(nèi)容。由于單個(gè)轉(zhuǎn)錄單位可視性的特點(diǎn)，所以可以直觀容易地了解單個(gè)轉(zhuǎn)錄單位的結(jié)構(gòu)、組成、長(zhǎng)度、速率和分子互作等方面的知識(shí)。為了學(xué)生更容易地理解LBCs相關(guān)的遺傳學(xué)知識(shí)，開(kāi)設(shè)LBCs分離和鑒定實(shí)驗(yàn)是值得考慮的教學(xué)內(nèi)容。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)常用的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教材沒(méi)有這個(gè)實(shí)驗(yàn)，國(guó)外也少有開(kāi)展。我校生命學(xué)院關(guān)于該實(shí)驗(yàn)正在籌劃中，所以待有了一定的進(jìn)展后再向同仁匯報(bào)。更加詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)程序可以參照相關(guān)網(wǎng)站的內(nèi)容。