表观遗传学

介绍［|]

表观遗传学是研究[1]

表观遗传学影响哪些基因被表达，以及随后细胞是否应该产生相关的[2]开启或关闭基因的不同组合使我们每个人都是独一无二的。例如，如果我们有棕色或黑色的头发，你有多善于交际，牡蛎对我们来说味道如何。此外，有迹象表明一些表观遗传变化可以遗传。^[2]

图1:表观遗传学描述了可以传递给未来细胞的基因组修饰。这些变化不会改变dna的核苷酸序列——构成我们基因的As、Gs、Ts和Cs。相反，它们修饰支撑DNA序列的“主干”。这些修饰会影响一个基因活跃的时间和频率。

表观遗传学机制［|]

表观遗传变化的影响以不同的方式产生基因表达。表观遗传变化的类型包括:

• DNA甲基化:指体内一种叫做甲基的小分子被添加到DNA、蛋白质或其他分子中的化学反应。甲基的加入会影响一些分子在体内的行为。在DNA中，这个基团通常被添加到特定的位置，阻止附着在DNA上的蛋白质“读取”基因。当这个化学基团被移除时，这个过程叫做去甲基化。在大多数情况下，甲基化使基因“关闭”，而去甲基化使基因“打开”。
• 组蛋白修饰:DNA包裹在组蛋白(蛋白质)周围。如果组蛋白紧紧地包裹在DNA上，它们就不能被“读取”基因的蛋白质接触到。包裹在组蛋白周围的基因被“关闭”而没有包裹在组蛋白周围的基因则被“打开”。化学基团可以从组蛋白中添加或移除，并改变基因是打开(“打开”)还是包裹(“关闭”)。
• 非编码RNA: DNA指导制造编码RNA和非编码RNA。编码RNA用于制造蛋白质。非编码RNA有助于控制基因表达，它会附着在编码RNA上，与某些蛋白质一起，分解编码RNA，使其不能用来制造蛋白质。非编码RNA也可能招募蛋白质来修饰组蛋白，从而“打开”或“关闭”基因。^[3]

表观遗传学始于60多年前。在20世纪70年代，随着分子生物学的到来，它开始变得更加突出，在过去的10-15年里，它已经成为一个独立的学科，与遗传学互补。^［4］

图4:PDX1是胰腺β细胞正常发育和功能所必需的转录因子。母体营养不良与宫内生长受限(IUGR)和低出生体重有关，并可通过PDX1近端启动子组蛋白乙酰化降低导致PDX1表达降低。PDX1的表达减少可能导致β细胞的不正常形成，并增加后代患2型糖尿病的风险

图5:在每个细胞中，DNA都被化学基团标记，就像DNA上的旗子一样，这些化学基团构成了表观遗传密码，并起到了路标的作用。这些标记帮助细胞的机器知道何时激活或灭活一个基因。在健康细胞中，这些标记被正确地放置，基因以正确的比例表达。然而，在许多肿瘤细胞中，这些标志被错误地应用。一种形式的错误DNA标记发生在极端数量的健康甲基化学基团，就像基因的开关一样，被错误地添加到细胞DNA的许多地方。这些新添加的甲基使细胞的行为不规律，导致细胞以错误的水平表达基因，或者根本不表达基因，而不是正常地进行自然的生物工作。这通常会扰乱细胞内正常的信息流动。重要的是，这些标志可以关闭关键的防御基因，这些基因有助于保护细胞免于癌变并破坏其他过程。当这种情况发生时，它被称为“CpG岛甲基化表型”，简称CIMP。

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表观遗传学和运动效应［|]

现在已经确定［6］．启动子区域是DNA中启动基因转录的区域^［7］．

运动能够减弱或逆转一些高脂肪饮食相关的甲基化模式。发现的许多差异甲基化基因与代谢功能有关，如氧化代谢和葡萄糖运输的调节，这对后代具有明显的意义。

运动也被证明对认知发展有影响［８］．

研究表明，急性和慢性运动干预会在锻炼者体内引起一些表观遗传修饰。在人类骨骼肌中，完成80%的单次循环后，全基因组甲基化和关键代谢基因启动子区域的甲基化都降低了［８］．

研究表明，运动对表观遗传学机制有重要的调节作用，特别是在DNA甲基化方面，特别是规律的体育锻炼^[9]．

生活方式因素［|]

在子宫内，表观遗传变化是非常敏感的，因为它是胎儿形成和发育的表观遗传谱。致畸物，如香烟、酒精和特定的矿物质，具有诱发子宫表观遗传变化的能力。

随着人们年龄的增长，对表观基因组影响最大的是环境。这些因素包括饮食、吸烟、体育活动和心理压力[1]．

营养表观基因组学研究食物和表观遗传学如何共同影响健康和福祉。Eg研究发现，我们食用的食物中的某些化合物可以通过调节致癌基因或肿瘤抑制基因上的甲基标记来再次保护癌症^[2]．

参考文献［|]