一、什么是表觀遺傳學(xué)？

所有多細(xì)胞生物（比如你我）在所有細(xì)胞類型的細(xì)胞核中都包含大致相同的DNA序列，但皮膚細(xì)胞可以與肝細(xì)胞和心肌細(xì)胞等特定細(xì)胞類型區(qū)分開(kāi)來(lái)。建立這些特定細(xì)胞類型的機(jī)制最初被稱為“表觀遺傳”調(diào)控。

如今表觀遺傳，一般指的是可遺傳的組蛋白修飾和DNA甲基化，而不改變基礎(chǔ)DNA序列卻能影響基因活動(dòng)。表觀遺傳調(diào)控的領(lǐng)域已大幅擴(kuò)展。

二、表觀遺傳修飾的功能是什么？

所有這些不同標(biāo)記的最終功能是以協(xié)調(diào)的方式調(diào)控基因表達(dá)。研究現(xiàn)表明，這些標(biāo)記作為一種分子機(jī)制，介導(dǎo)了環(huán)境對(duì)基因組的影響，從胚胎發(fā)育開(kāi)始。

在出生時(shí)和隨著年齡的增長(zhǎng)，DNA甲基化模式會(huì)隨著時(shí)間而變化。最近的研究還發(fā)現(xiàn)，特定位點(diǎn)的甲基化水平可以用作預(yù)測(cè)一個(gè)人生物年齡的指標(biāo)。

三、如何研究表觀遺傳變化？

最為詳盡的表觀遺傳標(biāo)記是DNA甲基化。標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)序方法不能直接用于分析DNA甲基化，因?yàn)榧谆鶊F(tuán)共價(jià)地結(jié)合在胞嘧啶上（5-甲基胞嘧啶；5-mC）。亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化被認(rèn)為是識(shí)別5-mC變化的金標(biāo)準(zhǔn)。

這一化學(xué)過(guò)程去氨基化胞嘧啶，并將其轉(zhuǎn)化為尿嘧啶，除非胞嘧啶堿基上存在甲基基團(tuán)。

另一方面，無(wú)亞硫酸氫鹽方法，例如甲基化DNA免疫沉淀（MeDIP），利用針對(duì)5-mC的抗體從一組碎片化的基因組DNA中富集甲基化的DNA。然后，可以將這種富集的分?jǐn)?shù)用于全基因組甲基化分析。研究人員還可以通過(guò)使用相同的抗體針對(duì)5-mC，并結(jié)合ELISA技術(shù)，以高通量方式定量各種樣本中的5-甲基胞嘧啶（5-mC）DNA。

四、如何分析染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化？

組蛋白修飾也是對(duì)核心組蛋白的共價(jià)修飾，這些修飾也可能改變基因表達(dá)。在將蛋白質(zhì)交聯(lián)到DNA后，可以使用特異性抗體選擇性沉淀與蛋白質(zhì)結(jié)合的DNA片段，這一過(guò)程稱為染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）。然后，富集的DNA片段可以通過(guò)下一代測(cè)序技術(shù)（ChIP-seq）進(jìn)行測(cè)序，以獲得特定組蛋白修飾的全基因組譜。ChIP-seq方法還可以用于分析轉(zhuǎn)錄因子和其他酶在基因組中的結(jié)合位點(diǎn)。

由于染色質(zhì)在“開(kāi)放”配置下通常與基因表達(dá)相關(guān)，因此測(cè)量開(kāi)放染色質(zhì)的存在或缺失的方法幫助我們理解表觀遺傳景觀中染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的重要性。最chang用的染色質(zhì)可及性技術(shù)是ATAC-seq（轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)分析），該方法允許研究人員觀察DNA的可及性。該強(qiáng)大方法利用了轉(zhuǎn)座酶只能將適配器序列插入到開(kāi)放染色質(zhì)位點(diǎn)的事實(shí)。通過(guò)“更深”的測(cè)序覆蓋，也可以區(qū)分轉(zhuǎn)錄因子在本地染色質(zhì)中可能結(jié)合的du特結(jié)合位點(diǎn)或足跡。

五、表觀遺傳學(xué)研究的下一步是什么？

結(jié)合以上所有方法與RNA測(cè)序，現(xiàn)在可以使用“多組學(xué)”方法直接測(cè)量表觀遺傳變化的影響。這些方法在單細(xì)胞中的應(yīng)用則更加強(qiáng)大。隨著測(cè)序能力的迅速提升和成本的大幅降低，單細(xì)胞表觀基因組學(xué)的興趣急劇上升，以生成特定細(xì)胞類型的圖譜。

例如，對(duì)小鼠肝細(xì)胞進(jìn)行的全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序（WGBS）揭示了肝組織內(nèi)部出乎意料的高水平異質(zhì)性。隨著測(cè)序價(jià)格的持續(xù)下降和新方法的開(kāi)發(fā)，更多令人興奮的表觀遺傳學(xué)發(fā)現(xiàn)即將到來(lái)。

六、Zymo表觀遺傳學(xué)產(chǎn)品

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