表观遗传学是研究基因表达的可遗传变化或特定生物体表型的可遗传变化，这些变化不是由于基因核苷酸序列的变化引起的。基因表达的表观遗传调控在细胞功能中起着关键作用，因为它涉及组织特**基因表达、X染色体失活和基因组印记（基因以起源特**方式表达）。此外，表观遗传调控的基因表达失调会导致包括癌症在内的疾病。表观基因调控的机制包括DNA甲基化、未翻译rna、染色质结构和修饰。本文就DNA甲基化对基因表达的影响作一综述。

覆盖的关键领域

1.什么是DNA甲基化-定义，在基因组中的分布，重要性2.DNA甲基化对基因表达的影响-甲基化的功能3.DNA甲基化在细胞功能中的作用-组织特**基因表达，X染色体失活，基因组印记

关键词：CpG岛，DNA甲基化，表观遗传学，基因组印记，组织特**基因表达，X-失活

什么是dna甲基化(dna methylation)？

DNA甲基化是指在5′-CpG-3′位点上，以共价方式向含氮基胞嘧啶（C）中加入甲基（-CH3）。CpG位点是DNA的一个区域，其中胞嘧啶核苷酸随后沿线性DNA链的5′至3′方向依次为鸟嘌呤核苷酸。胞嘧啶通过磷酸（p）组与鸟嘌呤核苷酸相连。DNA甲基化受DNA甲基转移酶的调控。未甲基化和甲基化胞嘧啶如图1所示。

Figure 1: Unmethylated and Methylated Cytosine

未甲基化的CpG位点可以随机分布，也可以成簇排列。CpG站点的集群称为“CpG岛”。这些CpG岛出现在许多基因的启动子区域。在大多数细胞中表达的管家基因含有未甲基化的CpG岛。在许多情况下，甲基化的CpG岛导致基因的抑制。因此，DNA甲基化控制着基因在不同组织中的表达，以及在生命的特定时期，如胚胎发育时期。在整个进化过程中，DNA甲基化作为宿主细胞的一种防御机制在沉默复制转座因子、重复序列和外来DNA（如病毒DNA）方面起着重要作用。

什么是dna甲基化对基因表达的影响(the effect of dna methylation on gene expression)？

基因组CpG位点的表观遗传标记是物种所特有的。它在一生中是稳定的，也是遗传的。许多CpG位点在人类基因组中被甲基化。DNA甲基化的主要功能是根据特定细胞的需要调节基因的表达。哺乳动物典型的DNA甲基化情况如图2所示。

Figure 2: DNA Methylation Landscape in Mammals

基因表达是由转录因子与增强子等基因调控序列的结合而启动的。DNA甲基化对染色质结构的改变限制了转录因子进入调控序列。此外，甲基化CpG位点吸引甲基CpG结合域蛋白，招募负责组蛋白修饰的阻遏复合物。组蛋白是染色质的蛋白质组分，改变DNA的包裹。这就形成了更密集的染色质结构，称为异染色质，抑制了基因的表达。相反，常染色质是一种松散的染色质结构，允许基因表达。

什么是dna甲基化在细胞功能中的作用(the role of dna methylation in cell functioning)？

一般来说，特定细胞的DNA甲基化模式是非常稳定和特异的。参与组织特**基因表达、X染色体失活和基因组印迹。

组织特**基因表达

组织的细胞被分化，在体内发挥特定的功能。因此，作为细胞结构、功能和调节元件的蛋白质应该以不同的方式表达。这种蛋白质的差异表达是通过每种组织中基因的DNA甲基化的差异模式来实现的。由于特定有机体中每种细胞的基因组中的基因是相同的，因此不需要在组织中表达的基因在其调控序列中包含甲基化的CpG岛。然而，胚胎发育过程中DNA甲基化的模式与成年期不同。在癌细胞中，DNA甲基化的规律与该组织的正常细胞不同。正常细胞和癌细胞的DNA甲基化模式如图3所示。

Figure 3: DNA Methylation Patterns in Normal and Cancer Cells

x染色体失活

雌性有两条X染色体，而雄性在其基因组中有一条X染色体和一条Y染色体。雌性的一条X染色体在发育过程中应该失活。这是通过从头甲基化实现的。X染色体的失活通过形成异染色质维持沉默期。X-失活阻止X染色体相关基因产物的表达是**的两倍。在胎盘哺乳动物中，X染色体失活的选择是随机的。然而，当灭活时，它在整个生命周期中保持沉默。然而，在有袋动物中，父系来源的X染色体完全失活。

基因组印记

基因组印记是指基因的选择性表达依赖于亲本染色体的起源。例如，********2（IGF2）基因的父拷贝是活跃的，而母拷贝是不活跃的。然而，与此相反的是H19基因，它紧密地位于同一染色体上的IGF2基因上。人类基因组中大约有80个基因有印记。DNA甲基化是导致特定基因的一个亲本失活的原因。

结论

通过基因的表观遗传变化调节基因表达是许多基因组的一个稳定和可遗传的特征。表观基因调控的关键机制之一是DNA甲基化。DNA甲基化是一个甲基在CpG位点的胞嘧啶残基上的永久性加成。基因调控序列附近的甲基化CpG岛抑制特定基因的转录。因此，这些基因保持沉默。DNA甲基化导致的基因沉默在组织特**基因表达、X-失活和基因组印记中起着重要作用。

引用

1.林、德里克H K和伊蒙R马厄。”DNA甲基化：基因表达的表观遗传控制的一种形式〉《妇产科医生》，Blackwell Publishing Ltd，2011年1月24日，可在此查阅。2.拉津、A和H雪松。”DNA甲基化和基因表达〉，《微生物学评论》，美国国家医学图书馆，1991年9月，可在此查阅。 2.拉津、A和H雪松。”DNA甲基化和基因表达〉，《微生物学评论》，美国国家医学图书馆，1991年9月，