表觀遺傳學(xué)（原書第二版）

目錄
第1章 表觀遺傳學(xué)簡(jiǎn)史 1
1.1 引言 1
1.2 來自遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的線索 2
1.3 DNA在一個(gè)生物體的所有體細(xì)胞中都是相同的 3
1.4 DNA甲基化的作用 4
1.5 染色質(zhì)的作用 4
1.6 所有機(jī)制都是相互關(guān)聯(lián)的 7
致謝 7
第2章 下一代：年輕科學(xué)家在表觀遺傳學(xué)研究中令人振奮的新發(fā)現(xiàn) 8
2.1 組蛋白去甲基化酶的發(fā)現(xiàn) 10
2.2 細(xì)胞重編程 12
2.3 lncRNA：將RNA與染色質(zhì)相連接 14
2.4 增強(qiáng)子RNA：一類在增強(qiáng)子處合成的長(zhǎng)鏈非編碼RNA 16
致謝 18
2.5 表觀遺傳學(xué)拓展：基因組DNA中胞嘧啶的新修飾 18
2.6 植物可移動(dòng)小RNA 21
2.7 CpG島染色質(zhì)是通過CxxC類鋅指蛋白的招募而形成的 24
2.8 用于癌癥治療的布羅莫結(jié)構(gòu)域和超末端結(jié)構(gòu)域抑制劑：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的化學(xué)調(diào)節(jié) 26
2.9 含布羅莫結(jié)構(gòu)域蛋白在炎癥反應(yīng)中的藥理抑制作用 28
2.10 兒童腦瘤中的組蛋白H3突變 31
2.11 染色體折疊是表觀遺傳狀態(tài)的“駕駛員”還是“乘客”？ 33
致謝 35
第3章 概述和概念 36
3.1 遺傳學(xué)與表觀遺傳學(xué) 38
3.2 研究表觀遺傳學(xué)的模型系統(tǒng) 40
3.3 表觀遺傳學(xué)的定義 42
3.4 染色質(zhì)模板 44
3.5 組蛋白修飾：寫入器和擦除器 44
3.6 組蛋白閱讀器和染色質(zhì)重塑因子 48
3.7 組蛋白變體 49
3.8 組蛋白修飾的生物學(xué)效應(yīng) 50
3.9 染色質(zhì)的高階組織 55
3.10 DNA甲基化 58
3.11 RNAi和RNA介導(dǎo)的基因沉默 60
3.12 常染色質(zhì)與異染色質(zhì)的區(qū)別 62
3.13 從單細(xì)胞到多細(xì)胞系統(tǒng) 65
3.14 表觀基因組參考圖 66
3.15 擴(kuò)展的基因概念和非編碼RNA 69
3.16 Polycomb和Trithorax 71
3.17 X染色體失活和兼性異染色質(zhì) 75
3.18 細(xì)胞命運(yùn)重編程 77
3.19 癌癥和表觀遺傳治療 79
3.20 人類疾病的表觀遺傳因素 81
3.21 代謝和環(huán)境的表觀遺傳應(yīng)答 84
3.22 表觀遺傳的遺傳 87
3.23 表觀遺傳調(diào)控到底有什么功能？ 90
3.24 表觀遺傳研究中涉及的重大問題 91
網(wǎng)絡(luò)資源 93
第4章 組蛋白乙?；膶懭肫骱烷喿x器：結(jié)構(gòu)、機(jī)制和抑制 94
4.1 組蛋白的寫入器、擦除器和閱讀器介紹 95
4.2 組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶 96
4.3 乙酰賴氨酸閱讀器 106
4.4 展望 114
致謝 114
第5章 組蛋白乙?；脸鳎航M蛋白去乙?；?115
5.1 引言 116
5.2 HDAC家族和分類：2個(gè)家族和4個(gè)類別 117
5.3 催化機(jī)理和結(jié)構(gòu) 120
5.4 HDAC的底物 124
5.5 HDAC活性的調(diào)節(jié) 126
5.6 HDAC的生物學(xué)重要性 129
5.7 抑制劑 132
5.8 總結(jié) 137
第6章 DNA和組蛋白甲基化的結(jié)構(gòu)和功能協(xié)調(diào) 138
6.1 組蛋白甲基化和去甲基化 139
6.2DNA甲基化 147
6.3 DNA甲基化與組蛋白修飾之間的相互作用 150
6.4 總結(jié) 155
致謝 156
第7章 組蛋白表觀遺傳標(biāo)記和DNA甲基化標(biāo)記讀取的結(jié)構(gòu)解析 157
7.1 引言 158
7.2 通過PHD指和BAH模塊讀取Kme標(biāo)記 161
7.3 通過單個(gè)Royal家族模塊讀取Kme標(biāo)記165
7.4 通過串聯(lián)Royal家族模塊讀取Kme標(biāo)記167
7.5 通過組合和配對(duì)模塊讀取Kme標(biāo)記 171
7.6 通過Tudor模塊讀取甲基化精氨酸標(biāo)記 173
7.7 未修飾賴氨酸標(biāo)記的讀取 175
7.8 未修飾精氨酸標(biāo)記的讀取 176
7.9 肽水平上通過連鎖結(jié)合模塊的多價(jià)讀取178
7.10 核小體水平通過連鎖結(jié)合模塊的多價(jià)讀取 182
7.11 PHD-bromo盒的非染色質(zhì)功能角色 182
7.12 組蛋白標(biāo)記間的互作 183
7.13 組蛋白類似物 186
7.14 DNA上全甲基化5mCpG位點(diǎn)的讀取 187
7.15 DNA上半甲基化5mCpG位點(diǎn)的讀取 190
7.16 展望與未來挑戰(zhàn) 192
致謝 198
第8章 釀酒酵母的表觀遺傳學(xué) 199
8.1 酵母的遺傳和分子工具 200
8.2 酵母的生命周期 203
8.3 酵母異染色質(zhì)存在于沉默的HM交配位點(diǎn)和端粒之中 205
8.4 Sir蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與進(jìn)化保守性 206
8.5 沉默染色質(zhì)是一種在整個(gè)結(jié)構(gòu)域中擴(kuò)散的抑制性結(jié)構(gòu)208
8.6 異染色質(zhì)組裝的不同步驟 209
8.7 組蛋白H4K16乙?；捌浔?Sir2 去乙?；年P(guān)鍵作用 212
8.8 屏障功能：組蛋白修飾限制Sir復(fù)合體擴(kuò)散213
8.9 H3氨基末端尾巴在高階染色質(zhì)結(jié)構(gòu)中的作用 214
8.10 端粒的反式相互作用和異染色質(zhì)的核周緣附著 215
8.11 端粒環(huán)化 217
8.12 天然亞端粒結(jié)構(gòu)域的可變抑制 217
8.13 表觀遺傳狀態(tài)的遺傳 218
8.14 Sir蛋白和沉默染色質(zhì)的其他功能 219
8.15 總結(jié) 222
第9章 粟酒裂殖酵母染色質(zhì)狀態(tài)的表觀調(diào)控 223
9.1 粟酒裂殖酵母的生命周期 224
9.2 異染色質(zhì)組分的篩選 226
9.3 不同類型的異染色質(zhì) 227
9.4 粟酒裂殖酵母的著絲粒：研究異染色質(zhì)的范例228
9.5 粟酒裂殖酵母著絲粒染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域和動(dòng)粒234
9.6 其他沉默區(qū)的異染色質(zhì)形成 238
9.7 粟酒裂殖酵母的核小體重塑 240
9.8 粟酒裂殖酵母的細(xì)胞核裝配 240
9.9 粟酒裂殖酵母的基因組和表觀基因組242
9.10 總結(jié) 243
致謝 243
第10章 粗糙脈孢菌：一個(gè)用于表觀遺傳學(xué)研究的模型系統(tǒng) 244
10.1 粗糙脈孢菌：有機(jī)體的歷史和特征 245
10.2 脈孢菌DNA甲基化 247
10.3 RIP—一個(gè)同時(shí)具有遺傳和表觀遺傳學(xué)方面的基因組防御系統(tǒng) 249
10.4 對(duì)RIP遺留痕跡的研究為DNA甲基化的調(diào)控提供了見解 249
10.5 組蛋白H3K27甲基化 253
10.6 抑制 253
10.7 減數(shù)分裂沉默 255
10.8 RIP、抑制和減數(shù)分裂沉默的可能功能和實(shí)際用途 258
10.9 總結(jié) 259
致謝 259
第11章 纖毛蟲的表觀遺傳學(xué) 260
11.1 纖毛蟲：具有兩個(gè)不同基因組的單細(xì)胞 262
11.2 接合：生殖系和體細(xì)胞基因組的分化 263
11.3 大核和微核：活性與沉默染色質(zhì)的模型 263
11.4 纖毛蟲中同源依賴的基因沉默 265
11.5 大核發(fā)育過程中的全基因組重排 266
11.6 DNA消除是由同源依賴機(jī)制介導(dǎo)的 269
11.7 DNA消除是由小RNA介導(dǎo)的整個(gè)基因組跨核比較引導(dǎo)的 273
11.8 scnRNA誘導(dǎo)的異染色質(zhì)形成先于DNA消除 275
11.9DNA有序化以母體RNA為模板 276
11.10 程序化基因組重排的生物學(xué)功能 278
11.11 交配型決定的表觀遺傳調(diào)控 279
11.12 總結(jié) 280
第12章 果蠅的花斑型位置效應(yīng)、異染色質(zhì)形成和基因沉默 281
12.1 基因異常地與異染色質(zhì)靠近顯示出花斑表型 282
12.2 篩選PEV抑制劑和增強(qiáng)子以鑒定出染色體蛋白質(zhì)和染色體蛋白質(zhì)修飾因子 286
12.3 染色體蛋白質(zhì)的分布和結(jié)合模式 289
12.4 組蛋白修飾在異染色質(zhì)沉默中起關(guān)鍵作用 290
12.5 染色體蛋白質(zhì)形成相互依賴的復(fù)合體來維持和擴(kuò)展異染色質(zhì)結(jié)構(gòu) 292
12.6 并非所有異染色質(zhì)都是相同的：空間組織很重要 296
12.7 果蠅異染色質(zhì)的形成是如何靶向的？ 299
12.8 不同生物體中的PEV、異染色質(zhì)形成與基因沉默 300
12.9 總結(jié)：關(guān)于異染色質(zhì)，我們還有很多未知 301
致謝 302
第13章 植物的表觀遺傳調(diào)控 303
13.1 植物作為表觀遺傳研究的模型 304
13.2 植物中染色質(zhì)的分子組成 312
13.3 RNA介導(dǎo)的基因沉默途徑的分子成分 319
13.4 展望 329
致謝 330
第14章 利用小鼠模型研究表觀遺傳學(xué) 331
14.1 利用小鼠模型鑒定表觀遺傳重編程修飾因子 332
14.2 近交小鼠克隆中的表觀遺傳現(xiàn)象 344
14.3 總結(jié)與展望 352
第15章 哺乳動(dòng)物中的DNA甲基化 354
15.1 細(xì)胞記憶的機(jī)制 355
15.2 DNA甲基化模式的建立 357
15.3 DNA去甲基化 361
15.4 DNA甲基化調(diào)控基因表達(dá) 364
15.5 DNA甲基化與組蛋白修飾的相互作用 367
15.6 DNA甲基化與疾病 368
15.7 展望 370
致謝 372
第16章 RNAi和異染色質(zhì)組裝 373
16.1 RNAi途徑概述 374
16.2 表明RNA是TGS中介的早期證據(jù) 377
16.3 粟酒裂殖酵母中RNAi和異染色質(zhì)組裝 378
16.4 擬南芥中RNAi介導(dǎo)的染色質(zhì)和 DNA修飾 384
16.5 動(dòng)物中RNAi介導(dǎo)的染色質(zhì)修飾的保守性 386
16.6 總結(jié) 387
第17章 多梳蛋白家族介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄沉默 389
17.1 引言 390
17.2 染色質(zhì)上沉默標(biāo)記的建立 393
17.3 PcG復(fù)合體靶向到沉默的基因 402
17.4 發(fā)育和疾病中的PcG抑制 405
17.5 總結(jié)與展望 409
致謝 410
第18章 一組Trithorax蛋白質(zhì)調(diào)控基因表達(dá) 411
18.1 引言 412
18.2 trxG蛋白與染色質(zhì)的聯(lián)系 416
18.3 trxG蛋白與一般轉(zhuǎn)錄機(jī)制的聯(lián)系 422
18.4 trxG蛋白與黏連蛋白的聯(lián)系 423
18.5 其他trxG蛋白的生化功能 423
18.6 trxG蛋白和PcG蛋白的功能互作 423
18.7 非編碼RNA和trxG蛋白 424
18.8 trxG蛋白和人類疾病 425
18.9 總結(jié) 425
第19章 染色質(zhì)的遠(yuǎn)程交互作用 426
19.1 引言：體內(nèi)儲(chǔ)存DNA的挑戰(zhàn) 428
19.2 核架構(gòu)背景下的遠(yuǎn)程交互作用 429
19.3 染色質(zhì)交互作用和基因調(diào)控的分析 435
19.4 染色質(zhì)環(huán)交互的不同類型 438
19.5 構(gòu)建染色質(zhì)環(huán) 443
19.6 環(huán)的交互和基因調(diào)控 444
19.7 總結(jié) 444
第20章 組蛋白變體和表觀遺傳學(xué) 446
20.1 所有生物中DNA被結(jié)構(gòu)性蛋白包裝 447
20.2 真核生物核心組蛋白從古細(xì)菌組蛋白進(jìn)化而來 449
20.3 大量組蛋白在DNA復(fù)制后加載 451
20.4 組蛋白變體在整個(gè)細(xì)胞周期中加載 452
20.5 一種特殊的組蛋白H3變體標(biāo)記了著絲粒 452
20.6 組蛋白變體H3.3的替換發(fā)生在活躍染色質(zhì)上 456
20.7 H3.3在生殖系中的功能 457
20.8 H2A.X的磷酸化在DNA雙鏈斷裂修復(fù)過程中的功能459
20.9 H2A.Z在染色質(zhì)調(diào)節(jié)中起多種作用 460
20.10 H3.3和H2A.Z占據(jù)特定染色質(zhì)位置 461
20.11 H2A.Z核小體的占據(jù)是動(dòng)態(tài)的并改變?nèi)旧|(zhì)的特性 462
20.12 H2A.Z在表觀繼承中的功能 463
20.13 其他H2A變體區(qū)分染色質(zhì)，但它們的功能尚不清楚 464
20.14 許多組蛋白已經(jīng)進(jìn)化，以更緊密地包裝DNA 465
20.15 組蛋白變體與人類疾病 466
20.16 總結(jié)與展望 467
第21章 核小體重塑與表觀遺傳學(xué) 468
21.1 核小體重塑的發(fā)現(xiàn)：歷史回顧 470
21.2 核小體重塑的具體細(xì)節(jié) 473
21.3 核小體重塑復(fù)合體的多樣性 476
21.4 核小體重塑因子作為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子 478
21.5 染色質(zhì)組裝與組織過程中的核小體重塑 480
21.6 染色質(zhì)重塑因子對(duì)組蛋白修飾的識(shí)別 481
21.7 翻譯后修飾對(duì)重塑因子的調(diào)控 482
21.8 染色質(zhì)重塑因子與DNA甲基化的相互作用 483
21.9 染色質(zhì)重塑因子和組蛋白變體 483
21.10 發(fā)育過程中的核小體重塑 484
21.11 總結(jié) 484
致謝 484
第22章 表觀遺傳信息的維持 486
22.1 DNA甲基化 487
22.2 混合親本組蛋白和新的組蛋白 489
22.3 復(fù)制時(shí)序 499
22.4 總結(jié) 503
致謝 504
第23章 秀麗隱桿線蟲X染色體的調(diào)控 505
23.1 秀麗隱桿線蟲性染色體的不均衡性 507
23.2 X︰A比值的確定 508
23.3 DCC類似于致密因子復(fù)合物 509
23.4 DCC的募集和蔓延 511
23.5 DCC效應(yīng)：X連鎖基因和常染色體基因her-1的下調(diào) 512
23.6 X連鎖基因的補(bǔ)償性上調(diào) 514
23.7 生殖系發(fā)育和X染色體的全局性沉默 515
23.8 雄性個(gè)體中單一X染色體的減數(shù)分裂沉默 517
23.9 MES組蛋白修飾酶對(duì)X染色體沉默的調(diào)控 518
23.10 早期胚胎中父源X染色體的失活 520
23.11 總結(jié) 522
網(wǎng)絡(luò)資源 522
第24章 果蠅中的劑量補(bǔ)償效應(yīng) 523
24.1 劑量補(bǔ)償效應(yīng)在果蠅中的發(fā)現(xiàn) 524
24.2 劑量補(bǔ)償效應(yīng)的調(diào)控 525
24.3 負(fù)責(zé)補(bǔ)償效應(yīng)的染色質(zhì)重塑復(fù)合物的組裝 527
24.4 非編碼roX RNA促進(jìn)MSL復(fù)合物在X染色體上的組裝和靶標(biāo) 529
24.5 MSL結(jié)合X染色體的高分辨率分析 530
24.6 從起始位點(diǎn)過渡到目標(biāo)基因 532
24.7 與劑量補(bǔ)償相關(guān)的染色質(zhì)修飾 534
24.8 劑量補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制模型 535
24.9 劑量補(bǔ)償與細(xì)胞核調(diào)控 536
24.10 染色質(zhì)因子對(duì)雄性 X染色體的整體影響 537
24.11 劑量補(bǔ)償效應(yīng)如何演化 537
24.12 展望 538
網(wǎng)絡(luò)資源 538
第25章 哺乳動(dòng)物中的劑量補(bǔ)償效應(yīng) 539
25.1 引言 540
25.2 X染色體失活概述 544
25.3 X染色體失活的起始 546
25.4 失活狀態(tài)的增殖和維持 552
25.5 X染色體的再激活和重編程 558
25.6 總結(jié)與展望 560
第26章 哺乳動(dòng)物中基因組印記 561
26.1 歷史回顧 562
26.2 基因組印記—一種表觀遺傳的基因調(diào)控系統(tǒng) 565
26.3 基因組印記中的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn) 567
26.4 基因組印記—哺乳動(dòng)物的一種表觀遺傳調(diào)控模型 577
26.5 展望 577
致謝 578
網(wǎng)絡(luò)資源 578
第27章 生殖細(xì)胞系和多能干細(xì)胞 579
27.1 哺乳動(dòng)物生命周期中的遺傳和表觀遺傳統(tǒng)一體 581
27.2 生殖細(xì)胞特化的調(diào)節(jié)機(jī)制 583
27.3 從卵母細(xì)胞到早期胚胎 591
27.4 從多能干細(xì)胞到體細(xì)胞再回到生殖細(xì)胞 594
27.5 展望 597
致謝 597
第28章 誘導(dǎo)多能性和表觀遺傳重編程 598
28.1 細(xì)胞重編程的歷史 599
28.2 iPSC的產(chǎn)生 602
28.3 iPSC形成的潛在機(jī)制 605
28.4 疾病研究中iPSC技術(shù)的應(yīng)用 612
28.5 懸而未決的問題：iPSC是否等效于ES細(xì)胞？ 616
28.6 總結(jié) 617
致謝 617
第29章 免疫的表觀遺傳調(diào)控 618
29.1 獲得性免疫應(yīng)答簡(jiǎn)介 619
29.2 淋巴系統(tǒng)中的譜系決定 620
29.3 免疫系統(tǒng)中的譜系可塑性 621
29.4 V(D)J重排的表觀遺傳調(diào)控 622
29.5 惡性淋巴腫瘤中表觀遺傳調(diào)控的作用 629
29.6 染色質(zhì)介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)控制 631
29.7 “組蛋白模擬物”及其對(duì)炎癥反應(yīng)調(diào)控的暗示637
29.8 總結(jié) 638
第30章 染色質(zhì)的代謝信號(hào) 639
30.1 代謝物 640
30.2 酶 644
30.3 中間代謝的改變調(diào)節(jié)表觀遺傳狀態(tài) 646
30.4 生物鐘表觀基因組 649
30.5 老化和衰老的表觀基因組以及與新陳代謝的聯(lián)系 654
30.6 總結(jié) 658
第31章 植物響應(yīng)環(huán)境的表觀遺傳調(diào)控 659
31.1 環(huán)境記憶中的表觀遺傳調(diào)控 660
31.2 案例1—春化 661
31.3 案例2—病毒介導(dǎo)的基因沉默與表觀遺傳 666
31.4 重置與跨代遺傳 672
31.5 響應(yīng)脅迫的瞬時(shí)表觀遺傳調(diào)控 673
31.6 響應(yīng)脅迫的跨代表觀遺傳調(diào)控 673
31.7 表觀遺傳對(duì)基因組結(jié)構(gòu)的影響 674
31.8 被誘導(dǎo)的表觀遺傳改變的后遺癥 674
31.9 展望 675
第32章 組蛋白和DNA修飾是神經(jīng)元發(fā)育和功能的調(diào)節(jié)因子 676
32.1 神經(jīng)元發(fā)生的表觀遺傳調(diào)控 677
32.2 Pcdh啟動(dòng)子選擇的表觀遺傳調(diào)控 680
32.3 OR選擇的表觀遺傳調(diào)控 686
32.4 嗅覺神經(jīng)元生命跨度的表觀遺傳調(diào)控 693
32.5 總結(jié)與展望 694
第33章 表觀遺傳學(xué)與人類疾病 696
33.1 引言 697
33.2 人類病例研究揭示表觀遺傳的生物學(xué)作用 699
33.3 人類疾病 700
33.4 展望 717
致謝 717
第34章 癌癥的表觀遺傳決定因素 718
34.1 癌癥的生物學(xué)基礎(chǔ) 719
34.2 染色質(zhì)對(duì)于癌癥的重要意義 721
34.3DNA甲基化在癌癥中的作用 723
34.4 癌癥中高甲基化的基因啟動(dòng)子 727
34.5 早期癌癥發(fā)生中表觀基因沉默的重要性 731
34.6 表觀遺傳沉默的癌癥基因的分子結(jié)構(gòu) 735
34.7 癌癥中表觀基因沉默的主要研究問題的總結(jié) 739
34.8 DNA甲基化異常作為癌癥檢測(cè)和監(jiān)測(cè)癌癥預(yù)后的生物標(biāo)志物 739
34.9 表觀遺傳療法 740
第35章 組蛋白修飾與癌癥 745
35.1 簡(jiǎn)介 746
35.2 組蛋白修飾 747
35.3 靶向組蛋白修飾的藥物發(fā)現(xiàn)中的挑戰(zhàn) 759
附錄 763
第36章 染色質(zhì)的必要性：展望 768
36.1 一些進(jìn)展的歸納 769
36.2 建立全局染色質(zhì)可及性的假設(shè) 774
附錄1 網(wǎng)絡(luò)資源 782
附錄2 目前記錄的組蛋白修飾的詳細(xì)目錄 785
索引 799