表觀遺傳學（原書第二版）

目錄
第1章 表觀遺傳學簡史 1
1.1 引言 1
1.2 來自遺傳學和發(fā)育生物學的線索 2
1.3 DNA在一個生物體的所有體細胞中都是相同的 3
1.4 DNA甲基化的作用 4
1.5 染色質的作用 4
1.6 所有機制都是相互關聯(lián)的 7
致謝 7
第2章 下一代：年輕科學家在表觀遺傳學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 細胞重編程 12
2.3 lncRNA：將RNA與染色質相連接 14
2.4 增強子RNA：一類在增強子處合成的長鏈非編碼RNA 16
致謝 18
2.5 表觀遺傳學拓展：基因組DNA中胞嘧啶的新修飾 18
2.6 植物可移動小RNA 21
2.7 CpG島染色質是通過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構域和超末端結構域抑制劑：染色質結構的化學調節(jié) 26
2.9 含布羅莫結構域蛋白在炎癥反應中的藥理抑制作用 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 遺傳學與表觀遺傳學 38
3.2 研究表觀遺傳學的模型系統(tǒng) 40
3.3 表觀遺傳學的定義 42
3.4 染色質模板 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重塑因子 48
3.7 組蛋白變體 49
3.8 組蛋白修飾的生物學效應 50
3.9 染色質的高階組織 55
3.10 DNA甲基化 58
3.11 RNAi和RNA介導的基因沉默 60
3.12 常染色質與異染色質的區(qū)別 62
3.13 從單細胞到多細胞系統(tǒng) 65
3.14 表觀基因組參考圖 66
3.15 擴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 75
3.18 細胞命運重編程 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)境的表觀遺傳應答 84
3.22 表觀遺傳的遺傳 87
3.23 表觀遺傳調控到底有什么功能？ 90
3.24 表觀遺傳研究中涉及的重大問題 91
網絡資源 93
第4章 組蛋白乙?；膶懭肫骱烷喿x器：結構、機制和抑制 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 組蛋白乙酰化擦除器：組蛋白去乙?；?115
5.1 引言 116
5.2 HDAC家族和分類：2個家族和4個類別 117
5.3 催化機理和結構 120
5.4 HDAC的底物 124
5.5 HDAC活性的調節(jié) 126
5.6 HDAC的生物學重要性 129
5.7 抑制劑 132
5.8 總結 137
第6章 DNA和組蛋白甲基化的結構和功能協(xié)調 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 155
致謝 156
第7章 組蛋白表觀遺傳標記和DNA甲基化標記讀取的結構解析 157
7.1 引言 158
7.2 通過PHD指和BAH模塊讀取Kme標記 161
7.3 通過單個Royal家族模塊讀取Kme標記165
7.4 通過串聯(lián)Royal家族模塊讀取Kme標記167
7.5 通過組合和配對模塊讀取Kme標記 171
7.6 通過Tudor模塊讀取甲基化精氨酸標記 173
7.7 未修飾賴氨酸標記的讀取 175
7.8 未修飾精氨酸標記的讀取 176
7.9 肽水平上通過連鎖結合模塊的多價讀取178
7.10 核小體水平通過連鎖結合模塊的多價讀取 182
7.11 PHD-bromo盒的非染色質功能角色 182
7.12 組蛋白標記間的互作 183
7.13 組蛋白類似物 186
7.14 DNA上全甲基化5mCpG位點的讀取 187
7.15 DNA上半甲基化5mCpG位點的讀取 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 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 酵母異染色質存在于沉默的HM交配位點和端粒之中 205
8.4 Sir蛋白質結構與進化保守性 206
8.5 沉默染色質是一種在整個結構域中擴散的抑制性結構208
8.6 異染色質組裝的不同步驟 209
8.7 組蛋白H4K16乙?；捌浔?Sir2 去乙?；年P鍵作用 212
8.8 屏障功能：組蛋白修飾限制Sir復合體擴散213
8.9 H3氨基末端尾巴在高階染色質結構中的作用 214
8.10 端粒的反式相互作用和異染色質的核周緣附著 215
8.11 端粒環(huán)化 217
8.12 天然亞端粒結構域的可變抑制 217
8.13 表觀遺傳狀態(tài)的遺傳 218
8.14 Sir蛋白和沉默染色質的其他功能 219
8.15 總結 222
第9章 粟酒裂殖酵母染色質狀態(tài)的表觀調控 223
9.1 粟酒裂殖酵母的生命周期 224
9.2 異染色質組分的篩選 226
9.3 不同類型的異染色質 227
9.4 粟酒裂殖酵母的著絲粒：研究異染色質的范例228
9.5 粟酒裂殖酵母著絲粒染色質結構域和動粒234
9.6 其他沉默區(qū)的異染色質形成 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 243
致謝 243
第10章 粗糙脈孢菌：一個用于表觀遺傳學研究的模型系統(tǒng) 244
10.1 粗糙脈孢菌：有機體的歷史和特征 245
10.2 脈孢菌DNA甲基化 247
10.3 RIP—一個同時具有遺傳和表觀遺傳學方面的基因組防御系統(tǒng) 249
10.4 對RIP遺留痕跡的研究為DNA甲基化的調控提供了見解 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際用途 258
10.9 總結 259
致謝 259
第11章 纖毛蟲的表觀遺傳學 260
11.1 纖毛蟲：具有兩個不同基因組的單細胞 262
11.2 接合：生殖系和體細胞基因組的分化 263
11.3 大核和微核：活性與沉默染色質的模型 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制介導的 269
11.7 DNA消除是由小RNA介導的整個基因組跨核比較引導的 273
11.8 scnRNA誘導的異染色質形成先于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功能 278
11.11 交配型決定的表觀遺傳調控 279
11.12 總結 280
第12章 果蠅的花斑型位置效應、異染色質形成和基因沉默 281
12.1 基因異常地與異染色質靠近顯示出花斑表型 282
12.2 篩選PEV抑制劑和增強子以鑒定出染色體蛋白質和染色體蛋白質修飾因子 286
12.3 染色體蛋白質的分布和結合模式 289
12.4 組蛋白修飾在異染色質沉默中起關鍵作用 290
12.5 染色體蛋白質形成相互依賴的復合體來維持和擴展異染色質結構 292
12.6 并非所有異染色質都是相同的：空間組織很重要 296
12.7 果蠅異染色質的形成是如何靶向的？ 299
12.8 不同生物體中的PEV、異染色質形成與基因沉默 300
12.9 總結：關于異染色質，我們還有很多未知 301
致謝 302
第13章 植物的表觀遺傳調控 303
13.1 植物作為表觀遺傳研究的模型 304
13.2 植物中染色質的分子組成 312
13.3 RNA介導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 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 總結與展望 352
第15章 哺乳動物中的DNA甲基化 354
15.1 細胞記憶的機制 355
15.2 DNA甲基化模式的建立 357
15.3 DNA去甲基化 361
15.4 DNA甲基化調控基因表達 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和異染色質組裝 378
16.4 擬南芥中RNAi介導的染色質和 DNA修飾 384
16.5 動物中RNAi介導的染色質修飾的保守性 386
16.6 總結 387
第17章 多梳蛋白家族介導的轉錄沉默 389
17.1 引言 390
17.2 染色質上沉默標記的建立 393
17.3 PcG復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 總結與展望 409
致謝 410
第18章 一組Trithorax蛋白質調控基因表達 411
18.1 引言 412
18.2 trxG蛋白與染色質的聯(lián)系 416
18.3 trxG蛋白與一般轉錄機制的聯(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 425
第19章 染色質的遠程交互作用 426
19.1 引言：體內儲存DNA的挑戰(zhàn) 428
19.2 核架構背景下的遠程交互作用 429
19.3 染色質交互作用和基因調控的分析 435
19.4 染色質環(huán)交互的不同類型 438
19.5 構建染色質環(huán) 443
19.6 環(huán)的交互和基因調控 444
19.7 總結 444
第20章 組蛋白變體和表觀遺傳學 446
20.1 所有生物中DNA被結構性蛋白包裝 447
20.2 真核生物核心組蛋白從古細菌組蛋白進化而來 449
20.3 大量組蛋白在DNA復制后加載 451
20.4 組蛋白變體在整個細胞周期中加載 452
20.5 一種特殊的組蛋白H3變體標記了著絲粒 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雙鏈斷裂修復過程中的功能459
20.9 H2A.Z在染色質調節(jié)中起多種作用 460
20.10 H3.3和H2A.Z占據(jù)特定染色質位置 461
20.11 H2A.Z核小體的占據(jù)是動態(tài)的并改變染色質的特性 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，但它們的功能尚不清楚 464
20.14 許多組蛋白已經進化，以更緊密地包裝DNA 465
20.15 組蛋白變體與人類疾病 466
20.16 總結與展望 467
第21章 核小體重塑與表觀遺傳學 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節(jié) 473
21.3 核小體重塑復合體的多樣性 476
21.4 核小體重塑因子作為轉錄調控因子 478
21.5 染色質組裝與組織過程中的核小體重塑 480
21.6 染色質重塑因子對組蛋白修飾的識別 481
21.7 翻譯后修飾對重塑因子的調控 482
21.8 染色質重塑因子與DNA甲基化的相互作用 483
21.9 染色質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 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 復制時序 499
22.4 總結 503
致謝 504
第23章 秀麗隱桿線蟲X染色體的調控 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類似于致密因子復合物 509
23.4 DCC的募集和蔓延 511
23.5 DCC效應：X連鎖基因和常染色體基因her-1的下調 512
23.6 X連鎖基因的補償性上調 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X染色體沉默的調控 518
23.10 早期胚胎中父源X染色體的失活 520
23.11 總結 522
網絡資源 522
第24章 果蠅中的劑量補償效應 523
24.1 劑量補償效應在果蠅中的發(fā)現(xiàn) 524
24.2 劑量補償效應的調控 525
24.3 負責補償效應的染色質重塑復合物的組裝 527
24.4 非編碼roX RNA促進MSL復合物在X染色體上的組裝和靶標 529
24.5 MSL結合X染色體的高分辨率分析 530
24.6 從起始位點過渡到目標基因 532
24.7 與劑量補償相關的染色質修飾 534
24.8 劑量補償?shù)臋C制模型 535
24.9 劑量補償與細胞核調控 536
24.10 染色質因子對雄性 X染色體的整體影響 537
24.11 劑量補償效應如何演化 537
24.12 展望 538
網絡資源 538
第25章 哺乳動物中的劑量補償效應 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 總結與展望 560
第26章 哺乳動物中基因組印記 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控系統(tǒng) 565
26.3 基因組印記中的關鍵發(fā)現(xiàn) 567
26.4 基因組印記—哺乳動物的一種表觀遺傳調控模型 577
26.5 展望 577
致謝 578
網絡資源 578
第27章 生殖細胞系和多能干細胞 579
27.1 哺乳動物生命周期中的遺傳和表觀遺傳統(tǒng)一體 581
27.2 生殖細胞特化的調節(jié)機制 583
27.3 從卵母細胞到早期胚胎 591
27.4 從多能干細胞到體細胞再回到生殖細胞 594
27.5 展望 597
致謝 597
第28章 誘導多能性和表觀遺傳重編程 598
28.1 細胞重編程的歷史 599
28.2 iPSC的產生 602
28.3 iPSC形成的潛在機制 605
28.4 疾病研究中iPSC技術的應用 612
28.5 懸而未決的問題：iPSC是否等效于ES細胞？ 616
28.6 總結 617
致謝 617
第29章 免疫的表觀遺傳調控 618
29.1 獲得性免疫應答簡介 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重排的表觀遺傳調控 622
29.5 惡性淋巴腫瘤中表觀遺傳調控的作用 629
29.6 染色質介導的炎癥反應控制 631
29.7 “組蛋白模擬物”及其對炎癥反應調控的暗示637
29.8 總結 638
第30章 染色質的代謝信號 639
30.1 代謝物 640
30.2 酶 644
30.3 中間代謝的改變調節(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 658
第31章 植物響應環(huán)境的表觀遺傳調控 659
31.1 環(huán)境記憶中的表觀遺傳調控 660
31.2 案例1—春化 661
31.3 案例2—病毒介導的基因沉默與表觀遺傳 666
31.4 重置與跨代遺傳 672
31.5 響應脅迫的瞬時表觀遺傳調控 673
31.6 響應脅迫的跨代表觀遺傳調控 673
31.7 表觀遺傳對基因組結構的影響 674
31.8 被誘導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修飾是神經元發(fā)育和功能的調節(jié)因子 676
32.1 神經元發(fā)生的表觀遺傳調控 677
32.2 Pcdh啟動子選擇的表觀遺傳調控 680
32.3 OR選擇的表觀遺傳調控 686
32.4 嗅覺神經元生命跨度的表觀遺傳調控 693
32.5 總結與展望 694
第33章 表觀遺傳學與人類疾病 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 癌癥的生物學基礎 719
34.2 染色質對于癌癥的重要意義 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構 735
34.7 癌癥中表觀基因沉默的主要研究問題的總結 739
34.8 DNA甲基化異常作為癌癥檢測和監(jiān)測癌癥預后的生物標志物 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 染色質的必要性：展望 768
36.1 一些進展的歸納 769
36.2 建立全局染色質可及性的假設 774
附錄1 網絡資源 782
附錄2 目前記錄的組蛋白修飾的詳細目錄 785
索引 799