用基于FRET的生物传感器照亮表观遗传学

表观遗传学最近上了头条，因此通过表观遗传效应对棕榈油行业的潜在破坏在这一点自然的封面。那么表观遗传学以及哪些工具可以学习它？

表观遗传学是研究不涉及任何DNA序列变化的基因表达的可遗传变化(表观遗传学字面意思是“在基因组之上”)。表观遗传修饰可以在不改变基因型的情况下导致表型改变。表观遗传修饰在“关闭”和“打开”基因方面发挥了重要作用，发出信号，表明细胞机制应该“阅读”哪些基因。这就是为什么身体中的大多数细胞含有相同的DNA，但具有非常不同的结构和功能，并在生物体中有特殊的作用。

表观遗传修饰机制

表观遗传修饰的主要机制是染色质重构。染色质是DNA和组蛋白的复合体，它将细胞DNA压缩成染色体，降低了危险的DNA损伤风险。如果DNA包裹组蛋白的方式发生了变化，那么基因表达也会发生变化。DNA与组蛋白结合得越频繁、越紧密，它就变得越紧密。这就阻止了细胞机制与致密区基因的物理相互作用，并导致基因表达的丢失。通过这种方式，紧致区域中的基因基本上被“沉默”了。

染色质重塑可能发生的两个主要机制,通过组蛋白修饰,可以影响基因转录的RNA聚合酶II,或添加甲基-组的DNA,这主要发生在CpG岛(区域的DNA的高频C和G核苷酸)。CpG岛中胞嘧啶转化为5-甲基胞嘧啶使基因转录活性降低。

表观遗传学在疾病研究中的作用

从癌症到糖尿病，再到先天性疾病，表观遗传变化在许多疾病中都起着重要作用。

一个系列研究在瑞典的孤立人口上进行了发现，在他们的青春期之前经历过饥荒的父母对他们的孙子遗传的遗产，这减少了患有心血管疾病的可能性，而是增加了糖尿病死亡风险。相反，经历了饥荒的父母，同时仍然在他们母亲的子宫中传递给他们的孙女，减少了他们的寿命。因为当祖父母在祖父母开发时，这些戏剧性的巨大条件发生了体验，所以认为已经发生了表观遗传变化，这已经被归于孙子;在这项研究中，表观遗传变化与降低的寿命有统计学显着相关，但不能发现DNA序列的变化。

angelman综合征和二氏综合征具有非常不同的疾病表型，是印迹的形式的表皮遗传学的两个迷人的例子。在印记时，基因的一种拷贝（母体或父族复制）通过加入甲基静音，因此仅在正常个体中仅表达基因的父母或母体拷贝（在父母 -具体方式），但两份拷贝的表达或沉默导致疾病，因为基因产物太多或太少的基因产物扰乱了正常功能。

帝国综合症的特点是知识分子和发育残疾，生涩的动作和自发的笑声或微笑，而Prader-Willi综合征的特点是低肌肉，矮状，身材矮小，认知障碍，问题行为，以及可能导致的慢性饥饿感吃过饮食和肥胖。令人着迷的是，两种综合征都可以在没有任何DNA变化的情况下存在，并且既涉及相同的染色体区域15。它们都是由基因的灭活染色体染色体15拷贝（Angelman综合征的母体副本和父亲综合症-Willi综合症）。在这两种情况下，染色体的其他拷贝通常是印迹和沉默的，因此综合征是由于由于相同区域而缺乏相应的基因产物，但在两种情况下不正确地静音引起的。在这两种疾病中，来自染色体15拷贝的基因是灭活的，但取决于不正确的基因来自母亲或父亲，不同的表型结果。

许多癌症在其DNA甲基化模式中具有显着变化，大大增加或减少。肿瘤抑制基因的启动子区域中CpG岛的高甲基化可以抑制他们的转录并灭活它们。全球hypomethylation另一方面，也一直是涉及开发和进展癌症的不同机制。

新的基于FRET的工具来研究表观遗传学

表观遗传研究采用广泛的分子生物技术进一步了解表观遗传学;技术包括染色质免疫沉淀反应,荧光现场杂交,甲基化敏感限制酶消化,DNA腺嘌呤甲基转移酶鉴定， 和酸性亚硫酸盐测序。然而，这些技术都不能用于现场实时动态修改的研究，给表观遗传变化的研究带来了巨大的挑战。这一挑战一直难以克服，直到现在。

爱丽丝Ting的实验室已经开发出一种新的质粒生物传感器可视化活细胞中组蛋白甲基化的变化。本文基本上，该报告构建体由一种基材（组蛋白衍生的肽）组成，其可以将特异性的构建体本发明局限于感兴趣的组蛋白蛋白质（在上面的图中，在K9或K27处H3）。通过柔性接头加入该甲基氰基吲哚菁吲哚（染色体），其选择性地结合赖氨酸 - 甲基化肽。这个构建体在中间烦恼配对，用于可视化结果。当组蛋白衍生肽发生甲基化时，甲基赖氨酸结合域引起结构变化(由柔性连接体促进)，使FRET对的荧光单元聚集在一起，导致FRET信号增加。随后的去甲基化将荧光单元分离，从而再次降低FRET信号。

这项新技术开辟了一种新的方法来可视化基因表达的变化，并可能导致开发一种全新的方法来研究表观遗传学。这可能对我们研究和治疗复杂或多因素疾病的方式产生巨大影响，使更快的诊断和治疗和改善患者的生活。

参考文献

2.副格，Lars O.等。“祖母早期食品供应的变化影响了女性孙子的心血管死亡率。”BMC遗传学15.1(2014): 12。PubMedPMID:24552514。公共医学中心PMCID:PMC3929550。

3.卡蒂，贡纳尔，拉尔斯·o·贝格伦，索伦·艾德文森。“在父母和祖父母的缓慢生长期，营养状况决定了心血管和糖尿病的死亡率。”欧洲人类遗传杂志10.11(2002): 682 - 688。PubMedPMID:12404098。

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