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什么是表观基因组？表观基因组有什么作用？表观基因组学是一个研究人员绘制位置并了解标记基因组的所有化学标签的功能的领域。
什么是表观基因组？
表观基因组是多种化合物，可以告诉基因组该做什么。人类基因组是DNA（脱氧核糖核酸）的完整组装 – 大约30亿个碱基对 – 使每个个体都独一无二。DNA包含构建在细胞中执行各种功能的蛋白质的指令。表观基因组由化合物和蛋白质组成，这些化合物和蛋白质可以附着在DNA上并指导诸如打开或关闭基因，控制特定细胞中蛋白质的产生等作用。当表观基因组化合物附着在DNA上并改变其功能时，它们被称为“标记”了基因组。这些标记不会改变DNA的序列。相反，它们改变了细胞使用DNA指令的方式。当细胞分裂时，这些标记有时会在细胞之间传递。它们也可以代代相传。
表观基因组有什么作用？
人类有数万亿个细胞，专门用于肌肉、骨骼和大脑的不同功能，这些细胞中的每一个在其细胞核中携带基本相同的基因组。细胞之间的差异取决于不同种类细胞中不同基因集的打开或关闭方式和时间。眼睛中的特化细胞开启基因，这些基因产生可以检测光的蛋白质，而红细胞中的特化细胞产生将氧气从空气输送到身体其他部位的蛋白质。表观基因组控制着基因组的许多这些变化。
表观基因组由什么组成？
表观基因组是对细胞中DNA和DNA相关蛋白质的一组化学修饰，它们改变了基因表达，并且是可遗传的（通过减数分裂和有丝分裂）。这些修饰是发育和组织分化的自然过程，并且可以响应环境暴露或疾病而改变。
第一种类型的标记称为DNA甲基化，直接影响基因组中的DNA。在这个过程中，蛋白质将称为甲基的化学标签附着在DNA分子的特定位置的碱基上。甲基通过影响DNA和其他蛋白质之间的相互作用来打开或关闭基因。通过这种方式，细胞可以记住哪些基因处于打开或关闭状态。第二种标记称为组蛋白修饰，间接影响DNA。细胞中的DNA包裹在组蛋白上，组蛋白形成线轴状结构，使DNA的长分子能够整齐地缠绕到细胞核内的染色体中。蛋白质可以将各种化学标签附着在组蛋白上。细胞中的其他蛋白质可以检测这些标签，并确定该细胞中是否应该使用或忽略该DNA区域。
表观基因组是遗传的吗？
基因组从父母传给他们的后代，从细胞，当他们分裂时，传给下一代。当父母将他们的基因组传递给他们的后代时，大部分表观基因组被重置;在某些情况下，卵子和精子的DNA和组蛋白上的一些化学标签可能会传递给下一代。当细胞分裂时，通常大部分表观基因组会传递给下一代细胞，帮助细胞保持特化。
什么是印记？
人类基因组包含每个基因的两个拷贝——一个拷贝遗传自母亲，一个拷贝遗传自父亲。对于少数基因，只有来自母亲的副本被打开;对于其他人，只有父亲的副本被打开。这种模式称为印记。表观基因组区分印记基因的两个拷贝，并确定哪个拷贝被打开。有些疾病是由异常印记引起的。它们包括贝克威斯-魏德曼综合征，这是一种与身体过度生长和癌症风险增加相关的疾病;Prader-Willi 综合征，与肌张力差和持续饥饿有关，导致肥胖;和安格曼综合症，导致智力障碍以及运动困难。
表观基因组会改变吗？
尽管体内所有细胞都包含基本相同的基因组，但当细胞变得特化时，由DNA和组蛋白上的化学标签标记的DNA会重新排列。表观基因组也可以在一个人的一生中发生变化。
是什么使表观基因组发生变化？
生活方式和环境因素（如吸烟、饮食和传染病）会使人面临促使化学反应的压力。反过来，这些反应通常会导致表观基因组的变化，其中一些可能是有害的。表观基因组适应生命压力的能力似乎是正常人类健康所必需的。一些人类疾病是由“读取”和“写入”表观基因组标记的蛋白质故障引起的。
表观基因组的变化如何导致癌症？
癌症是由基因组、表观基因组或两者的变化引起的。表观基因组的变化可以打开或关闭参与细胞生长或免疫反应的基因。这些变化可能导致不受控制的生长，这是癌症的标志，或免疫系统无法破坏肿瘤。
在一种称为胶质母细胞瘤的脑肿瘤中，医生在用替莫唑胺药物治疗患者方面取得了一些成功，替莫唑胺通过将甲基添加到DNA中来杀死癌细胞。在某些情况下，甲基化具有受欢迎的次要效应：它阻断了抵消替莫唑胺的基因。具有这种甲基化基因的胶质母细胞瘤患者比具有未甲基化基因的患者更有可能对替莫唑胺产生反应。
表观基因组的变化也可以激活胃癌、结肠癌和最常见的肾癌中的促生长基因。在其他一些癌症中，表观基因组的变化沉默了通常用于控制细胞生长的基因。
为了编制可能导致癌症的可能表观基因组变化的完整列表，由美国国立卫生研究院（NIH）支持的癌症基因组图谱（TCGA）网络的研究人员正在比较正常细胞的基因组和表观基因组与癌细胞的基因组和表观基因组。除此之外，他们还在寻找DNA序列的变化和DNA上甲基数量的变化。了解将正常细胞转变为癌细胞的所有变化将加快开发新的和更好的诊断，治疗和预防癌症的方法的努力。
研究人员如何探索表观基因组？
在一个被称为表观基因组学的研究领域，研究人员正试图绘制位置并了解标记基因组的所有化学标签的功能。
直到最近，科学家们还认为人类疾病主要是由DNA序列，细菌和病等传染因子或环境因子的变化引起的。现在，研究人员已经证明，表观基因组的变化也可能导致疾病或由疾病引起。表观基因组学已成为更好地了解人体和改善人类健康的重要组成部分。表观基因组图谱有朝一日可能使医生能够确定个人的健康状况并定制患者对治疗的反应。
作为ENCODE（ENCyclopedia Of DNA Elements）项目的一部分 – 该项目旨在对基因组的工作部分进行编目 – 国家人类基因组研究所正在资助研究人员制作各种细胞类型的表观基因组图谱。其他NIH支持的研究人员已经从几个人体器官和组织中开发了许多表观基因组图谱。这些NIH项目是了解表观基因组学如何导致更好的预防，诊断和治疗疾病的国际努力的一部分。
