何为白癜风表观遗传学?
答:基因在DNA序列不发生改变的情况下,其表达水平与功能发生改变,并具有可遗传现象,称为表观遗传现象。
表观遗传学对基因和环境因素共同作用,对于白癜风的发病机制,提供了新的理论。
表观遗传学是调控机体基因表达的重要途径之一。
其调节机制,主要包括 DNA 甲基化、组蛋白修饰及非编码 RNA 作用等多种形式。
1、DNA 甲基化修饰
DNA 甲基化为 DNA 化学修饰的一种形式,在不改变 DNA 序列的前提下,DNA 序列上特定的碱基在 DNA 甲基转移酶 (DNMT) 的催化作用下,以 S- 腺苷甲硫氨酸作为甲基供体,通过共价键结合的方式获得一个甲基基团的化学修饰。
DNA 甲基化的位置主要集中在基因5' 端的非编码区,DNA 高度甲基化首先会影响 DNA结构,进而阻遏基因转录,引起基因沉默。
白癜风患者的外周血中甲基 DNA 结合域蛋白1(MBD1)、MBD3、MBD4及甲基化 CpG 结合蛋白高表达,且 MBD1 与 MBD3与外周血单个核细胞 (PBMC) 的总甲基化表达趋势呈正相关。
2、组蛋白修饰
组蛋白修饰,是指组成核小体的组蛋白,在相关酶作用下,发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化及二磷酸腺苷核糖基化等修饰的过程,并通过蛋白质和染色质的相互作用,改变染色质的结构,调控基因的表达。
乙酰化作用,可以发生在 4 种组蛋白的特异性赖氨酸上,不仅与基因的转录有关,且影响 DNA 的复制和修复。
组蛋白乙酰化,是通过组蛋白乙酰转移酶(HAT) 和组蛋白去乙酰化酶 (HDAC) 催化完成,HAT 通过在组蛋白赖氨酸残基乙酰化,激活基因转录,而HDAC 使组蛋白去乙酰化,抑制基因转录。
组蛋白的乙酰化,有利于 DNA 与组蛋白八聚体的解离,核小体结构松弛,从而使各种转录因子和协同转录因子,与 DNA 结合位点特异性结合,激活基因的转录。
组蛋白甲基化,是通过组蛋白甲基转移酶完成的。
甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基,并且赖氨酸残基能够发生单、双、三甲基化,而精氨酸残基能够发生单、双甲基化,这些不同程度的甲基化,极大地增加了组蛋白修饰和调控基因表达的复杂性。
研究表明,组蛋白赖氨酸甲基化是一种相对动态的标记,精氨酸甲基化与基因激活相关,而H3 和 H4 精氨酸的甲基化丢失与基因沉默相关。
3、MicroRNA
MicroRNA(miRNA) 是一类长度约 22 nt 的、保守的单链内源性非蛋白质编码的小分子 RNA。
最初在细胞核中编码 miRNA 的基因,通过 RNA 聚合酶Ⅱ转录成初级 miRNA。
随后通过核心核酸酶 (RNaseⅢ Drosha) 的切割,初级 miRNA 成为具有发夹环结构、长度约为 70 ~ 100 nt 的前体 miRNA。
最后,前体 miRNA 在转运蛋白 exportin-5 的作用下,由细胞核转运到细胞质中被另一种核糖核酸内切酶 (RNaseⅢ Dicer) 进一步切割形成成熟 miRNA 。
成熟miRNA 可与多种其他蛋白质一起,组成 RNA 诱导的沉默复合体,通过诱导 miRNA 降解或抑制其翻译,从而调控转录后的基因表达。
总之,表观遗传学包含的内容极其广泛,当前除了 DNA 甲基化、组蛋白修饰及 MicroRNA 在白癜风的研究中可以见到外,其余领域如 RNA 甲基化、组蛋白泛素化、非编码 RNA 中的长链非编码 RNA 和环状 RNA 等并未见报道。
此外,表观遗传学之间也同样存在相互调控,如长链非编码 RNA 可促进 Wnt 通路中甲基化的发生,并可调控组蛋白的去乙酰化。
同时,组蛋白乙酰化,在某种情况下,也可诱导 DNA 的低甲基化,组蛋白的泛素化,又可以通过调控甲基转移酶,从而影响DNA 甲基化的表达等。
表观遗传研究之间的相互作用,构成了巨大而复杂的网络,其在白癜风疾病的相关研究中可能扮演重要的角色。
因此,白癜风在该领域的研究存在较广阔的空间,这需要白癜风患者更加注意。
参考文献:
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【作者:张海港】