表观遗传101-看图说话版
在 巡洋舰群分享后的感受 中，我承诺将分享下学习表观遗传的心得。不过要讲的有趣，还需要图，所以这里做的主要是看图说话，给一幅图，解释几句。
这两幅图说的是 基因和DNA序列的关系，DNA序列是一串连起来的碱基，但我们通常说的基因是指 DNA序列上编码蛋白质的部分，比如人的DNA序列总长2.8Gb，大猩猩的大一些，3.1G，狗狗的小一下，2.4G，但其中编码蛋白质的区域的长度都差不多。那么DNA序列上剩余的部分是做什么的？从第一幅图上我们看出，越是复杂的动物，其编码蛋白质的基因区所占的比例就越少。为何生命体越复杂，其蛋白质不是变得相应的更加复杂了？这是第二幅图指出的问题，我们可以看出，不论是人类，虫子还是酵母，编码蛋白质的区域大小都在一个数量级上。虽然数量不是一切，进化为何不通过创造大量特异性的蛋白质，来展现生命的复杂性了？
答案部分呈现在下图之中
DNA序列上的DNA区，相当于一个程序包。DNA被转录成为RNA，之后翻译成为蛋白质的过程，可以比喻为这个程序包中的一个函数被调用并执行，到底调用哪一个函数，使用什么样的参数，都不是由编码区的DNA说了算的。正如上图所示，一份DNA会被转录成多份RNA，不同的RNA，由于不同的剪切，又会被翻译成不同的蛋白质。
然而，就如在机器学习中，同相同的方法，在不同的情况下，需要不同的参数，才能发挥出最好的效果。生物体也需要有一种机制，来记住通过自然选择得出的“参数”。这就是表观遗传。表观遗传是经典遗传学的补充，如同爱因斯坦的相对论是牛顿力学的扩展和补充，而不是全盘推翻了牛顿力学。表观遗传中的有些现象的确像拉马克遗传，但不代表拉马克遗传的全面胜利。
从分子层面，表观遗传通过甲基化，组蛋白，ncRNA，miRNA等机制来发挥作用。不论那种机制，其最终效果是减少还是增加一种基因的表达数量。从而使包含着相同DNA序列的细胞，表现出不同的形态和功能。
无论是甲基化还是组蛋白，都长着你们看不懂的性状。比如下图是甲基化
下图是组蛋白
不管他们长什么样。他们都是可以逆转的，即有甲基化，就有去甲基化。表观遗传的标记另一个值得记住的是，这些标记是可以遗传的。
本来说好的只好C喜欢搞基，即只有ACGT 这四种碱基中的C可以被甲基化，不过这几年的研究指出，极少量的其他碱基也可以被甲基化，这也正常，生物学中唯一普遍的规律就是一切都会有反例的。
C搞基不怕，但若是C后面跟着一个G，那么就会形成CpG岛，在人类基因组内，GC的含量大约为40%；这些GC并不是平均分布在基因组内，在某些DNA片段上其含量可高达60%以上，而在另一些区域则只有33%左右。这种GC含量的差别，在基因表达的调控和基因突变上都可能扮演着重要的角色。例如，在基因的末端和启动子区域通常存在一些富含双核苷酸“CG”的区域，称为“CpG岛”（CpG island），这些CpG岛不仅是基因的一种标志，而且还参与基因表达的调控和影响染色质的结构通常这些位点很容易发生甲基化。
CpG岛不止容易甲基化，还会将甲基化的标记传给下一代子细胞，见下图
说完了分子机制，来说说表观遗传的可能的应用
首先是在癌细胞中，在避免癌症的八道禁咒 中 说道，癌症主要是一种基因突变造成的疾病，人体中本来有抑制癌症的基因，但在癌细胞中，那些抑制癌症的基因被甲基化了，从而无法表达。这启发了制药厂商从表观遗传的角度去研发癌症的药物，然而目前除了副作用很大的HDAC inhibitors，还没有什么被批准的依托表观机制的抗癌药物。
另一个应用就是在神经系统中，为什么童年时的虐待和忽视会影响这个孩子一生的心理健康了，从而让这个孩子更容易患上抑郁症了？因为童年的经历会影响表观标记，从而影响孩子们一生的幸福。**明白了这一点，想想那么多留守儿童，在缺少关爱的坏境中长大，就挺值得担忧的。**然而，即使是具有相同的DNA序列，不代表具有相同的命运，表观遗传提供了环境和基因相互作用的机制，从而使得即使是同卵双胞胎，一方患上精神分裂时另一方患病的几率只有45%，见下图。这使我们不只是基因的牵线木偶，但同时提醒我们后天力量不是万能的。
而另一个表观遗传的表现，也父母受环境的影响会影响孩子的健康。这里可以参考巡洋舰群分享后的感受中提到的例子，也可以看今天的另外一篇推送。
总结一下，**表观遗传描述的是一种广泛应用在动物植物中的一种调控基因表达数量的机制。**对表观遗传的研究，是遗传学的最前沿，我们还有很多没有搞清楚的地方，但并不影响我们去根据已有的研究来挑战我们的认知地图。关于表观遗传，还有很多值得学习的有趣的知识，这里最后推荐一本书，《遗传的革命》，这本2012的书有教科书的深度，又简明易懂。
更多阅读
小丹巡2016-07-19 20:36:41
抽象的地方举了很多例子说明，良心讲解！
许柏森2016-07-19 14:27:13
很精要，我也在做表观遗传研究，实际上的情况比我们想象的复杂
作者
加个好友吧 grd31189