非編碼RNA研究進展長非編碼RNA長非編碼RNA長度在200bp以上。啟動子相關長鏈RNA（promoterassociatedlongRNAs，PARs）；轉錄超保守區域（transcribedultraconservedregions，T-UCR）；長鏈非編碼RNA（longnon-codingRNAs，lncRNAs）；假基因（pseudogenes）；反義RNA（antisenseRNA,asRNAs）。小RNA（SmallRNA）SmallRNA包含miRNA(microRNA)、ncRNA(non-codingRNA)、siRNA(smallinterferingRNA)、snoRNA(smallnucleolarRNA)、piRNA(piwi-interactingRNA)、rasiRNA(RepeatassociatedsmallinterferingRNA)等。高通量測序技術在SmallRNA研究中的應用包括：靶基因功能研究，生命活動調節，發育進化研究，生物Marker,致病機理研究，藥物開發等。Smallnon-codingRNA（小非編碼RNA)小非編碼RNA的RNA長度在20-35bp；微小RNA（microRNAs,miRNAs）；源于核糖體RNA片段（tRNA-derivedfragment，tRF)；PIWI蛋白作用RNA（PIWI-interactingRNAs，piRNAs）；核仁小分子RNA（C/DsnoRNA-derivedRNA,sdRNA）；小干擾RNA（smallinterferingRNAs，siRNAs）。miRNAs與siRNAs與ARGONAUTE(AGO)/PIWI蛋白家族中的AGO亞族結合。小RNA在基因表達、表觀遺傳、疾病發生發展進程中發揮著重要功能。高豐度、高穩定性和高特異性預示其在臨床分子標志物(biomarker)研究中具有高潛在價值。SmallRNA轉錄組測序是鑒定和定量解析smallRNA的新方法和有力工具。RocheGSFLXTitanium、IlluminaSolexaGAIIx和ABSOLID4均可以對SmallRNA進行大規模測序(Large-scalesequencing)分析，IlluminaSolexaGAIIx和ABISolid的讀長正好配合了smallRNA的短序列且通量大，可以得到更高覆蓋率，IlluminaSolexaGAIIx在smallRNA測序中廣泛應用。通過對SmallRNA大規模測序(Large-scalesequencing)分析，可以從中獲得物種全基因組水平的SmallRNA圖譜，實現包括新SmallRNA分子的挖掘，其作用靶基因的預測和鑒定、樣品間差異表達分析、SmallRNA聚類和表達譜分析等科學應用。圖釋：A：piRNA和miRNA在PAGE凝膠上的片段分布區域十分接近；B：同時對這兩片段區域的RNA進行測序。SmallRNA測序有什么樣的樣品要求？(1)樣品純度要求：OD值應在1.8至2.2之間；電泳檢測28S:18S至少大于1.5。(2)樣品濃度：totalRNA濃度不低于750ng/μg；提取總RNA時請不要使用過柱法提取總RNA，樣品總量不低于40μg?(SmallRNA:totalRNA大于0.3%)。或提供濃度大于2ng/μg，總量大于180ng的SmallRNA樣品。(3)SmallRNA樣品請置于-20℃保存；請提供SmallRNA樣品具體濃度、體積、制備時間、溶劑名稱及物種來源。請同時附上QC數據，包括電泳膠圖、分光光度或Nanodrop儀器檢測數據。如需進行多次樣品制備，需要提供多次樣品制備所需樣品。(4)樣品運輸：樣品請置于1.5ml管中，管上注明樣品名稱、濃度以及制備時間，管口使用Parafilm封口。建議使用干冰運輸，并且盡量選用較快的郵遞方式，以降低運輸過程中樣品降解的可能性。SmallRNA分離方法？現行的RNA純化方法包括有機溶劑抽提+乙醇沉淀，或者是采用更加方便快捷的硅膠膜離心柱的方法來純化RNA。由于硅膠膜離心柱通常只富集較大分子的RNA(200nt以上)，SmallRNA往往被淘汰掉，不適用于SmallRNA分離純化。有機溶劑抽提能夠較好的保留SmallRNA，但是后繼的沉淀步驟比較費時費力。目前還有另外一些SmallRNA分離專用的試劑盒。如MirVanamiRNAIsolationKit是采用玻璃纖維濾膜離心柱(glassfiberfilter，GFF)，既能夠富集10mer以上的RNA分子，又兼備離心柱快速離心純化的特點。對于SmallRNA測序，采用PAGE膠電泳對小RNA進行分離。可以選擇感興趣的SmallRNA長度進行研究。SmallRNA的長度為18-30nt。推薦的測序長度為35bp，之后對序列信息進行修剪，去除接頭序列僅留下SmallRNA序列。由于Solexa的讀長足夠滿足SmallRNA測序的讀長要求，且數據讀取量大，性價比高，因此Solexa在SmallRNA測序方面得到廣泛的應用。采用Solexa進行SmallRNA測序其文庫構建方法如下：(1)PAGE膠純化特定大小的小RNA分子；(2)5′接頭連接和純化；(3)3′接頭連接純化；(4)RT-PCR擴增；(5)SmallRNA文庫的純化；(6)文庫的檢測。SmallRNA文庫需要通過電泳檢測和AgilentTechnoligies2100分析儀檢測以分析測序文庫中片段的大小、純度和濃度。SmallRNA測序文庫的構建方法及質量控制？高通量測序研究SmallRNA優勢？(1)可以直接從核苷酸水平上研究SmallRNA分子，不存在傳統芯片雜交的熒光模擬信號帶來的交叉反應和背景噪音問題，利于區分相同家族以及序列極為相似的不同SmallRNA分子；(2)可以對任意物種進行高通量分析，無需任何預先的序列信息以及二級結構信息；(3)靈敏度高，測序通量大，為SmallRNA分子的發現和研究提供了極大數據深度與覆蓋率，能夠檢測豐度極低的稀有轉錄；(4)測序產生的原始數據可以與多種分析軟件兼容，可以注釋SmallRNA的基因組信息，并分析其表達水平，能夠隨時使用公用SmallRNA數據庫注釋已知的SmallRNA，還可以進一步分析未匹配的數據，發現新的SmallRNA種類及異構體，尋找更深入的研究信息。SmallRNA測序的影響因素？(1)樣本的質量：進行SmallRNA測序過程中，需要對SmallRNA進行分離，分離SmallRNA的質量和純度直接影響測序結果。由于RNA容易降解，因此RNA的抽提、純化等操作一定要嚴格按照實驗要求進行，以保證樣品的質量。(2)構建文庫的質量：文庫構建需要PAGE膠分離純化SmallRNA，然后連接接頭進行純化后才能進行RT-PCR，在此過程中，要小心操作保證SmallRNA無降解，同時純化過程要保證接頭去除干凈，殘余的接頭會對后續的測序產生影響。(3)測序文庫的上樣量控制：這個因素也會很大程度影響簇生成的密度，由于上樣量非常小，只有1-8pg，所以能否準確定量微量樣品也是影響測序通量的重要因素。piRNA

[Piwi-interactingRNA(piRNA)]

piRNA的發現piRNA的發現為非編碼小分子RNA的研究開辟了一個新領域，被Science評為2006年十大科技進展之一。2006年，四個獨立的研究小組幾乎同時在果蠅、小鼠、大鼠和人等物種生殖系細胞中發現了一類特異地與PIWI家族蛋白質相互作用的新型小分子RNA。Aravin等發現了該種小RNA，他們在3個月大的C57BL/6J雄性小鼠從小鼠全睪丸組織的全細胞裂解液中利用免疫共沉淀技術純化并獲得MILI核糖核蛋白復合體。該復合體中含有26-28ntRNA進行凝膠純化，克隆和測序。他們根據Piwi蛋白家族的成員MILI與這些小RNA的相互作用，命名為PiwiinteractingRNAs，即piRNAs。AravinA，GaidatzisD，PfefferS，etal．《AnovelclassofsmallRNAsbindtoMILIproteininmousetestes》．Nature，2006，442（7099）：203～207.GirardA，SachidanandamR，HannonGJ，etal．《AgermlinespecificclassofsmallRNAsbindsmammalianPiwiproteins》．Nature，2006，442（7099）：199～202Argonaute蛋白的一種亞家族——Piwi蛋白家族，為無脊椎動物的精子和干細胞的發育所必需。兩種Piwi蛋白家族成員：MILI和MIWI是小鼠精子形成所必需的。Girard等在睪丸總RNA分離過程中也檢測到了這種小RNA，它與MIWI蛋白（一種鼠科的Piwi蛋白）結合。這些小分子RNA在減數分裂起始期積累。所確證的這些1,000多條獨特小分子RNA序列均具有強的5'尿嘧啶偏愛性。這些小分子RNA的遺傳圖譜顯示了數量有限的基因簇，表明這些小分子RNA由較長的初級轉錄產物加工而成。這些小分子RNA的長度為26–31個核苷酸。明顯與21–23個核苷酸的microRNAs和短siRNAs不同。因此我們稱其為“Piwi相互作用RNA”或者piRNAs。他們用小鼠17號染色體，大鼠20號染色體和人的6號染色體進行分析，發有類似的piRNA，大多數基因簇出現在同線位置上。直系同源（Orthologous）的人類染色體區域也能產生具有piRNAs特性的小分子RNA，但序列不同。該類新型小分子RNA的證實為確定哺乳動物中精子形成過程中的Piwi蛋白的作用提供了起點。LauNC，SetoAG，KimJ，etal．《CharacterizationofthepiRNAcomplexfromrattestes》．Science，2006，313（5785）：363～367GrivnaST，BeyretE，WangZ，etal．《AnovelclassofsmallRNAsinmousespermatogeniccells．Genes&Dev，2006，20（13）：1709～1714此外，相繼有3篇文章也分別報道了在小鼠的生精細胞、生殖系細胞以及睪丸中發現了piRNA。其中日本的實驗室根據來源將其命名為germlinesmallRNA（gsRNA），由于命名原則的不同，故在名稱上存在一定的差異。YukaW.Iwasaki,MikikoC.Siomi,andHaruhikoSiomi,《PIWI-InteractingRNA:ItsBiogenesisandFunctions》，AnnualReviewofBiochemistry，2015，Vol.84:405-433piRNA的起源piRNA來源于基因組中的piRNA簇(piRNAcluster)或轉座子區域，由長的單鏈轉錄本切割產生。成熟的piRNA24-32nt。piRNA在動物界廣泛表達，目前尚未在植物中檢測到。除線蟲外，從海綿動物(sponges)到高等哺乳動物中保守存在兩條piRNA生成途徑：初級生成途徑（primarypathway）：初級生成途徑主要發生在體細胞中，主要由單鏈piRNA簇、雙鏈piRNA簇、基因來源的piRNA和轉座子來源的生成途徑。單鏈的piRNA前體加工成piRNA中間體后于Piwi蛋白結合發生細胞核或者細胞質沉默事件。次級生成途徑（secondarypathway）：次級生成途徑主要發生在生殖細胞中，PIWI家族在果蠅中有3個成員——Piwi、Aub和Ago3，其中Piwi和Aub結合初級piRNA。由初級加工途徑生成的Aub-piRNA大多來源于轉座子的反義鏈，可以通過序列互補配對識別正義鏈的轉錄本，然后由Aub切割形成次級piRNA的5'端，并裝載到Ago3上，再通過與初級加工途徑類似的3'端修剪、甲基化修飾等過程得到正義鏈來源的次級piRNA。Ago3-次級piRNA復合物再以同樣的機制剪切產生反義鏈的Aub-次級piRNA，即被稱作乒乓循環(ping-pangcycle)的piRNA次級加工途徑。小鼠睪丸中同樣存在由Mili和Miwi2介導的乒乓循環。piRNA是最近從哺乳動物睪丸組織中發現的一類能與PIWI蛋白質相互作用的新型小RNA；長度比一般的小RNA略長，分布在26～31nt之間，大部分集中在29～30nt、5′端具有尿嘧啶(U)偏向性(約86%)；piRNA是單鏈小分子RNA；piRNA與Argo蛋白家族中的Piwi亞家族蛋白相互結合，在細胞質和細胞核的功能十分活躍；piRNA的表達具有組織特異性；無明顯特殊性的二級結構特異基序和特征。piRNA的結構特征piRNA在染色體上的分布極不均勻，在小鼠中主要分布在17、5、4、2染色體上，基本上不分布在性染色體上；piRNA主要存在于基因間隔區，而很少存在于基因區和重復序列區；它們一般集中成簇分布在1～100kb相對較短的基因組位點，一個這樣的位點一般包含10～4500個小分子RNA；每一個成簇的piRNA幾乎都具有同一取向，說明同一簇piRNA可能來源于同一個初始轉錄體；有很少一部分成簇的piRNA其取向會突然發生改變，這些具有雙向特點的成簇piRNA則可能從同一個中心啟動子轉錄而來。BetelD,SheridanR,MarksDS,etal.《ComputationalanalysisofmousepiRNAsequenceandbiogenesis》.PLoSComputBiol,2007,3(11):e222.piRNA生物學功能A.piRNA調控果蠅早期胚胎發育2001年，Aravin等發現，果蠅Y染色體上與Stellate同源的假基因Su(Ste)編碼一類小RNA，其長度大于siRNA，與PIWI家族蛋白Aub相互作用，即現在熟知的piRNA。Su(Ste)基因缺失或aub突變即檢測不到Su(Ste)來源的piRNA，同時導致Stellate蛋白積累、果蠅雄性不育。后續的研究發現，Aub-Su(Ste)piRNA通過在轉錄后水平降解成熟的mRNA，實現對Stellate基因表達的負調控。B.piRNA參與家蠶性別決定家蠶piRNA的最新研究發現，來自性染色體的FempiRNA通過直接切割靶mRNA參與性別決定。家蠶采用ZW性別決定系統，即雄性攜帶兩條Z染色體，而雌性攜帶1條Z染色體和1條W染色體。決定性別的W染色體幾乎全部為轉座子序列，至今未鑒定出蛋白質編碼基因。W染色體的轉錄本可以作為piRNA前體，加工成29nt的FempiRNA，在雌性家蠶中特異性表達。在家蠶胚胎中轉染FempiRNA的反義鏈RNA或通過siRNA下調家蠶PIWI蛋白Siwi表達，均導致雌性家蠶出現雄性化特征。C.piRNA介導mRNA衰減PIWI/piRNA調控基因表達研究的新進展》DOI:10.13376/j.cbls/20150462010年，Rouget等報道發現果蠅piRNA參與早期胚胎中母源mRNA的降解。胚胎發育早期，隨著早期胚胎轉錄機器的啟動，母源mRNA逐漸被胚胎mRNA取代，被稱作母源-合子過渡(maternal-to-zygonictransition)。過渡過程中，母源mRNA的降解通過CCR4-NOT脫腺苷酸復合物介導。D.piRNA調控基因表達的機制線蟲piRNA由單個的轉錄小單元編碼，其序列可覆蓋幾乎所有的蛋白質編碼基因。線蟲piRNA執行生殖細胞的全基因組轉錄本監測任務，一方面通過可遺傳的RNA誘導的表觀遺傳沉默途徑(RNA-inducedepigeneticsilencingpathway,RNAe)沉默外源的“非我”(non-self)基因；一方面保護內源基因mRNA的穩定性，并激活其表達。21U-RNA加載到線蟲PIWI蛋白PRG-1上，通過序列不完全互補配對識別靶mRNA，招募RNA依賴的RNA聚合酶(RdRP)合成與mRNA完全互補配對的22G-RNA。22G-RNA可以與兩種Argonaute蛋白結合，與WAGO蛋白結合則招募組蛋白甲基轉移酶啟動RNAe，抑制外源mRNA表達；與CSR-1結合則保護內源靶mRNA不受RNAe沉默，并激活其表達。21U-RNA對基因表達雙向調控的確切機制還有待于進一步的研究。E.piRNA調控轉座轉座元件是一類存在于多細胞生物基因組中的不穩定元素，它們可以通過頻繁跳躍將自身插入到基因組的其它位點，從而實現對基因結構和表達的改變，對物種進化具有重要意義。如果轉座元件在基因組中毫無約束地隨意移動，則會破壞基因組的穩定性和完整性，危害個體的生存。因生殖細胞擔負著傳代的重任，其基因組的穩定性和完整性尤為重要。因此，在選擇壓力下，動物生殖系細胞可能就進化獲得了PIWI/piRNA這樣一條獨特小RNA通路，用于控制轉座子、逆轉座子等自私性基因元件的活性，維持生殖細胞基因組穩定性及完整性。piRNA生物學功能核心組件PIWI蛋白Argonaute蛋白家族可分為AGO和PIWI兩個亞家族成員，它們在物種間高度保守，并在小分子非編碼RNA調控途徑中發揮核心作用。AGO蛋白質成員特異性地與小分子干擾RNA(smallinterferingRNA,siRNA)和microRNA(miRNA)結合，在多種組織器官中發揮重要功能。PIWI蛋白質特異性地在動物生殖系細胞中表達，特異性地結合piRNA，在動物生殖細胞發育和配子生成過程中發揮多種重要功能。Argonaute家族蛋白質含有保守的PAZ(PiwiArgonautandZwille)結構域和PIWI結構域。結構及生化研究表明，AGO/PIWI蛋白質通過PAZ結構域與小分子RNA的3′末端結合，而PIWI結構域及MID結構域(themiddledomain)結合RNA分子的5′末端。PIWI結構域含有RNaseH的催化結構域，一部分Argonaute成員具有核酸內切酶活性，可在對應于向導小RNA分子第10位與11位堿基之間切割靶RNA鏈piwi是進化上非常保守的一類基因，最早在果蠅中被發現，對果蠅生殖干細胞的自我更新和維持是必需的。piwi基因缺失也導致線蟲、斑馬魚及小鼠等模式生物生殖細胞發育受阻。這些研究表明，PIWI蛋白主要在動物生殖細胞中表達，其功能與生殖事件相關。在小鼠中，PIWI蛋白家族包括三個成員：MIWI2、MILI和MIWI，它們在小鼠雄性生殖細胞的發育分化過程中呈現高度時空特異性表達。piRNA在腫瘤中的研究迎來井噴piRNA在體細胞中表達具有組織特異性在乳腺，肺和胃組織中進行piRNA測序和表達譜分析，發現piRNA具有組織特異性piRNA在腫瘤中異常表達Piwi相互作用RNA（piRNA）是一類新發現的非編碼小RNA，又稱第三類小RNA。它們具有基因表達調控的功能，但與腫瘤發生、發展的關系非常仍然不太清晰。寧波大學郭俊明在胃癌中（1）發現了在胃癌組織中異常表達的piRNA。經piRNA芯片檢測胃癌組織和癌旁組織中piRNA的表達，發現一些差異表達的piRNA，其中piR-651和piR-823的表達差異具有統計學意義。（2）揭示了胃癌組織與癌旁組織piRNA表達譜的差異。發現胃癌組織中piR-823的表達水平明顯低于癌旁組織中的表達水平，而piR-651的表達則相反。發現piR-651和piR-823分別高表達于和低表達于胃癌組織中，并于胃癌患者的臨床病理因素相關。（3）胃癌細胞株與正常胃上皮細胞中piR-823表達差異的研究。發現胃癌細胞中piR-823的表達明顯低于正常胃上皮細胞中的表達。（4）多種腫瘤組織中piR-823表達差異的研究。發現，結腸癌和肺癌組織中，piR-823的表達高于相應癌旁組織。（5）piR-823類似物抑制胃癌細胞的生長。把piR-823類似物導入到胃癌細胞中，MTT結果顯示MGC-803和SGC-7901的生長均以劑量依賴方式受到抑制。（6）piR-651抑制劑通過影響細胞周期抑制胃癌細胞的生長，機制研究說明其阻止胃癌細胞于G2/M期。（7）動物實驗說明piR-823具有抑制腫瘤細胞生長的作用。（8）外周血piRNA檢測用于胃癌診斷的價值研究。胃癌患者外周血piR-651和piR-823的水平明顯不同于正常人外周血中的水平；腺癌患者外周血piR-651的水平明顯高于印戒細胞癌的水平；piR-823的水平與TNM分期和遠處轉移有關。piR-651、piR-823單獨使用和聯合使用的ROC曲線下面積分別為0.890、0.810和0.892；它們的陽性檢測率均高于CEA的檢測率。目的：利用piRNA測序篩選新型乳腺癌預后生物標記物前言Piwi-interactingRNAs(piRNAs)是一類26到32nt的非編碼小RNA，在維持生殖細胞系上發揮重要作用，目前還認為其在體細胞中對基因表達起到轉錄后調控的作用。Piwi蛋白是piRNA生物合成和作用途徑的中心，對基因的表達起表觀調控作用。piRNAs/PIWIs已被報道可作為多種癌癥的潛在生物標記物，但其在乳腺癌中的作用尚未得到全面的研究。研究者分別對來自104個病人的石蠟包埋乳腺腫瘤組織和11個凍存正常乳腺組織進行小RNA測序。結果正常組織獲得10Mreads數，腫瘤組織獲得165Mreads數，piRNA序列總數4,207,022條，被注釋到676個piRNA上。發現25個差異表達的piRNA，包括17個上調和8個下調piNRA。圖1.差異表達piRNAs的聚類熱圖然后，進行病例對照(Case–control)和純病例(Case–only)統計分析，鑒定出8個piRNA可作為新的預后標記。同時利用基因表達綜合數據庫GEO對PIWI基因進行預后標記評價，發現PIWIL3和PIWIL4也跟預后相關。圖2.利用差異piNRA構建的危險評分與生存的關系利用PIWI基因構建的危險評分與生存的相關性最后，利用mRNA表達數據庫對這些預后差異顯著的piRNA進行靶標分析，發現306個靶標基因與piRNA的表達呈現負相關。對鑒定的這些靶標基因富集分析發現主要富集到血管生成、轉錄、細胞信號傳導等功能上。總的來說，該研究捕獲了piRNA異常表達途徑的整個級聯事件,并發現了乳腺癌預后的新型生物標記物。是真核生物轉錄后加工過程中RNA剪接體（spilceosome）的主要成分，參與mRNA前體的加工過程。

snRNA（小核RNA）2016年1月8日，清華大學生命學院施一公教授研究組在《科學》（Science）就剪接體的結構與機理研究再發長文（ResearchArticle），題為《U4/U6.U5三小核核糖核蛋白復合物3.8埃的結構：對剪接體組裝及催化的理解》（The3.8AStructureoftheU4/U6.U5tri-snRNP:InsightsintoSpliceosomeAssemblyandCatalysis）報道了釀酒酵母（Saccharomycescerevisiae）剪接體組裝過程中的一個關鍵復合物U4/U6.U5tri-snRNP高達3.8埃分辨率的冷凍電鏡結構，并在此基礎上分析了剪接體的組裝機制，為進一步理解剪接體的激活及前體信使RNA（pre-mRNA）剪接反應的催化機制提供了重要分子基礎。該結構與2015年8月施一公研究組報道的分辨率為3.6埃的裂殖酵母（Schizosaccharomycspombe）剪接體結構的對比揭示了剪接體在pre-mRNA剪接反應過程中作為核酶（ribozyme）的催化本質，是RNA剪接研究領域的又一重大進展。U4/U6.U5tri-snRNP是剪接體組裝過程中最大也是最保守的預組裝復合物，它由U5小核核糖核蛋白（snRNP），U4、U6snRNA和其他蛋白因子組成。在該復合物中，U6snRNA呈現失活構象。U4/U6.U5tri-snRNP與A復合物結合形成B復合物，再經過一系列成分、構象重組后，U1、U4snRNP解離，剪接體形成，U6snRNA從而被激活。所以，tri-snRNP的加入是組裝成具有催化活性的剪接體這個過程中不可或缺的一步，其高分辨率結構的解析對于揭示pre-mRNA剪接反應的分子機理至關重要。

U4/U6.U5tri-snRNP電鏡密度及三維結構示意圖他們探索并優化了蛋白提純方案，獲得了性質良好的釀酒酵母U4/U6.U5tri-snRNP復合物的蛋白樣品，并利用單顆粒冷凍電鏡技術重構出了總體分辨率為3.8埃的三維結構，核心區域分辨率更是高達3.0-3.5埃，從而首次將該復合物分辨率推進至近原子分辨率，并搭建了該復合物的原子模型。此高分辨率的結構中，一個出人意料的發現是U4/U6.U5tri-snRNP復合物中存在著與之結合的pre-mRNA。該pre-mRNA通過與U5snRNA和U6snRNA堿基互補配對被識別，其5‘剪接位點中高度保守的鳥嘌呤核糖核苷酸（Guanine）被關鍵蛋白Prp8特異性識別。這一發現為剪接體的組裝和剪接反應的催化提供了新的見解。pre-mRNA與tri-snRNP結合非編碼RNA與其它組學整合研究（一）非編碼RNA與表觀遺傳學調控表觀遺傳學的特點可遺傳的，即這類改變通過有絲分裂或減數分裂，能在細胞或個體世代間遺傳；可逆性的基因表達調節，也有較少的學者描述為基因活性或功能的改變；沒有DNA序列的改變或不能用DNA序列變化來解釋。表觀遺傳修飾主要包括DNA以及一些與DNA密切相關的蛋白質(例如組蛋白)的化學修飾.某些非編碼的RNA也在表觀遺傳修飾中起著重要的作用。EpigeneticRegulationofCancerSiteSpecificHypermethylationGlobalHypomethylationHistoneModificationsRegulatingFactorsDietaryHormonalGeneticVermaM,SrivastavaS.LancetOncol.(2002)3:755-63.DNAMethyltransferasesHistoneMethyltransferasesHistoneAcetylases/DeacetylasesEpigeneticsRegulates:CellCycleControlDNADamageApoptosisInvasionX-ChromosomeInactivationImprintingAging表觀遺傳修飾從多個水平調控基因表達

DNA:DNA甲基化蛋白質：組蛋白修飾

染色質：染色質重塑

RNA：非編碼RNADNA甲基化

DNA甲基化(DNAmethylation)是研究得最清楚、也是最重要的表觀遺傳修飾形式，通過將S一腺苷甲硫氨酸作為甲基供體，并在DNA甲基轉移酶(DNAmethyltransferase，DNMT)的催化下，CpG二核苷酸中的胞嘧啶環上5′位置的氫被活性甲基所取代，從而轉變成為5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5mC)。83哺乳動物基因組中5mC占胞嘧啶總量的2%-7%，約70%的5mC存在于CpG二連核苷。在結構基因的5’端調控區域,

CpG二連核苷常常以成簇串聯形式排列，這種富含CpG二連核苷的區域稱為CpG島(CpGislands)，其大小為500-1000bp，約56%的編碼基因含該結構。基因調控元件(如啟動子)所含CpG島中的5mC會阻礙轉錄因子復合體與DNA的結合。DNA甲基化一般與基因沉默相關聯；非甲基化一般與基因的活化相關聯；而去甲基化往往與一個沉默基因的重新激活相關聯。癌細胞的整個基因組水平處于低甲基化狀態，比正常低20%～60%，這種低甲基化大多發生于編碼區和內含子區域，以及約占人類基因組20%～30%的重復序列區抑癌基因啟動子區域CpG島高度甲基化，且與DNA結合的組蛋白廣泛去乙酰化85組蛋白修飾組蛋白修飾(histonemodification)是表觀遺傳研究的重要內容。組蛋白的N端是不穩定的、無一定組織的亞單位，其延伸至核小體以外，會受到不同的化學修飾，這種修飾往往與基因的表達調控密切相關。被組蛋白覆蓋的基因如果要表達，首先要改變組蛋白的修飾狀態，使其與DNA的結合由緊變松，這樣靶基因才能與轉錄復合物相互作用。組蛋白是重要的染色體結構維持單元和基因表達的負控制因子。組蛋白修飾的種類染色質重塑染色質重塑（chromatinremodeling）是一個重要的表觀遺傳學機制。染色質重塑是由染色質重塑復合物介導的一系列以染色質上核小體變化為基本特征的生物學過程。組蛋白尾巴的化學修飾（乙酰化、甲基化及磷酸化等）可以改變染色質結構，從而影響鄰近基因的活性。88MicroRNAmiRNA是近年來生命科學領域的研究熱點，是一組生物體基因組編碼的內源性非編碼小RNA。miRNA主要采用降解靶mRNA和抑制靶mRNA的翻譯兩種作用方式在轉錄后水平調控基因表達。降解靶mRNA的方式與siRNA的作用方式相似，直接作用于靶mRNA，直接導致mRNA表達水平下降。但絕大多數哺乳動物細胞中的miRNAs并不導致靶mRNA的降解，而是通過與靶mRNA的3’端非翻譯區（UTR）不完全匹配結合，抑制mRNA翻譯成蛋白質，使靶基因的蛋白質表達水平下降。89

miRNA與腫瘤發生的關系存在兩種可能的模式[Caldas,etal.（NatureMedicine2005）]：1、若miRNA表達上調，其對應抑癌基因表達下調時，則可能導致腫瘤發生；2、若miRNA表達下調，其對應癌基因表達上調時，同樣可能導致腫瘤發生。

許多瘤基因和腫瘤抑制基因都受到miRNAs分子的調控，此時的miRNAs可能起到癌基因或是腫瘤抑制基因的作用。miRNA癌基因的活化和miRNA抑癌基因失活導致腫瘤抑瘤基因表達下調以及這些miRNA基因與蛋白編碼癌基因、抑癌基因協同作用導致腫瘤發生.miRNA的甲基化修飾92RNA甲基化近兩年，科學家們首次發現了一種可逆性的RNA甲基化—m6A。定位了哺乳動物轉錄組中的m6A，鑒定了這種動態修飾的「讀」、「寫」和「擦除」蛋白，解析了m6A在轉錄后調控中的一些功能。RNA甲基化（m6A）研究在表觀遺傳領域開始嶄露頭角，成為最前沿的熱點！N6-甲基腺嘌呤(m6A）是真核生物最常見和最豐富的RNA分子修飾。m6A修飾是METTL3甲基轉移酶復合體催化的，而最近新發現的RNA去甲基化酶FTO和ALKBH5可以通過一種α-酮戊二酸和Fe2+依賴型的形式對m6A去甲基化。METTL3(methyltransferaselike3)，FTO和ALKBH5被證明在很多生物過程中起重要作用，從發育和代謝到生殖。m6A存在于很多物種質中，占到了RNA堿基甲基化修飾的80%。m6A主要分布在mRNA中，也出現在非編碼RNA如tRNA，rRNA和snRNA。在轉錄成的RNA中相對高的m6A含量會影響RNA的代謝過程，比如剪切，核轉運，翻譯能力和穩定性，以及RNA轉錄2014年發現了WTAP(wilms"tumour1-associatingprotein)蛋白作為m6A甲基轉移酶復合物調控亞基，調節m6A甲基轉移酶催化亞基METTL3和METTL14在細胞體內的定位和活性。WTAP結合RNA并招募METTL3/METTL14復合物對RRACH特異序列進行甲基化修飾研究成果MammalianWTAPIsaRegulatorySubunitoftheRNAN6-Methyla