第1章 介绍：什么是基因表达？
1.1 分子生物学的中心法则
- 决定一个有机体命运的关键：哪些因素和信号在时间和空间上控制基因的表达。
- 对RNA进行定量：qPCR、Microarray、RNA-seq。
1.1 补充延伸–“组学”的定义
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基因组：生物体内完整的单倍体DNA序列，由所有编码基因和更大的非编码区域组成。
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转录组：一个组织或细胞类型中所有转录RNA分子的集合。
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蛋白质组：在特定组织或细胞类型中表达的完整的一套蛋白质。
qPCR和微阵列（基因芯片）
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qPCR：更准确的说是RT-PCR和qRT-PCR，是目前分析中等丰度基因表达的黄金标准。
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Microarry：转录组分析首选（但是正在被RNA-seq取代）。
1.2 基因转录的复杂性–三种RNA聚合酶
1.3 转录调控元件
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蛋白编码基因的转录调控过程中有许多元件，它们是染色质的一段序列。
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染色质是基因组DNA与核小体形成的复合体，染色质与转录因子关系最密切。
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转录因子是序列特异性的DNA结合蛋白，它调节RNA聚合酶的活性。
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转录调控的核心是PolⅡ，它和通用转录因子在基因的TSS区组装在一起，形成基础转录机器。
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调节蛋白与TSS区域的相关性呈高斯分布。
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启动子、增强子、LCR、沉默子和绝缘子区域之间是绝对区分的：它们都是延伸的基因组DNA，包含特定的转录因子结合位点。
1.3 补充延伸–增强子和位点控制区LCR
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增强子：是位于TSS区域远端的一段基因组区域，其中包含组织和细胞特异性的转录因子结合位点。
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LCR：一段染色体环中的多个基因，会被一段特殊的远端增强子区域以相同的方式所调控，该区域为位点控制区，通常由多个增强子组成。
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染色质转录工厂：增强子(远端非定向)和启动子以PolⅡ为中心、相互接近的三维空间结构。
1.4 染色质活动在基因调控中的作用
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为了激活基因，TSS区域和各自转录因子结合位点区域的染色质需要被打开，染色质的开放主要是通过组蛋白的翻译后修饰。
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激活染色质的标志：组蛋白尾部上多个赖氨酸的乙酰化和特定残基的甲基化。
1.4 补充延伸–表观遗传学
- 表观遗传学：主要研究在初始基因编码序列不发生改变的情况下，基因表达或细胞表型的可遗传的变化。
1.5 基因表达程序
基因表达控制的三个水平：
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DNA编码：携带编码信息的DNA和ncRNA信息的基因组序列；
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遗表观传学编码：组蛋白密码和DNA甲基化模式的结合；
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转录因子程序：转录因子的表达和活动依赖于DNA编码、表观遗传编码以及胞外和胞内信号的共同作用。
第2章 染色质的功能
2.1 常染色质和异染色质
在细胞间期，细胞核的组成是有差异的，朝向中心的浅色区域称为常染色质，周围的暗色聚集物，称为异染色质。
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异染色质分为组成型异染色质（永久静止）和兼性异染色质（虽沉默但可被激活）；
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基因只有处于常染色质时（不太紧凑的结构），才能表达；
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染色质密度通过影响转录因子及其相关辅助因子在基因组上结合位点的可接近性来调控基因的表达（涉及核小体和转录因子的动态竞争）；
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这种动态竞争会受到染色质修饰银子及染色质重塑因子等酶类的影响。
2.1 补充延伸–沉默子（silencers）
- 像增强子一样，沉默子是一段结合有多个转录因子的基因组序列；
- 但与增强子相比，结合在沉默子上的转录因子主要发挥阻遏的功能。
- 沉默子活动的一个典型例子是基因组印记。
2.2 核小体
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除基因组DNA与组蛋白外，RNA和其他蛋白质也是染色质的重要成分。
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染色质的构建模块是核小体，每个核小体由各两个拷贝的H2A、H2B、H3、H4组成。
2.3 染色质开放和封闭时的组蛋白修饰
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组蛋白H3和H4的乙酰化作用以及H3K4甲基化作用，都和活跃染色质相关；
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但同时，异染色质中也存在至少9种抑制染色质活性的组蛋白甲基化标记（H3K9、H3K27、H4K20）。
2.4 组蛋白修饰的基因组效应
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过去十年间，研究特定的组蛋白修饰以及转录因子与基因组DNA结合的主要方法是染色质免疫共沉淀技术（ChIP）。
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现在，主要是使用ChIP-seq。
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组蛋白修饰对基因的调控既有活化也有抑制，此外，组蛋白修饰还能够标记增强子的位置。
2.4 补充延伸–ChIP和ChIP-seq
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ChIP技术的基础是一种免疫沉淀反应，即使用抗体富集染色质片段，这些染色质片段会结合感兴趣的组蛋白修饰（或结合有转录因子）。
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ChIP-seq的基础是大规模平行测序，其可以定量所有染色质片段，因此可以测定对全基因组范围的影响。
2.5 染色质结构
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细胞间期中，基因在核内的位置对其表达非常重要。
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在基因活化期间，一般存在H3K36me3、H3K4me3、H4K20me1和H2K5me1等修饰的活跃染色质位点，这些位点在三维空间上接近，并聚集在PolⅡ位置（转录工厂区域）；
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相反，核骨架及主要存在H3K9甲基化的异染色质区，可发生大范围的基因沉默。
在哺乳动物中，有五个水平的染色质层次（导致染色质的开放或关闭）：
2.6 表观遗传信号对健康和疾病的影响
表观遗传信号的三个主要组成部分:
（1）表观遗传引发器：
- 主要是胞外信号（生长因子、激素等）；
- 表观遗传引发器启动信号转导级联反应。
（2）表观遗传效应器：
- 是表观遗传信号级联反应的终点；
- 通常为转录因子、辅助因子或染色质修饰因子；
- 表观遗传效应器以组蛋白DNA标记的形式，将存储在细胞表观遗传状态下的信息整合起来正确使用。
（3）表观遗传维持器:
- 主要是一些表观标记，如组蛋白修饰或DNA甲基化模式；
- 表观遗传维持器在细胞组织的生命周期内维持，甚至会部分遗传。
第1、2章重要概念
第1章重要概念
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分子生物学中心法则指出了遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质流向的明确方向。
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对于不同细胞类型和组织来说，基因表达决定了它们的结构和功能，即表型。
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对于一个给定的细胞类型和组织，基因表达模式是特征性的，但是当暴露于信号或在病理条件下，基因表达可以显著改变。
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基因组DNA的转录，即基因表达的第一步，是调控的关键。
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RNA聚合酶Ⅰ和Ⅲ合成大量的但种类有限的管家RNA，如rRNA和tRNA。
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RNA聚合酶Ⅱ转录所有的蛋白编码基因，以及大多数的ncRNA，如miRNA。PolⅡ的活性受到严格调控。
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除了与TSS的距离不同，启动子、增强子、LCRs、沉默子和绝缘子之间没有本质区别：它们都是基因组DNA序列的一段，存在成簇的特定转录因子的结合位点。
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所有调节蛋白的结合相对TSS区域都呈高斯分布，即找到一个活跃转录因子结合位点的可能性在TSS的上下游呈对称性下降。
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基因组DNA的默认状态是被密集包装成染色质并不让转录因子接近的状态。
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为使染色质开放，一系列染色质修饰酶必须去除染色质的标记，用激活染色质的标记取代。
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基因表达的调控主要分布在三个不同水平：DNA编码、表观遗传学编码和转录因子程序。
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辅助因子是衔接蛋白，提供了转录因子、RNA聚合酶和染色质修饰酶之间多种联系的可能。
第2章重要概念
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染色质包装是决定一个基因是否被转录的第一步，也是最重要的一步，它决定了细胞的表型。一般来说，染色质包装越紧密，它就越不活跃。
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染色质可以将基因组DNA包装成一个永久沉默的形式，或在包装成可以被活化的形式。
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核小体是染色质结构的主要单元，基因组DNA缠绕在组蛋白八聚体上。
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组蛋白最重要的翻译后修饰时赖氨酸的乙酰化和甲基化。
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组蛋白H3和H4乙酰化作用以及H3K4甲基化与活跃染色质相关；H3K9、H3K27和H4K2的甲基化标记与不活跃的异染色质相关。
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ChIP和ChIP-seq技术室研究特定组蛋白修饰以及转录因子与基因组DNA相互作用的主要方法。
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间期核内基因的位置与基因表达相关。活跃的基因位于细胞核中心，与转录工厂相关，而不活跃基因被发现靠近核纤层和多梳体。
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染色质组织有五个层次：DNA甲基化状态、核小体包装、组蛋白修饰、转录因子的可接近性、转录复合物的形成集=及核内相对位置。
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在表观遗传信号方面有三个组件：表观遗传引发器、表观遗传效应器、表观遗传维护器。
