DNA Methylation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Tost, Jorg 编

出品人:

页数:391

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价格:$ 124.30

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isbn号码:9781934115619

丛书系列:

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• DNA甲基化
• 表观遗传学
• 基因调控
• 生物化学
• 分子生物学
• 遗传学
• 癌症
• 发育生物学
• 基因组学
• 甲基化

《基因调控的密码：表观遗传学前沿探索》 引言 在生命的宏伟篇章中，DNA，这条承载着生命蓝图的双螺旋结构，一直是科学家们孜孜不倦探索的核心。然而，我们逐渐认识到，仅仅解析DNA序列的奥秘，远不足以完全理解生命是如何运作、如何应对环境变化，以及如何产生如此多样的生命形态的。在DNA序列之外，存在着一个更为精妙且动态的调控系统，它如同一个无声的指挥家，指导着基因的表达，影响着细胞的功能，甚至塑造着个体的命运。这个系统，便是表观遗传学（Epigenetics）的核心领域。 《基因调控的密码：表观遗传学前沿探索》一书，旨在为读者揭开表观遗传学的神秘面纱，深入浅出地探讨这一前沿科学领域的核心概念、关键机制、研究方法以及其在生命科学和医学领域的广泛应用。本书不拘泥于单一的表观遗传修饰，而是力求构建一个全面而深入的视角，带领读者领略表观遗传学如何精妙地影响基因的开启与关闭，如何参与细胞的分化与发育，以及如何在疾病的发生发展中扮演至关重要的角色。 第一章：打开基因调控的黑匣子 本章将从宏观层面切入，介绍基因调控在生命活动中的基础性作用。我们将回顾经典的基因表达调控模型，并引出“表观遗传学”这一概念的出现及其重要性。通过生动形象的比喻，解释为何仅凭DNA序列本身无法解释复杂的细胞行为和发育过程。我们将探讨表观遗传学是如何在不改变DNA序列本身的前提下，改变基因的表达模式，从而赋予细胞多样性的功能。本章将为后续深入理解具体的表观遗传机制奠定坚实的基础。 第二章：DNA上的“开关”：DNA修饰的奥秘 DNA甲基化，作为表观遗传学领域最为经典且被广泛研究的修饰之一，将在本章中得到详尽的阐述。我们将深入解析DNA甲基化发生的分子机制，包括DNA甲基转移酶（DNMTs）家族的组成、功能以及它们如何精确地将甲基基团添加到DNA的胞嘧啶上，特别是在CpG二核苷酸区域。 本书将重点探讨DNA甲基化在基因沉默中的关键作用。我们将分析甲基化修饰如何通过两种主要机制来实现基因沉默：一是直接阻碍转录因子与DNA结合；二是招募甲基化DNA结合蛋白，进而形成高度浓缩的染色质结构，使DNA无法被转录机器接触。 此外，本章还将深入探讨DNA去甲基化过程。我们将介绍去甲基化酶（如TETs家族）的作用，它们如何主动地逆转DNA甲基化修饰，从而重新激活基因表达。这种动态的甲基化和去甲基化过程，对于维持基因组的稳定、细胞特异性的基因表达模式以及应对环境信号至关重要。 本书还将结合最新的研究进展，介绍DNA甲基化在不同生物学过程中的角色，例如： 胚胎发育与细胞分化： 探讨DNA甲基化如何在不同发育阶段精确调控祖细胞向特定谱系细胞的分化，以及维持已分化细胞的身份。 基因组印记（Genomic Imprinting）： 详细介绍DNA甲基化在调控仅从父本或母本基因组继承的基因表达中的作用，及其与某些遗传疾病的关联。 X染色体失活（X-chromosome Inactivation）： 阐述DNA甲基化在随机失活其中一条X染色体以实现剂量补偿中的关键作用。 转座子沉默（Transposon Silencing）： 解释DNA甲基化如何防止转座子的异常激活，从而维持基因组的完整性和稳定性。 通过对DNA甲基化机制的全面解析，读者将深刻理解这一看似微小的化学修饰，如何如同一个精密的“基因开关”，深刻影响着生命的进程。 第三章：染色质的“工程师”：组蛋白修饰的多样性 在本章中，我们将聚焦于另一个核心的表观遗传调控机制——组蛋白修饰。组蛋白是DNA缠绕形成核小体的基本蛋白单位，它们是构成染色质结构的关键。组蛋白的N端尾巴富含多种氨基酸残基，这些残基可以发生多种化学修饰，如乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等。 本书将系统性地介绍主要的组蛋白修饰类型及其功能： 组蛋白乙酰化（Histone Acetylation）： 重点介绍乙酰化如何通过中和组蛋白尾巴上的正电荷，削弱其与带负电荷的DNA之间的相互作用，从而打开染色质结构，促进基因转录。我们将详细介绍组蛋白乙酰转移酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的家族及其在激活和抑制基因表达中的作用。 组蛋白甲基化（Histone Methylation）： 阐述组蛋白甲基化可以发生在不同的氨基酸残基上（如赖氨酸和精氨酸），并且甲基化的数量（单、双、三甲基化）和位置可以携带不同的调控信息。我们将探讨不同组蛋白甲基化位点（如H3K4me3、H3K27me3）与基因激活和沉默的关联，以及负责这些修饰的组蛋白甲基转移酶（HMTs）和去甲基化酶（HDMs）的功能。 其他组蛋白修饰： 简要介绍磷酸化、泛素化等其他常见的组蛋白修饰，以及它们在染色质重塑、DNA损伤修复和信号转导通路中的作用。 本书将特别强调“表观遗传码”（Epigenetic Code）的概念。我们将解释不同的组蛋白修饰并非孤立存在，而是会协同作用，形成复杂的“代码”，指导着染色质的组织和基因的表达。我们将介绍“读码器蛋白”（Reader Proteins）的作用，这些蛋白能够识别特定的组蛋白修饰，并将其转化为下游的生物学效应。 通过对组蛋白修饰的深入探讨，读者将认识到组蛋白是如何充当染色质的“工程师”，通过一系列精密的化学修饰，精确地调控着DNA的可及性，从而对基因表达产生深远的影响。 第四章：非编码RNA的“指挥棒”：表观遗传调控的新维度 近年来，非编码RNA（non-coding RNA, ncRNA）在表观遗传调控中的作用日益受到重视。本书将 devote 专门的章节来探讨 ncRNA 如何作为“指挥棒”，在分子层面介导或影响表观遗传修饰。 我们将重点关注几种主要的 ncRNA 类型： 长链非编码RNA（long non-coding RNA, lncRNA）： 详细介绍 lncRNA 如何通过与DNA、RNA或蛋白质相互作用，在染色质水平上发挥调控作用。例如，lncRNA可以作为“支架”分子，将表观遗传调控因子招募到特定的基因位点，或者影响染色质的结构和组蛋白修饰。我们将举例说明 lncRNA 在 X 染色体失活、基因组印记以及癌症等疾病中的作用。 微小RNA（microRNA, miRNA）： 阐述 miRNA 主要通过与靶 mRNA 结合，导致 mRNA 降解或抑制其翻译，从而间接影响基因表达。虽然 miRNA 的作用主要在转录后水平，但它们也被发现能够影响 DNA 甲基化和组蛋白修饰。 小干扰RNA（small interfering RNA, siRNA）： 介绍 siRNA 在 RNA 干扰（RNAi）途径中的作用，以及它们如何引导沉默复合体（RISC）进行 mRNA 的切割。siRNA 在一些生物体中也被发现能够引导 DNA 甲基化和组蛋白修饰到靶基因位点，形成表观遗传沉默。 本书将强调 ncRNA 在整合表观遗传调控网络中的重要性。我们将探讨 ncRNA 如何与 DNA 甲基化和组蛋白修饰协同作用，形成一个多层次、多功能的调控系统，从而实现对基因表达的精确控制。 第五章：表观遗传学的“地图绘制”：研究方法与技术前沿 为了理解上述复杂的表观遗传调控机制，科学家们开发了一系列强大的研究工具和技术。本章将系统介绍目前主流的表观遗传学研究方法，并展望未来的技术发展趋势。 我们将深入讲解以下关键技术： DNA甲基化检测技术： 亚硫酸氢盐测序（Bisulfite Sequencing, BS-Seq）： 详细介绍亚硫酸氢盐如何特异性地将未甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶，而将甲基化的胞嘧啶保留下来，从而实现全基因组范围内 DNA 甲基化水平的精确测定。我们将讨论全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）和靶向亚硫酸氢盐测序（Targeted BS-Seq）的优缺点。 甲基化特异性 PCR（Methylation-Specific PCR, MSP）： 介绍 MSP 如何利用引物对区分甲基化和未甲基化的 DNA，是一种快速、灵敏的检测特定 CpG 位点甲基化状态的方法。 酶切-qPCR： 介绍利用甲基化敏感的限制性内切酶进行酶切，然后通过 qPCR 检测目标 DNA 片段的残留情况，来推断甲基化状态。 组蛋白修饰检测技术： 染色质免疫沉淀（Chromatin Immunoprecipitation, ChIP）： 详细阐述 ChIP 的原理，如何利用特异性抗体捕获带有目标组蛋白修饰的 DNA 片段，并结合 qPCR（ChIP-qPCR）或高通量测序（ChIP-seq）来绘制组蛋白修饰的全基因组图谱。我们将重点介绍 ChIP-seq 在绘制激活标记（如 H3K4me3）和抑制标记（如 H3K27me3）方面的应用。 ChIP-exo 和 CUT&RUN/CUT&Tag： 介绍这些更新的技术，它们能够提高组蛋白修饰检测的灵敏度和分辨率，并降低背景信号。 ncRNA 研究技术： RNA 测序（RNA-seq）： 介绍 RNA-seq 如何用于分析全转录组的表达谱，包括 ncRNA 的鉴定和定量。 RIP-seq（RNA Immunoprecipitation Sequencing）： 介绍 RIP-seq 如何用于研究 ncRNA 与蛋白质的相互作用，揭示 ncRNA 在调控网络中的作用。 FISH（Fluorescence In Situ Hybridization）： 介绍 FISH 如何用于可视化 ncRNA 的细胞内定位，从而推断其功能。 本书还将展望表观遗传学研究的未来方向，例如： 单细胞表观遗传学： 探讨如何克服技术挑战，实现单细胞水平的 DNA 甲基化和组蛋白修饰分析，以揭示细胞间的异质性和发育过程中的动态变化。 动态表观遗传学： 介绍如何通过时间分辨的实验设计，追踪表观遗传修饰在不同生理或病理条件下的动态变化。 人工智能在表观遗传学中的应用： 探讨机器学习和深度学习如何帮助我们分析海量的表观遗传数据，发现新的调控模式和生物标志物。 第六章：生命进程中的表观遗传学：从发育到衰老 表观遗传学并非独立的调控机制，而是深刻地贯穿于生命体的各个方面。本章将从宏观角度，展示表观遗传学在重要生命进程中的作用。 胚胎发育与细胞命运决定： 详细阐述表观遗传学如何在细胞分化过程中，通过维持或建立细胞特异性的基因表达谱，精确地控制细胞如何从多能性向特异性谱系细胞演变。我们将探讨干细胞的表观遗传学特征以及它们在再生医学中的潜力。 神经系统发育与功能： 介绍表观遗传学在神经元分化、突触可塑性以及学习记忆过程中的作用。我们将探讨环境因素如何通过表观遗传修饰影响神经系统的发育和功能。 免疫系统调控： 阐述表观遗传学如何参与免疫细胞的发育、分化和功能调控，以及在免疫耐受和免疫应答中的作用。 衰老与疾病： 探讨表观遗传“时钟”的概念，以及衰老过程中表观遗传模式的改变如何与各种与年龄相关的疾病（如癌症、神经退行性疾病、心血管疾病）相关联。 第七章：表观遗传学的黑暗面：疾病与干预 表观遗传学的失调与多种人类疾病的发生发展密切相关。本章将聚焦于表观遗传学在疾病中的作用，并探讨潜在的治疗策略。 癌症： 详细分析癌症发生过程中 DNA 甲基化异常（如全基因组低甲基化和启动子高甲基化）和组蛋白修饰改变（如 H3K27me3 的缺失）如何导致抑癌基因沉默和癌基因激活。我们将介绍目前已获批准的表观遗传学药物（如 DNA 甲基转移酶抑制剂和组蛋白去乙酰化酶抑制剂）及其作用机制。 神经系统疾病： 探讨表观遗传学异常在阿尔茨海默病、帕金森病、精神分裂症等疾病中的作用，例如，基因组印记失调、DNA 甲基化异常等。 代谢性疾病： 分析表观遗传学如何参与调节与肥胖、糖尿病等相关的基因表达，以及环境暴露（如饮食、化学物质）如何通过表观遗传途径影响代谢健康。 自身免疫性疾病： 介绍表观遗传学在免疫细胞功能紊乱和免疫耐受破坏中的作用，从而导致自身免疫性疾病的发生。 表观遗传学药物研发： 详细介绍目前表观遗传学药物研发的进展，包括新的靶点、药物类别（如 HDAC 抑制剂、EZH2 抑制剂）以及联合治疗策略。我们将讨论表观遗传学药物的优势与挑战，例如，脱靶效应、耐药性等。 表观遗传学作为诊断和预后标志物： 探讨利用表观遗传标记（如特定的 DNA 甲基化谱）作为疾病的早期诊断、预后判断和疗效监测的工具。 第八章：环境与生活方式的表观遗传学印记 我们不仅仅是基因的载体，更是环境影响的接收者。表观遗传学为理解环境如何与基因相互作用，从而影响生命健康提供了重要的桥梁。 营养与表观遗传学： 探讨不同营养素（如叶酸、维生素 B12、胆碱）如何作为甲基供体，影响 DNA 甲基化，以及饮食模式（如高脂饮食）如何通过表观遗传机制介导健康风险。 化学物质暴露与表观遗传毒性： 分析环境污染物、内分泌干扰物等化学物质如何通过表观遗传机制，干扰正常的基因表达，导致发育异常、生殖问题甚至癌症。 社会心理压力与表观遗传学： 介绍社会心理压力（如童年逆境）如何通过表观遗传修饰，影响大脑发育和应激反应系统，从而对终生健康产生持久影响。 生活方式对表观遗传学的影响： 探讨运动、睡眠、吸烟等生活方式因素如何调节表观遗传模式，以及这些改变如何与慢性疾病风险相关联。 结论：通往健康的未来图景 《基因调控的密码：表观遗传学前沿探索》一书的最终目标，是让读者深刻理解表观遗传学作为生命调控核心的地位，它不仅仅是理解生命奥秘的一把钥匙，更是通往疾病治疗和健康生活的新途径。本书将总结表观遗传学研究的最新进展，强调表观遗传学研究对于揭示疾病机制、开发新的治疗策略以及指导健康生活方式选择的巨大潜力。 我们将展望未来，表观遗传学研究必将继续蓬勃发展，为人类健康带来更多福祉。通过对本书内容的学习，读者将能够更全面、更深入地认识生命，并为未来在这一激动人心的领域做出贡献奠定坚实的基础。本书旨在启发读者对生命调控的深刻思考，并激励他们积极探索表观遗传学的无穷奥秘。

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