2021年9月23日，清华-Science系列大讲堂第四专题“表观遗传学结构与功能”正式拉开帷幕。本专题首期嘉宾为纪念斯隆-凯特琳癌症中心、美国国家科学院院士/美国艺术与科学院院士Dinshaw Patel教授和中国科学院生物物理所副所长朱冰研究员，清华大学医学院副院长、北京生物结构前沿研究中心李海涛教授主持了本次讲座。

表观遗传学（Epigenetics）是研究DNA序列不发生改变的情况下，基因表达或细胞表型发生可遗传变化的一门学科。表观遗传学关注染色质层面的遗传信息组织与解读，具体机制涉及DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、以及非编码RNA等。通常地，DNA甲基化指5-甲基胞嘧啶（5mC），是DNA化学修饰的一种形式。大量研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性、以及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而在不改变遗传序列的前提下调控基因表达，在维持正常细胞的功能、胚胎发育、以及肿瘤等疾病发生过程中发挥着至关重要的作用。

报告中两位嘉宾分别以《DNA甲基转移酶的结构生物学研究》（Structural Biology of DNA Methyltransferases）和《表观遗传学:从遗传到记忆》（Epigenetics: from inheritance to memory）为题介绍了表观遗传学的最新研究进展。

Dinshaw Patel

第一位嘉宾来自念斯隆-凯特琳癌症中心的Dinshaw Patel 教授，Patel教授一直致力于揭示生物分子的结构以及分子复合物形成的基本规律，多年来不断扩展新的研究领域，2005年，他开始进入表观遗传调控领域的研究并取得了多项研究成果。其团队揭开了人类DNMT1酶的在结合DNA时候的结构，不仅展示了DNMT1在所需要的位置是如何加上甲基化标记，同时也揭开了自抑制的机制；近年关于表观遗传调控方面的贡献，其团队已扩展至单组蛋白伴侣的领域。在报告中，Patel教授主要介绍了DNA甲基转移酶的相关研究研究。DNA甲基化主要由DNA甲基转移酶（DNMT）家族引起，包括DNMT1，DNMT3a和DNMT3b，其中，DNMT1充当主要维持甲基转移酶以维持已在基因组建立的DNA的甲基化，而DNMT3a和DNMT3b可以对未甲基化的DNA进行甲基化。Patel教授在报告中着重阐释了DNMT1、UHRF1、DNMT3和DNMT5等的调控机理。

近二十年来，表观遗传学领域的主要突破在于鉴定了一系列的修饰酶，这些酶的表达及催化活性调控机制是当今的一大研究重点，修饰酶的催化活性调控机制尤为重要。在第二个报告中，中国科学院生物物理所副所长朱冰研究员围绕“遗传”和“记忆”两大方面重点介绍了其团队最近关于DNA甲基化遗传、选择性去甲基化以及转录记忆机制的研究发现。朱冰研究员还介绍到：表观遗传系统有助于实现多细胞生物的两个基本挑战——增殖和分化。在表观遗传修饰中，DNA甲基化保持了最高的保真度，但其维持性能仍有所欠缺，于是，DNA甲基组在衰老和肿瘤发生时出现异常。在报告的最后，朱冰研究员还介绍了一个尚未发表的关于细胞分化的调控机制的研究。

朱冰

两位嘉宾专业详实的讲解，令广大观众对于表观遗传学最新研究进展有了更深入的理解，从中也可洞见DNA甲基化及其调控的广阔应用前景。