概述

表观基因组学是对表观遗传修饰的全基因组研究——这些化学修饰改变 DNA 和染色质，在不改变底层 DNA 序列的情况下调控基因表达。这些修饰包括 CpG 二核苷酸处的 DNA 甲基化、翻译后组蛋白修饰（如乙酰化、甲基化和磷酸化）以及染色质可及性模式。表观基因组图谱因细胞类型、发育阶段和疾病状态而异，提供了一个补充静态基因组的动态信息层。ENCODE 和 Roadmap Epigenomics 联盟等大型项目已为数百种人类细胞类型生成了全面的表观基因组图谱。

方法

表观基因组分析依赖于适用于高通量测序的技术。全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）将未甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶，实现单碱基分辨率的甲基化图谱。ChIP-seq 使用抗体免疫沉淀特定的组蛋白修饰或转录因子结合区域，然后进行测序。ATAC-seq 和 DNase-seq 绘制开放染色质区域以识别活性调控元件。Hi-C 及相关方法捕获三维染色质构象。生物信息学流程通过比对、峰 calling（使用 MACS2 或 PeakDene）和差异富集分析处理原始读段。结合多个表观基因组轨道的整合分析使用 ChromHMM 等工具揭示染色质状态——如活性启动子、增强子和抑制区域。

应用

表观基因组学改变了我们对发育、衰老和疾病的理解。异常的 DNA 甲基化模式是癌症的标志，启动子高甲基化导致肿瘤抑制基因沉默现已成为治疗靶点。表观基因组分析指导增强子及其他在基因调控与表观遗传学中研究的调控元件的发现。该技术与染色质免疫沉淀 (ChIP) 密切相关，但规模扩展至整个基因组。表观基因组学还阐明了 DNA 复制时机如何与染色质状态相关，以及环境暴露如何留下影响整个生命周期健康结果的持久表观遗传标记。