البصمة الجينومية

البصمة الجينومية هي ظاهرة فوق جينية (epigenetic) يتم فيها التعبير عن مجموعة فرعية من الجينات من أحد الأليلين الأبويين فقط وفقًا لأصلها الأبوي. يتم التعبير عن بعض الجينات المطبوعة (imprinted genes) فقط من النسخة الموروثة من الأم، بينما يتم التعبير عن البعض الآخر فقط من النسخة الموروثة من الأب. تتشكل البصمة كعلامة مثيلة للحمض النووي (DNA-methylation mark) في الخلايا الجنسية (germline)، وتصمد أمام إعادة البرمجة المبكرة للجنين، ثم تُقرأ طوال حياة الفرد.

Definition

البصمة الجينومية هي التحديد الفوق جيني (epigenetic marking) لبعض الجينات في الخلايا الجنسية بحيث يتم التعبير عنها فقط من الأليل الموروث من الأم أو فقط من الأليل الموروث من الأب في النسل.

Scope

يغطي الموضوع تعريف البصمة ومنطقها البيولوجي، وتأسيس علامات المثيلة الخاصة بالأبوين في الخلايا الجنسية، ومناطق التحكم في البصمة ومجموعات الجينات التي تحكمها، والحفاظ على البصمات خلال التطور، والتفسير التطوري لوجود البصمة. تُعالج الحالات البشرية المحددة في موضوع اضطرابات البصمة.

Core questions

• ماذا يعني أن يكون الجين مطبوعًا؟
• كيف تتأسس البصمات الخاصة بالأبوين في البويضات والحيوانات المنوية؟
• كيف يتم الحفاظ على البصمات بينما تتم إعادة برمجة بقية الجينوم في الجنين؟
• لماذا تطورت البصمة إذا كانت تضحي بسلامة وجود أليلين عاملين؟

Key concepts

• التعبير الخاص بأصل الأب
• تأسيس البصمات في الخلايا الجنسية
• المناطق الممثيلة تفاضليًا (مناطق التحكم في البصمة)
• مجموعات الجينات المطبوعة
• الصيانة من خلال إعادة البرمجة الجنينية
• الجينات المعبر عنها من الأم مقابل الجينات المعبر عنها من الأب

Key theories

نظرية الصراع الأبوي (القرابة)

تُفسر البصمة على أنها نتاج صراع تطوري بين الأليلات الموروثة من الأم والأب حول نقل الموارد إلى النسل، متوقعة أن الجينات المعبر عنها من الأب تميل إلى تعزيز النمو والجينات المعبر عنها من الأم تميل إلى الحد منه.

Mechanisms

البصمات هي علامات فوق جينية تفاضلية، بشكل رئيسي مثيلة الحمض النووي (DNA methylation)، تتأسس في مناطق التحكم في البصمة أثناء تكوين الأمشاج (gametogenesis): يتم مثيلة تسلسلات معينة في الخلايا الجنسية الأنثوية وتسلسلات أخرى في الخلايا الجنسية الذكرية. بعد الإخصاب، عندما يتم إزالة مثيلة معظم الجينوم وإعادة مثيلته، تُحمى مناطق التحكم في البصمة هذه بحيث تستمر العلامات الأبوية. ثم تتحكم حالة مثيلة منطقة التحكم في البصمة في التعبير الخاص بالأليل للجينات القريبة، غالبًا عن طريق التحكم في وظيفة العازل (insulator function) أو نسخ الحمض النووي الريبوزي غير المشفر (noncoding-RNA transcription) عبر مجموعة مطبوعة، بحيث يتم التعبير عن أليل أبوي واحد ويتم إسكات الآخر. قدم جين Igf2 في الفئران دليلًا مبكرًا على أن الجين الجسدي (autosomal gene) يمكن التعبير عنه بطريقة تعتمد على أصل الأب.

Clinical relevance

نظرًا لأن الجين المطبوع موجود وظيفيًا في نسخة نشطة واحدة فقط، فإن الطفرة أو الحذف أو التغير الفوق جيني الذي يؤثر على تلك النسخة لا يتم تخفيفه بواسطة الأليل الآخر، لذا فإن البصمة تجعل بعض المواقع الجينية عرضة للخطر بشكل فريد وتؤدي إلى أمراض تعتمد على أصل الأب. يشرح الموضوع سبب تحديد الأصل الأبوي للتغير الجيني ما إذا كان المرض سيظهر وكيف سيظهر؛ وهو وصفي وليس أساسًا للتشخيص أو العلاج الفردي.

Epidemiology

تشكل الجينات المطبوعة جزءًا صغيرًا من الجينوم، ويقدر عددها بالمئات القليلة، وتتركز في مجموعات. لها أهمية كبيرة في النمو ووظيفة المشيمة وتطور الدماغ مقارنةً بعددها.

History

أظهرت تجارب زرع النواة في الثمانينيات أن الجينوم الأمومي والأبوي غير قابلين للتبادل، مما أثبت وجود البصمة. بدأ العصر الجزيئي حوالي عام 1991 عندما تبين أن جين Igf2 في الفئران يتم التعبير عنه فقط من الأليل الأبوي، وحددت الأعمال اللاحقة مجموعات الجينات المطبوعة، وحددت مناطق التحكم في البصمة، وربطت البصمة بمثيلة الحمض النووي والحمض النووي الريبوزي غير المشفر. قدمت نظرية الصراع الأبوي التطوري إطارًا مؤثرًا لسبب وجود البصمة.

Key figures

• Azim Surani
• Wolf Reik
• Anne Ferguson-Smith
• Shirley Tilghman
• David Haig

Seminal works

• dechiara-1991
• reik-walter-2001
• peters-2014

Frequently asked questions

كيف تختلف البصمة الجينومية عن الطفرة؟

لا تغير البصمة تسلسل الحمض النووي؛ إنها علامة فوق جينية، غالبًا مثيلة الحمض النووي، تعمل على إسكات نسخة أبوية واحدة من الجين. وبالتالي يمكن أن يكون نفس الجين نشطًا أو صامتًا اعتمادًا فقط على الوالد الذي ورث منه.

هل البصمات دائمة؟

داخل الفرد، تكون البصمة مستقرة، ولكن في الخلايا الجنسية، يتم مسح البصمات القديمة وإعادة ضبطها وفقًا لجنس الشخص، لذلك يمكن أن تتغير بصمة الجين عندما ينتقل إلى الجيل التالي.