Геномен импринтинг и ефекти на родителския произход

При малък брой гени е от значение от кой родител произхожда даден алел: импринтингът потиска едното родителско копие чрез епигенетични маркери, така че унаследяването може да наруши обичайната симетрия на Менделовото предаване.

Definition

Геномният импринтинг е епигенетичен процес, при който определени гени се експресират само от един родителски алел в зависимост от това дали е наследен от майката или от бащата, което води до ефекти на родителския произход върху фенотипа.

Scope

Тази тема обхваща феномена на геномния импринтинг, епигенетичното маркиране на алелите в зародишната линия според родителския произход, произтичащата моноалелна, родителско-специфична експресия на импринтирани гени, нулирането на импринтинга между поколенията и класическите импринтинг нарушения, които възникват, когато маркерите или хромозомите, които ги носят, са нарушени. Тя разглежда ефектите на родителския произход като специален случай на епигенетична регулация; общите хроматинови механизми са разгледани в съседната тема.

Core questions

• Как се установява импринтингът в зародишната линия и се нулира между поколенията?
• Защо родителският произход на даден алел определя дали той ще бъде експресиран?
• Как грешките в импринтинга и унипаренталната дизомия причиняват заболявания?
• Защо импринтингът може да е еволюирал въпреки излишъка, който жертва?

Key concepts

• Геномен импринтинг и моноалелна експресия
• Установяване в зародишната линия и нулиране на импринтинга
• Контролни региони на импринтинга
• Унипарентална дизомия
• Нарушения на импринтинга

Mechanisms

По време на гаметогенезата, диференциално ДНК метилиране се установява в контролните региони на импринтинга според родителския пол, така че майчините и бащините копия на импринтиран ген носят различни маркери; те потискат един алел в потомството, и тъй като маркерите се изтриват и възстановяват всяко поколение, експресията зависи от най-скорошния родителски произход, а не от ДНК последователността.

Clinical relevance

Импринтингът обяснява защо делеции на същия хромозомен регион причиняват синдром на Прадер-Уили, когато са наследени по бащина линия, и синдром на Ангелман, когато са наследени по майчина линия, и защо унипаренталната дизомия може да причини заболяване; разпознаването на моделите на родителския произход е важно при генетичната диагностика и консултация.

History

Експерименти с ядрен трансфер при мишки в средата на 80-те години на миналия век показват, че майчините и бащините геноми не са еквивалентни, установявайки импринтинга; първите импринтирани гени са идентифицирани около 1991 г., а хипотезата за родителския конфликт на Хайг предлага еволюционно обяснение за възникването на импринтинга.

Debates

Защо еволюира импринтингът

Водещата хипотеза за родителския конфликт твърди, че импринтингът отразява борба между бащини алели, благоприятстващи по-голямо извличане на ресурси от потомството, и майчини алели, които го ограничават, но съществуват алтернативни обяснения и въпросът остава отворен.

Key figures

• Azim Surani
• Davor Solter
• David Haig

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Какво означава ефект на родителския произход?

Това означава, че фенотипът, произведен от даден алел, зависи от това дали е наследен от майката или от бащата; при импринтираните гени едното родителско копие е епигенетично потиснато, така че се експресира само копието от другия родител.

Как една и съща делеция може да причини два различни синдрома?

Ако даден хромозомен регион съдържа импринтирани гени, загубата му от бащината хромозома премахва единствените активни копия на експресирани по бащина линия гени, докато загубата му от майчината хромозома премахва експресираните по майчина линия, което води до различни заболявания като синдромите на Прадер-Уили и Ангелман.