Genomische Prägung und Eltern-Ursprungs-Effekte

Bei einer kleinen Gruppe von Genen ist es von Bedeutung, von welchem Elternteil ein Allel stammt: Die Prägung schaltet eine elterliche Kopie durch epigenetische Markierungen still, sodass die Vererbung die übliche Symmetrie der Mendelschen Transmission verletzen kann.

Definition

Genomische Prägung ist ein epigenetischer Prozess, bei dem bestimmte Gene nur von einem elterlichen Allel exprimiert werden, je nachdem, ob es von der Mutter oder vom Vater geerbt wurde, was zu Eltern-Ursprungs-Effekten auf den Phänotyp führt.

Scope

Dieses Thema behandelt das Phänomen der genomischen Prägung, die epigenetische Markierung von Allelen in der Keimbahn entsprechend dem elterlichen Ursprung, die daraus resultierende monoallelische, elternspezifische Expression geprägter Gene, das Zurücksetzen von Prägungen zwischen Generationen und die klassischen Prägungsstörungen, die entstehen, wenn die Markierungen oder die sie tragenden Chromosomen gestört sind. Es behandelt Eltern-Ursprungs-Effekte als Sonderfall der epigenetischen Regulation; die allgemeinen Chromatin-Mechanismen werden im angrenzenden Thema behandelt.

Core questions

• Wie werden Prägungen in der Keimbahn etabliert und zwischen Generationen zurückgesetzt?
• Warum bestimmt der Elternteil, von dem ein Allel stammt, ob es exprimiert wird?
• Wie verursachen Prägungsfehler und uniparentale Disomie Krankheiten?
• Warum könnte sich die Prägung trotz der Redundanz, die sie opfert, entwickelt haben?

Key concepts

• Genomische Prägung und monoallelische Expression
• Keimbahn-Etablierung und Zurücksetzen von Prägungen
• Prägungs-Kontrollregionen
• Uniparentale Disomie
• Prägungsstörungen

Mechanisms

Während der Gametogenese wird eine differentielle DNA-Methylierung in Prägungs-Kontrollregionen entsprechend dem elterlichen Geschlecht angelegt, sodass die mütterlichen und väterlichen Kopien eines geprägten Gens unterschiedliche Markierungen tragen; diese schalten ein Allel im Nachkommen still, und da die Markierungen in jeder Generation gelöscht und neu etabliert werden, hängt die Expression vom jüngsten elterlichen Ursprung und nicht von der DNA-Sequenz ab.

Clinical relevance

Die Prägung erklärt, warum Deletionen derselben chromosomalen Region das Prader-Willi-Syndrom verursachen, wenn sie väterlicherseits vererbt werden, und das Angelman-Syndrom, wenn sie mütterlicherseits vererbt werden, und warum uniparentale Disomie Krankheiten hervorrufen kann; das Erkennen von Eltern-Ursprungs-Mustern ist wichtig für die genetische Diagnose und Beratung.

History

Kernübertragungsexperimente an Mäusen Mitte der 1980er Jahre zeigten, dass mütterliche und väterliche Genome nicht äquivalent sind, was die Prägung etablierte; die ersten geprägten Gene wurden um 1991 identifiziert, und Haigs Eltern-Konflikt-Hypothese bot eine evolutionäre Begründung dafür, warum die Prägung entstand.

Debates

Warum sich die Prägung entwickelte

Die führende Eltern-Konflikt-Hypothese besagt, dass die Prägung einen Tauziehen zwischen väterlichen Allelen widerspiegelt, die eine größere Ressourcenextraktion durch die Nachkommen begünstigen, und mütterlichen Allelen, die diese einschränken, aber es gibt alternative Erklärungen und die Frage bleibt offen.

Key figures

• Azim Surani
• Davor Solter
• David Haig

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Was bedeutet Eltern-Ursprungs-Effekt?

Es bedeutet, dass der durch ein Allel hervorgerufene Phänotyp davon abhängt, ob es von der Mutter oder vom Vater geerbt wurde; bei geprägten Genen wird eine elterliche Kopie epigenetisch stillgelegt, sodass nur die Kopie des anderen Elternteils exprimiert wird.

Wie kann dieselbe Deletion zwei verschiedene Syndrome verursachen?

Wenn eine Chromosomenregion geprägte Gene enthält, entfernt ihr Verlust vom väterlichen Chromosom die einzigen aktiven Kopien väterlicherseits exprimierter Gene, während ihr Verlust vom mütterlichen Chromosom mütterlicherseits exprimierte Gene entfernt, was zu unterschiedlichen Störungen wie dem Prader-Willi- und dem Angelman-Syndrom führt.