Γονιδιωματική Αποτύπωση και Φαινόμενα Γονεϊκής Προέλευσης

Για ένα μικρό σύνολο γονιδίων έχει σημασία από ποιον γονέα προήλθε ένα αλληλόμορφο: η αποτύπωση σιωπά το ένα γονεϊκό αντίγραφο μέσω επιγενετικών σημαδιών, έτσι ώστε η κληρονομικότητα να μπορεί να παραβιάζει τη συνήθη συμμετρία της Μεντελικής μετάδοσης.

Definition

Η γονιδιωματική αποτύπωση είναι μια επιγενετική διαδικασία κατά την οποία ορισμένα γονίδια εκφράζονται μόνο από το ένα γονεϊκό αλληλόμορφο ανάλογα με το αν κληρονομήθηκε από τη μητέρα ή τον πατέρα, παράγοντας φαινόμενα γονεϊκής προέλευσης στον φαινότυπο.

Scope

Αυτό το θέμα καλύπτει το φαινόμενο της γονιδιωματικής αποτύπωσης, την επιγενετική σήμανση των αλληλομόρφων στη γεννητική σειρά ανάλογα με τη γονεϊκή προέλευση, την προκύπτουσα μονοαλληλική, γονεϊκά ειδική έκφραση των αποτυπωμένων γονιδίων, την επαναφορά των αποτυπώσεων μεταξύ των γενεών, και τις κλασικές διαταραχές αποτύπωσης που προκύπτουν όταν διαταράσσονται τα σημάδια ή τα χρωμοσώματα που τα φέρουν. Αντιμετωπίζει τα φαινόμενα γονεϊκής προέλευσης ως ειδική περίπτωση επιγενετικής ρύθμισης· οι γενικοί μηχανισμοί χρωματίνης καλύπτονται στο παρακείμενο θέμα.

Core questions

• Πώς καθιερώνονται οι αποτυπώσεις στη γεννητική σειρά και επαναφέρονται μεταξύ των γενεών;
• Γιατί η γονεϊκή προέλευση ενός αλληλομόρφου καθορίζει αν θα εκφραστεί;
• Πώς τα σφάλματα αποτύπωσης και η μονογονεϊκή δισωμία προκαλούν ασθένειες;
• Γιατί μπορεί να έχει εξελιχθεί η αποτύπωση παρά την πλεονασμό που θυσιάζει;

Key concepts

• Γονιδιωματική αποτύπωση και μονοαλληλική έκφραση
• Καθιέρωση και επαναφορά αποτυπώσεων στη γεννητική σειρά
• Περιοχές ελέγχου αποτύπωσης
• Μονογονεϊκή δισωμία
• Διαταραχές αποτύπωσης

Mechanisms

Κατά τη γαμετογένεση, η διαφορική μεθυλίωση του DNA καθορίζεται σε περιοχές ελέγχου αποτύπωσης ανάλογα με το γονεϊκό φύλο, έτσι ώστε τα μητρικά και πατρικά αντίγραφα ενός αποτυπωμένου γονιδίου να φέρουν διακριτά σημάδια· αυτά σιωπούν ένα αλληλόμορφο στους απογόνους, και επειδή τα σημάδια διαγράφονται και επανακαθίστανται σε κάθε γενιά, η έκφραση εξαρτάται από την πιο πρόσφατη γονεϊκή προέλευση και όχι από την αλληλουχία του DNA.

Clinical relevance

Η αποτύπωση εξηγεί γιατί οι διαγραφές της ίδιας χρωμοσωμικής περιοχής προκαλούν σύνδρομο Prader-Willi όταν κληρονομούνται πατρικά και σύνδρομο Angelman όταν κληρονομούνται μητρικά, και γιατί η μονογονεϊκή δισωμία μπορεί να προκαλέσει ασθένεια· η αναγνώριση των προτύπων γονεϊκής προέλευσης είναι σημαντική στη γενετική διάγνωση και συμβουλευτική.

History

Πειράματα μεταφοράς πυρήνα σε ποντίκια στα μέσα της δεκαετίας του 1980 έδειξαν ότι τα μητρικά και πατρικά γονιδιώματα δεν είναι ισοδύναμα, καθιερώνοντας την αποτύπωση· τα πρώτα αποτυπωμένα γονίδια αναγνωρίστηκαν γύρω στο 1991, και η υπόθεση γονεϊκής σύγκρουσης του Haig προσέφερε μια εξελικτική αιτιολόγηση για το γιατί προέκυψε η αποτύπωση.

Debates

Γιατί εξελίχθηκε η αποτύπωση

Η κυρίαρχη υπόθεση γονεϊκής σύγκρουσης υποστηρίζει ότι η αποτύπωση αντικατοπτρίζει μια διαμάχη μεταξύ πατρικών αλληλομόρφων που ευνοούν τη μεγαλύτερη εξαγωγή πόρων από τους απογόνους και μητρικών αλληλομόρφων που την περιορίζουν, αλλά υπάρχουν εναλλακτικές εξηγήσεις και το ερώτημα παραμένει ανοιχτό.

Key figures

• Azim Surani
• Davor Solter
• David Haig

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Τι σημαίνει φαινόμενο γονεϊκής προέλευσης;

Σημαίνει ότι ο φαινότυπος που παράγεται από ένα αλληλόμορφο εξαρτάται από το αν κληρονομήθηκε από τη μητέρα ή τον πατέρα· για τα αποτυπωμένα γονίδια το ένα γονεϊκό αντίγραφο σιωπάται επιγενετικά, οπότε εκφράζεται μόνο το αντίγραφο από τον άλλο γονέα.

Πώς μπορεί η ίδια διαγραφή να προκαλέσει δύο διαφορετικά σύνδρομα;

Εάν μια χρωμοσωμική περιοχή περιέχει αποτυπωμένα γονίδια, η απώλειά της από το πατρικό χρωμόσωμα αφαιρεί τα μόνα ενεργά αντίγραφα των πατρικά εκφραζόμενων γονιδίων, ενώ η απώλειά της από το μητρικό χρωμόσωμα αφαιρεί τα μητρικά εκφραζόμενα, παράγοντας διακριτές διαταραχές όπως τα σύνδρομα Prader-Willi και Angelman.