تأثیرات منشأ والدینی بر بیان ژن

تأثیر منشأ والدینی زمانی رخ می‌دهد که پیامد فنوتیپی یک جایگاه ژنتیکی به این بستگی داشته باشد که آلل از مادر به ارث رسیده است یا از پدر. این تأثیرات نتیجه قابل مشاهده ژنومیک ایمپرینتینگ (genomic imprinting) هستند: از آنجا که یک ژن ایمپرینت شده تنها از یک آلل والدینی بیان می‌شود، یک تغییر مشابه می‌تواند پیامدهای بسیار متفاوتی داشته باشد بسته به اینکه کدام والد آن را منتقل کرده است.

Definition

تأثیر منشأ والدینی تفاوتی در بیان ژن یا فنوتیپ است که به این بستگی دارد که یک آلل یا ناحیه کروموزومی مشخص از مادر به ارث رسیده است یا از پدر، و این امر به دلیل بیان ژن‌های ایمپرینت شده تنها از یک آلل والدینی رخ می‌دهد.

Scope

این موضوع توضیح می‌دهد که تأثیرات منشأ والدینی چیست، چگونه از بیان تک‌آللی ایمپرینت شده ناشی می‌شوند، الگوهای وراثتی که در شجره‌نامه‌ها ایجاد می‌کنند، و مکانیسم‌هایی که توسط آن‌ها منشأ والدینی یک جایگاه خوانده می‌شود. این پدیده را به صورت مفهومی چارچوب‌بندی می‌کند؛ سندرم‌های بالینی خاص در موضوع اختلالات ایمپرینتینگ پوشش داده شده‌اند.

Core questions

• چه چیزی باعث می‌شود تأثیر یک آلل به والدی که از آن آمده است بستگی داشته باشد؟
• تأثیرات منشأ والدینی چگونه در الگوهای وراثت خانوادگی ظاهر می‌شوند؟
• چرا یک حذف مشابه می‌تواند اختلالات متفاوتی را در کروموزوم مادری در مقابل پدری ایجاد کند؟
• منشأ والدینی یک ناحیه در سطح مولکولی چگونه شناسایی می‌شود؟

Key concepts

• بیان تک‌آللی و وابسته به والد
• آلل‌های بیان‌شده مادری در مقابل پدری
• الگوهای وراثت که به والد انتقال‌دهنده بستگی دارند
• فنوتیپ‌های متقابل از یک ناحیه ژنومی
• دیسومی تک‌والدینی به عنوان منبع عدم تعادل منشأ والدینی
• بازنشانی ایمپرینت‌ها در خط زایا بین نسل‌ها

Key theories

نظریه تعارض والدینی (خویشاوندی)

کشمکش تکاملی بین آلل‌های به ارث رسیده مادری و پدری بر سر استفاده از منابع توسط فرزندان، اثرات رشد متضاد دو ژنوم والدینی را پیش‌بینی می‌کند و چارچوبی برای بسیاری از پدیده‌های منشأ والدینی فراهم می‌آورد.

Mechanisms

تأثیرات منشأ والدینی، بازتاب فنوتیپی ایمپرینتینگ هستند. از آنجا که یک ژن ایمپرینت شده در یک آلل والدینی خاموش و در دیگری فعال است، نسخه عملکردی از یک والد خاص می‌آید؛ جهش یا از دست دادن که بر نسخه والدینی فعال تأثیر می‌گذارد، آشکار می‌شود، در حالی که همان ضایعه بر نسخه خاموش ممکن است تأثیر کمی داشته باشد. منشأ والدینی توسط مناطق متیله‌شده افتراقی (differentially methylated regions) تنظیم‌شده در خط زایا کدگذاری می‌شود که آلل‌های مادری و پدری را به طور متفاوت نشانه‌گذاری می‌کنند و در طول تکوین حفظ می‌شوند. هنگامی که هر دو نسخه از یک ناحیه ایمپرینت شده از یک والد می‌آیند، مانند دیسومی تک‌والدینی (uniparental disomy)، تعادل طبیعی ژن‌های بیان‌شده مادری و پدری مختل می‌شود و یک فنوتیپ با منشأ والدینی حتی بدون هیچ جهش توالی ایجاد می‌کند. در شجره‌نامه‌ها، این به صورت شرایطی ظاهر می‌شود که تنها زمانی منتقل می‌شوند که توسط مادران یا تنها زمانی که توسط پدران منتقل می‌شوند.

Clinical relevance

تأثیرات منشأ والدینی توضیح می‌دهند که چرا والد انتقال‌دهنده می‌تواند تعیین کند که آیا یک کودک مبتلا است و چرا حذف‌های یک ناحیه کروموزومی مشابه می‌توانند سندرم‌های متفاوتی را بسته به منشأ والدینی ایجاد کنند. این موضوع از استدلال در مورد وراثت در زمینه‌های مشاوره ژنتیک در سطح مفهومی حمایت می‌کند؛ توصیفی است و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.

History

تأثیرات منشأ والدینی زمانی شناخته شدند که آزمایش‌های پیوند هسته‌ای و انتقال پرونوکلئار (pronucleus) در دهه ۱۹۸۰ نشان دادند که ژنوم‌های مادری و پدری به طور نابرابر در تکوین مشارکت می‌کنند. اثبات در سال ۱۹۹۱ که ژن Igf2 موش تنها از آلل پدری بیان می‌شود، یک مبنای مولکولی مشخص ارائه داد، و نظریه تعارض والدینی یک توضیح تکاملی برای تأثیرات متضاد دو ژنوم والدینی ارائه کرد.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

چرا مهم است که یک آلل از کدام والد می‌آید؟

برای ژن‌های ایمپرینت شده، تنها یک نسخه والدینی فعال است. اگر نسخه فعال همان نسخه‌ای باشد که از یک والد خاص به ارث رسیده است، آنگاه تغییر در آن نسخه اثر خود را نشان خواهد داد، در حالی که همان تغییر در نسخه خاموش ممکن است چنین نباشد، بنابراین والد منشأ، نتیجه را تعیین می‌کند.

آیا تأثیر منشأ والدینی می‌تواند بدون هیچ جهشی رخ دهد؟

بله. اگر یک کودک هر دو نسخه از یک ناحیه ایمپرینت شده را از یک والد به ارث ببرد (دیسومی تک‌والدینی)، تعادل طبیعی ژن‌های فعال مادری و پدری مختل می‌شود، که می‌تواند یک فنوتیپ با منشأ والدینی ایجاد کند، حتی اگر توالی DNA طبیعی باشد.