Pencetakan Genomik

Pencetakan genomik adalah fenomena epigenetik di mana sebagian gen diekspresikan hanya dari salah satu dari dua alel parental sesuai dengan asal induknya. Beberapa gen tercetak diekspresikan hanya dari salinan yang diwarisi dari ibu dan yang lainnya hanya dari salinan yang diwarisi dari ayah. Cetakan tersebut ditetapkan sebagai tanda metilasi DNA dalam garis benih, bertahan dari pemrograman ulang awal embrio, dan kemudian dibaca sepanjang hidup individu.

Definition

Pencetakan genomik adalah penandaan epigenetik gen-gen tertentu dalam garis benih sedemikian rupa sehingga gen-gen tersebut diekspresikan hanya dari alel yang diwarisi dari ibu atau hanya dari alel yang diwarisi dari ayah pada keturunannya.

Scope

Topik ini mencakup definisi dan logika biologis pencetakan, pembentukan tanda metilasi spesifik induk dalam garis benih, daerah kontrol pencetakan dan gugus gen yang mereka atur, pemeliharaan cetakan melalui perkembangan, dan interpretasi evolusioner mengapa pencetakan ada. Kondisi manusia spesifik dibahas dalam topik gangguan pencetakan.

Core questions

• Apa artinya gen tercetak?
• Bagaimana cetakan spesifik induk ditetapkan dalam sel telur dan sperma?
• Bagaimana cetakan dipertahankan sementara sisa genom diprogram ulang dalam embrio?
• Mengapa pencetakan berevolusi jika mengorbankan keamanan memiliki dua alel yang berfungsi?

Key concepts

• Ekspresi spesifik asal induk
• Pembentukan cetakan garis benih
• Daerah metilasi diferensial (daerah kontrol pencetakan)
• Gugus gen tercetak
• Pemeliharaan melalui pemrograman ulang embrio
• Gen yang diekspresikan dari ibu versus gen yang diekspresikan dari ayah

Key theories

Teori konflik parental (kekerabatan)

Pencetakan diinterpretasikan sebagai produk konflik evolusioner antara alel yang diwarisi dari ibu dan ayah mengenai transfer sumber daya ke keturunan, memprediksi bahwa gen yang diekspresikan dari ayah cenderung meningkatkan dan gen yang diekspresikan dari ibu cenderung membatasi pertumbuhan.

Mechanisms

Cetakan adalah tanda epigenetik diferensial, terutama metilasi DNA, yang ditetapkan pada daerah kontrol pencetakan selama gametogenesis: sekuens tertentu dimetilasi dalam garis benih betina dan yang lainnya dalam garis benih jantan. Setelah fertilisasi, ketika sebagian besar genom didemetilasi dan dimetilasi ulang, daerah kontrol pencetakan ini dilindungi sehingga tanda parental tetap ada. Status metilasi daerah kontrol pencetakan kemudian mengatur ekspresi spesifik alel dari gen-gen terdekat, seringkali dengan mengendalikan fungsi insulator atau transkripsi RNA non-pengkodean di seluruh gugus tercetak, sehingga satu alel parental diekspresikan dan yang lainnya dibungkam. Gen Igf2 tikus memberikan demonstrasi awal bahwa gen autosomal dapat diekspresikan secara tergantung pada asal induk.

Clinical relevance

Karena gen tercetak secara fungsional hanya memiliki satu salinan aktif, mutasi, delesi, atau perubahan epigenetik yang memengaruhi salinan tersebut tidak diredam oleh alel lain, sehingga pencetakan membuat lokus tertentu sangat rentan dan menimbulkan penyakit yang bergantung pada asal induk. Topik ini menjelaskan mengapa asal parental dari perubahan genetik dapat menentukan apakah dan bagaimana penyakit muncul; ini bersifat deskriptif dan bukan dasar untuk diagnosis atau pengobatan individu.

Epidemiology

Gen tercetak merupakan sebagian kecil dari genom, diperkirakan hanya beberapa ratus, dan terkonsentrasi dalam gugus. Gen-gen ini memiliki kepentingan yang sangat besar dalam pertumbuhan, fungsi plasenta, dan perkembangan otak relatif terhadap jumlahnya.

History

Eksperimen transplantasi nuklir pada tahun 1980-an menunjukkan bahwa genom ibu dan ayah tidak dapat dipertukarkan, menetapkan keberadaan pencetakan. Era molekuler dimulai sekitar tahun 1991 ketika gen Igf2 tikus terbukti hanya diekspresikan dari alel ayah, dan pekerjaan selanjutnya memetakan gugus tercetak, mengidentifikasi daerah kontrol pencetakan, dan menghubungkan pencetakan dengan metilasi DNA dan RNA non-pengkodean. Teori konflik parental evolusioner memberikan kerangka kerja yang berpengaruh mengapa pencetakan ada.

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

Bagaimana pencetakan genomik berbeda dari mutasi?

Pencetakan tidak mengubah urutan DNA; ini adalah tanda epigenetik, sebagian besar metilasi DNA, yang membungkam satu salinan gen parental. Oleh karena itu, gen yang sama dapat aktif atau diam hanya tergantung pada induk mana gen tersebut diwarisi.

Apakah cetakan permanen?

Dalam diri individu, cetakan stabil, tetapi dalam garis benih, cetakan lama dihapus dan diatur ulang sesuai dengan jenis kelamin individu, sehingga cetakan gen dapat berubah ketika diturunkan ke generasi berikutnya.