Imprinting genomico ed effetti dell'origine parentale

Per un piccolo insieme di geni è importante da quale genitore provenga un allele: l'imprinting silenzia una copia parentale attraverso marcature epigenetiche, in modo che l'ereditarietà possa violare la consueta simmetria della trasmissione mendeliana.

Definition

L'imprinting genomico è un processo epigenetico in cui alcuni geni sono espressi da un solo allele parentale a seconda che sia stato ereditato dalla madre o dal padre, producendo effetti dell'origine parentale sul fenotipo.

Scope

Questo argomento copre il fenomeno dell'imprinting genomico, la marcatura epigenetica degli alleli nella linea germinale in base all'origine parentale, la conseguente espressione monoallelica e parentale-specifica dei geni imprintati, il reset degli imprinting tra le generazioni e le classiche patologie da imprinting che insorgono quando le marcature o i cromosomi che le portano sono alterati. Tratta gli effetti dell'origine parentale come un caso speciale di regolazione epigenetica; i meccanismi generali della cromatina sono trattati nell'argomento adiacente.

Core questions

• Come vengono stabiliti gli imprinting nella linea germinale e resettati tra le generazioni?
• Perché l'origine parentale di un allele determina se esso viene espresso?
• Come gli errori di imprinting e la disomia uniparentale causano malattie?
• Perché l'imprinting potrebbe essersi evoluto nonostante la ridondanza che sacrifica?

Key concepts

• Imprinting genomico ed espressione monoallelica
• Stabilimento e reset degli imprinting nella linea germinale
• Regioni di controllo dell'imprinting
• Disomia uniparentale
• Patologie da imprinting

Mechanisms

Durante la gametogenesi, la metilazione differenziale del DNA viene stabilita nelle regioni di controllo dell'imprinting in base al sesso parentale, così le copie materne e paterne di un gene imprintato portano marcature distinte; queste silenziano un allele nella prole, e poiché le marcature vengono cancellate e ristabilite ad ogni generazione, l'espressione dipende dall'origine parentale più recente piuttosto che dalla sequenza del DNA.

Clinical relevance

L'imprinting spiega perché le delezioni della stessa regione cromosomica causano la sindrome di Prader-Willi quando ereditate dal padre e la sindrome di Angelman quando ereditate dalla madre, e perché la disomia uniparentale può produrre malattie; riconoscere i modelli di origine parentale è importante nella diagnosi e nella consulenza genetica.

History

Esperimenti di trasferimento nucleare nei topi a metà degli anni '80 hanno dimostrato che i genomi materno e paterno non sono equivalenti, stabilendo l'imprinting; i primi geni imprintati sono stati identificati intorno al 1991, e l'ipotesi del conflitto parentale di Haig ha offerto una base evolutiva per l'insorgenza dell'imprinting.

Debates

Perché l'imprinting si è evoluto

La principale ipotesi del conflitto parentale sostiene che l'imprinting riflette un braccio di ferro tra alleli paterni che favoriscono una maggiore estrazione di risorse da parte della prole e alleli materni che la limitano, ma esistono spiegazioni alternative e la questione rimane aperta.

Key figures

• Azim Surani
• Davor Solter
• David Haig

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Cosa significa effetto dell'origine parentale?

Significa che il fenotipo prodotto da un allele dipende dal fatto che sia stato ereditato dalla madre o dal padre; per i geni imprintati una copia parentale è epigeneticamente silenziata, quindi viene espressa solo la copia dell'altro genitore.

Come può la stessa delezione causare due sindromi diverse?

Se una regione cromosomica contiene geni imprintati, perderla dal cromosoma paterno rimuove le uniche copie attive dei geni espressi paternamente, mentre perderla dal cromosoma materno rimuove quelle espresse maternamente, producendo disturbi distinti come le sindromi di Prader-Willi e Angelman.