Genomische imprinting en ouderlijke-oorsprongseffecten

Voor een kleine groep genen is het van belang van welke ouder een allel afkomstig is: imprinting schakelt één ouderlijke kopie uit door epigenetische modificaties, waardoor de overerving de gebruikelijke symmetrie van Mendeliaanse transmissie kan doorbreken.

Definition

Genomische imprinting is een epigenetisch proces waarbij bepaalde genen tot expressie komen vanaf slechts één ouderlijk allel, afhankelijk van of het van de moeder of de vader is geërfd, wat ouderlijke-oorsprongseffecten op het fenotype teweegbrengt.

Scope

Dit onderwerp behandelt het fenomeen van genomische imprinting, de epigenetische markering van allelen in de kiembaan op basis van ouderlijke oorsprong, de resulterende monoallelische, ouderafhankelijke expressie van geïmprinte genen, het resetten van imprints tussen generaties, en de klassieke imprintingstoornissen die ontstaan wanneer de markeringen of de chromosomen die deze dragen verstoord zijn. Het behandelt ouderlijke-oorsprongseffecten als een speciaal geval van epigenetische regulatie; de algemene chromatine-mechanismen worden behandeld in het aangrenzende onderwerp.

Core questions

• Hoe worden imprints in de kiembaan vastgelegd en tussen generaties gereset?
• Waarom bepaalt de ouder van oorsprong van een allel of het tot expressie komt?
• Hoe veroorzaken imprintingfouten en uniparentale disomie ziekte?
• Waarom zou imprinting geëvolueerd zijn ondanks de redundantie die het opoffert?

Key concepts

• Genomische imprinting en monoallelische expressie
• Kiembaanvastlegging en resetten van imprints
• Imprinting-controlegebieden
• Uniparentale disomie
• Imprintingstoornissen

Mechanisms

Tijdens de gametogenese wordt differentiële DNA-methylatie aangebracht in imprinting-controlegebieden op basis van het geslacht van de ouder, zodat de maternale en paternale kopieën van een geïmprint gen verschillende markeringen dragen; deze schakelen één allel uit in het nageslacht, en omdat de markeringen elke generatie worden gewist en opnieuw worden vastgelegd, hangt de expressie af van de meest recente ouderlijke oorsprong in plaats van de DNA-sequentie.

Clinical relevance

Imprinting verklaart waarom deleties van hetzelfde chromosomale gebied het Prader-Willi-syndroom veroorzaken wanneer ze paternaal zijn geërfd en het Angelman-syndroom wanneer ze maternaal zijn geërfd, en waarom uniparentale disomie ziekte kan veroorzaken; het herkennen van ouderlijke-oorsprongspatronen is belangrijk bij genetische diagnose en counseling.

History

Kernoverdrachtexperimenten bij muizen in het midden van de jaren tachtig toonden aan dat maternale en paternale genomen niet equivalent zijn, wat imprinting vaststelde; de eerste geïmprinte genen werden rond 1991 geïdentificeerd, en Haig's ouderlijke-conflict-hypothese bood een evolutionaire verklaring voor het ontstaan van imprinting.

Debates

Waarom imprinting evolueerde

De leidende ouderlijke-conflict-hypothese stelt dat imprinting een weerspiegeling is van een touwtrekken tussen paternale allelen die een grotere hulpbronnenextractie door het nageslacht begunstigen en maternale allelen die dit beperken, maar er bestaan alternatieve verklaringen en de vraag blijft open.

Key figures

• Azim Surani
• Davor Solter
• David Haig

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Wat betekent het ouderlijke-oorsprongseffect?

Het betekent dat het fenotype dat door een allel wordt geproduceerd, afhangt van de vraag of het van de moeder of de vader is geërfd; voor geïmprinte genen wordt één ouderlijke kopie epigenetisch uitgeschakeld, zodat alleen de kopie van de andere ouder tot expressie komt.

Hoe kan dezelfde deletie twee verschillende syndromen veroorzaken?

Als een chromosomaal gebied geïmprinte genen bevat, verwijdert het verlies ervan van het paternale chromosoom de enige actieve kopieën van paternaal tot expressie gebrachte genen, terwijl het verlies ervan van het maternale chromosoom maternaal tot expressie gebrachte genen verwijdert, wat leidt tot verschillende aandoeningen zoals het Prader-Willi- en Angelman-syndroom.