Genomisk imprinting og foreldre-opprinnelseseffekter

For et lite sett med gener er det viktig hvilken forelder et allel kom fra: imprinting stilner den ene foreldrekopien gjennom epigenetiske merker, slik at arvelighet kan bryte den vanlige symmetrien i mendelsk overføring.

Definition

Genomisk imprinting er en epigenetisk prosess der visse gener uttrykkes fra bare ett foreldreallel, avhengig av om det ble arvet fra moren eller faren, noe som produserer foreldre-opprinnelseseffekter på fenotypen.

Scope

Dette emnet dekker fenomenet genomisk imprinting, den epigenetiske merkingen av alleler i kjønnscellene i henhold til foreldrenes opprinnelse, den resulterende monoalleliske, foreldrespesifikke ekspresjonen av imprintede gener, tilbakestillingen av imprinting mellom generasjoner, og de klassiske imprinting-forstyrrelsene som oppstår når merkene eller kromosomene som bærer dem blir forstyrret. Det behandler foreldre-opprinnelseseffekter som et spesialtilfelle av epigenetisk regulering; de generelle kromatinmekanismene er dekket i det tilstøtende emnet.

Core questions

• Hvordan etableres imprinting i kjønnscellene og tilbakestilles mellom generasjoner?
• Hvorfor bestemmer allelets foreldreopprinnelse om det blir uttrykt?
• Hvordan forårsaker imprintingfeil og uniparental disomi sykdom?
• Hvorfor kan imprinting ha utviklet seg til tross for redundansen den ofrer?

Key concepts

• Genomisk imprinting og monoallelisk ekspresjon
• Etablering og tilbakestilling av imprinting i kjønnscellene
• Imprinting-kontrollregioner
• Uniparental disomi
• Imprinting-forstyrrelser

Mechanisms

Under gametogenesen legges differensiell DNA-metylering ned i imprinting-kontrollregioner i henhold til foreldrenes kjønn, slik at de maternelle og paternelle kopiene av et imprintet gen bærer distinkte merker; disse stilner det ene allelet hos avkommet, og fordi merkene slettes og reetableres hver generasjon, avhenger ekspresjonen av den siste foreldreopprinnelsen snarere enn DNA-sekvensen.

Clinical relevance

Imprinting forklarer hvorfor delesjoner av samme kromosomregion forårsaker Prader-Willi syndrom når de er arvet fra faren og Angelman syndrom når de er arvet fra moren, og hvorfor uniparental disomi kan produsere sykdom; å gjenkjenne foreldre-opprinnelsesmønstre er viktig i genetisk diagnose og rådgivning.

History

Kjerneoverføringseksperimenter i mus på midten av 1980-tallet viste at maternelle og paternelle genomer ikke er ekvivalente, noe som etablerte imprinting; de første imprintede genene ble identifisert rundt 1991, og Haigs foreldre-konflikt-hypotese tilbød en evolusjonær begrunnelse for hvorfor imprinting oppsto.

Debates

Hvorfor imprinting utviklet seg

Den ledende foreldre-konflikt-hypotesen hevder at imprinting reflekterer en tautrekking mellom paternelle alleler som favoriserer større ressursutvinning av avkommet og maternelle alleler som begrenser den, men alternative forklaringer finnes og spørsmålet er fortsatt åpent.

Key figures

• Azim Surani
• Davor Solter
• David Haig

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Hva betyr foreldre-opprinnelseseffekt?

Det betyr at fenotypen produsert av et allel avhenger av om det ble arvet fra moren eller faren; for imprintede gener er den ene foreldrekopien epigenetisk stilnet, slik at bare kopien fra den andre forelderen uttrykkes.

Hvordan kan samme delesjon forårsake to forskjellige syndromer?

Hvis en kromosomregion inneholder imprintede gener, fjerner tap av den fra det paternelle kromosomet de eneste aktive kopiene av paternelt uttrykte gener, mens tap av den fra det maternelle kromosomet fjerner maternelt uttrykte gener, noe som produserer distinkte lidelser som Prader-Willi og Angelman syndromer.