Genomowe piętnowanie i efekty pochodzenia rodzicielskiego

W przypadku niewielkiego zestawu genów istotne jest, od którego rodzica pochodzi allel: piętnowanie wycisza jedną kopię rodzicielską poprzez markery epigenetyczne, tak że dziedziczenie może naruszać zwykłą symetrię transmisji mendlowskiej.

Definition

Piętnowanie genomowe to proces epigenetyczny, w którym pewne geny są wyrażane tylko z jednego allelu rodzicielskiego, w zależności od tego, czy został on odziedziczony po matce czy po ojcu, co prowadzi do efektów pochodzenia rodzicielskiego na fenotyp.

Scope

Temat ten obejmuje zjawisko piętnowania genomowego, epigenetyczne znakowanie alleli w linii zarodkowej zgodnie z pochodzeniem rodzicielskim, wynikającą z tego monoalleliczną, rodzicielsko-specyficzną ekspresję genów piętnowanych, resetowanie piętna między pokoleniami oraz klasyczne zaburzenia piętnowania, które pojawiają się, gdy markery lub chromosomy je niosące zostaną uszkodzone. Traktuje on efekty pochodzenia rodzicielskiego jako szczególny przypadek regulacji epigenetycznej; ogólne mechanizmy chromatynowe są omówione w sąsiednim temacie.

Core questions

• Jak piętna są ustanawiane w linii zarodkowej i resetowane między pokoleniami?
• Dlaczego pochodzenie rodzicielskie allelu decyduje o tym, czy zostanie on wyrażony?
• Jak błędy piętnowania i disomia jednorodzicielska powodują choroby?
• Dlaczego piętnowanie mogło ewoluować pomimo redundancji, którą poświęca?

Key concepts

• Piętnowanie genomowe i ekspresja monoalleliczna
• Ustanawianie i resetowanie piętna w linii zarodkowej
• Regiony kontrolujące piętnowanie
• Disomia jednorodzicielska
• Zaburzenia piętnowania

Mechanisms

Podczas gametogenezy, zróżnicowana metylacja DNA jest wprowadzana w regionach kontrolujących piętnowanie zgodnie z płcią rodzicielską, tak że matczyne i ojcowskie kopie spiętnowanego genu niosą odrębne markery; te wyciszają jeden allel u potomstwa, a ponieważ markery są usuwane i ponownie ustanawiane w każdym pokoleniu, ekspresja zależy od najnowszego pochodzenia rodzicielskiego, a nie od sekwencji DNA.

Clinical relevance

Piętnowanie wyjaśnia, dlaczego delecje tego samego regionu chromosomowego powodują zespół Pradera-Williego, gdy są dziedziczone po ojcu, i zespół Angelmana, gdy są dziedziczone po matce, oraz dlaczego disomia jednorodzicielska może prowadzić do choroby; rozpoznawanie wzorców pochodzenia rodzicielskiego jest ważne w diagnostyce genetycznej i poradnictwie.

History

Eksperymenty z transferem jądrowym u myszy w połowie lat 80. XX wieku wykazały, że genomy matczyny i ojcowski nie są równoważne, ustanawiając piętnowanie; pierwsze spiętnowane geny zidentyfikowano około 1991 roku, a hipoteza konfliktu rodzicielskiego Haiga dostarczyła ewolucyjnego uzasadnienia dla powstania piętnowania.

Debates

Dlaczego piętnowanie ewoluowało

Wiodąca hipoteza konfliktu rodzicielskiego głosi, że piętnowanie odzwierciedla przeciąganie liny między allelami ojcowskimi faworyzującymi większe pozyskiwanie zasobów przez potomstwo a allelami matczynymi je ograniczającymi, ale istnieją alternatywne wyjaśnienia, a pytanie pozostaje otwarte.

Key figures

• Azim Surani
• Davor Solter
• David Haig

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Co oznacza efekt pochodzenia rodzicielskiego?

Oznacza to, że fenotyp wytwarzany przez allel zależy od tego, czy został on odziedziczony po matce, czy po ojcu; w przypadku genów piętnowanych jedna kopia rodzicielska jest epigenetycznie wyciszona, więc wyrażana jest tylko kopia od drugiego rodzica.

Jak ta sama delecja może powodować dwa różne zespoły?

Jeśli region chromosomowy zawiera geny piętnowane, utrata go z chromosomu ojcowskiego usuwa jedyne aktywne kopie genów wyrażanych ojcowska, podczas gdy utrata go z chromosomu matczynego usuwa geny wyrażane matczyna, co prowadzi do odrębnych zaburzeń, takich jak zespoły Pradera-Williego i Angelmana.