Эффекты родительского происхождения на экспрессию генов

Эффект родительского происхождения возникает, когда фенотипическое следствие генетического локуса зависит от того, был ли аллель унаследован от матери или от отца. Эти эффекты являются наблюдаемым результатом геномного импринтинга: поскольку импринтированный ген экспрессируется только из одного родительского аллеля, одно и то же изменение может иметь очень разные последствия в зависимости от того, какой родитель его передал.

Definition

Эффект родительского происхождения — это различие в экспрессии генов или фенотипе, которое зависит от того, был ли данный аллель или хромосомная область унаследована от матери или от отца, возникающее из-за того, что импринтированные гены экспрессируются только из одного родительского аллеля.

Scope

Тема объясняет, что такое эффекты родительского происхождения, как они следуют из моноаллельной импринтированной экспрессии, какие паттерны наследования они создают в родословных, и механизмы, посредством которых считывается родительское происхождение локуса. Она концептуально описывает это явление; конкретные клинические синдромы рассматриваются в теме «Импринтинговые расстройства».

Core questions

• Что заставляет эффект аллеля зависеть от родителя, от которого он произошел?
• Как эффекты родительского происхождения проявляются в семейных паттернах наследования?
• Почему одна и та же делеция может вызывать разные расстройства на материнской и отцовской хромосомах?
• Как родительское происхождение области распознается на молекулярном уровне?

Key concepts

• Моноаллельная, родительско-зависимая экспрессия
• Матерински и отцовски экспрессируемые аллели
• Паттерны наследования, зависящие от передающего родителя
• Взаимные фенотипы из одной геномной области
• Однородительская дисомия как источник дисбаланса родительского происхождения
• Переустановка импринтов в зародышевой линии между поколениями

Key theories

Теория родительского конфликта (родства)

Эволюционная борьба между матерински и отцовски унаследованными аллелями за использование ресурсов потомством предсказывает противоположные эффекты роста двух родительских геномов и обеспечивает основу для многих явлений родительского происхождения.

Mechanisms

Эффекты родительского происхождения являются фенотипическим проявлением импринтинга. Поскольку импринтированный ген инактивирован на одном родительском аллеле и активен на другом, функциональная копия происходит от конкретного родителя; мутация или потеря, затрагивающая активную родительскую копию, проявляется, тогда как то же самое повреждение на неактивной копии может иметь незначительный эффект. Родительское происхождение кодируется дифференциально метилированными областями, устанавливаемыми в зародышевой линии, которые по-разному маркируют материнские и отцовские аллели и поддерживаются на протяжении всего развития. Когда обе копии импринтированной области происходят от одного родителя, как при однородительской дисомии, нормальный баланс матерински и отцовски экспрессируемых генов нарушается, что приводит к фенотипу родительского происхождения даже без какой-либо мутации последовательности. В родословных это проявляется как состояния, которые появляются только при передаче матерями или только при передаче отцами.

Clinical relevance

Эффекты родительского происхождения объясняют, почему передающий родитель может определять, будет ли ребенок затронут, и почему делеции одной и той же хромосомной области могут вызывать разные синдромы в зависимости от родительского происхождения. Тема поддерживает рассуждения о наследовании в контексте генетического консультирования на концептуальном уровне; она носит описательный характер и не является основой для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Эффекты родительского происхождения были признаны после того, как эксперименты по ядерной трансплантации и переносу пронуклеусов в 1980-х годах показали, что материнский и отцовский геномы вносят неравнозначный вклад в развитие. Демонстрация в 1991 году того, что ген Igf2 мыши экспрессируется только из отцовского аллеля, обеспечила конкретную молекулярную основу, а теория родительского конфликта предложила эволюционное объяснение противоположных эффектов двух родительских геномов.

Key figures

• David Haig
• Wolf Reik
• Anne Ferguson-Smith
• Azim Surani

Seminal works

• dechiara-1991
• reik-walter-2001
• peters-2014

Frequently asked questions

Почему важно, от какого родителя происходит аллель?

Для импринтированных генов активна только одна родительская копия. Если активная копия унаследована от определенного родителя, то изменение этой копии проявит свой эффект, тогда как то же изменение на неактивной копии может не проявиться, поэтому родитель происхождения определяет результат.

Может ли эффект родительского происхождения возникнуть без какой-либо мутации?

Да. Если ребенок наследует обе копии импринтированной области от одного родителя (однородительская дисомия), нарушается нормальный баланс активных материнских и отцовских генов, что может вызвать фенотип родительского происхождения, хотя последовательность ДНК нормальна.