Геномный импринтинг и эффекты родительского происхождения

Для небольшого набора генов имеет значение, от какого родителя получен аллель: импринтинг подавляет одну родительскую копию посредством эпигенетических меток, так что наследование может нарушать обычную симметрию менделевской передачи.

Definition

Геномный импринтинг — это эпигенетический процесс, при котором определённые гены экспрессируются только с одного родительского аллеля в зависимости от того, был ли он унаследован от матери или от отца, что приводит к эффектам родительского происхождения на фенотип.

Scope

Эта тема охватывает феномен геномного импринтинга, эпигенетическую маркировку аллелей в зародышевой линии в соответствии с родительским происхождением, результирующую моноаллельную, родительско-специфическую экспрессию импринтированных генов, сброс импринтов между поколениями и классические импринтинговые расстройства, которые возникают при нарушении меток или несущих их хромосом. Она рассматривает эффекты родительского происхождения как особый случай эпигенетической регуляции; общие хроматиновые механизмы рассматриваются в соседней теме.

Core questions

• Как импринты устанавливаются в зародышевой линии и сбрасываются между поколениями?
• Почему родительское происхождение аллеля определяет, будет ли он экспрессироваться?
• Как ошибки импринтинга и унипарентальная дисомия вызывают заболевания?
• Почему импринтинг мог эволюционировать, несмотря на избыточность, которой он жертвует?

Key concepts

• Геномный импринтинг и моноаллельная экспрессия
• Установление и сброс импринтов в зародышевой линии
• Контрольные регионы импринтинга
• Унипарентальная дисомия
• Импринтинговые расстройства

Mechanisms

Во время гаметогенеза дифференциальное метилирование ДНК происходит в контрольных регионах импринтинга в зависимости от пола родителя, поэтому материнские и отцовские копии импринтированного гена несут различные метки; они подавляют один аллель у потомства, и поскольку метки стираются и восстанавливаются каждое поколение, экспрессия зависит от самого недавнего родительского происхождения, а не от последовательности ДНК.

Clinical relevance

Импринтинг объясняет, почему делеции одной и той же хромосомной области вызывают синдром Прадера-Вилли при наследовании от отца и синдром Ангельмана при наследовании от матери, а также почему унипарентальная дисомия может вызывать заболевания; распознавание паттернов родительского происхождения важно в генетической диагностике и консультировании.

History

Эксперименты по переносу ядер у мышей в середине 1980-х годов показали, что материнский и отцовский геномы не эквивалентны, что установило импринтинг; первые импринтированные гены были идентифицированы около 1991 года, а гипотеза родительского конфликта Хайга предложила эволюционное обоснование того, почему возник импринтинг.

Debates

Почему импринтинг эволюционировал

Ведущая гипотеза родительского конфликта утверждает, что импринтинг отражает борьбу между отцовскими аллелями, способствующими большей добыче ресурсов потомством, и материнскими аллелями, ограничивающими её, но существуют альтернативные объяснения, и вопрос остаётся открытым.

Key figures

• Azim Surani
• Davor Solter
• David Haig

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Что означает эффект родительского происхождения?

Это означает, что фенотип, производимый аллелем, зависит от того, был ли он унаследован от матери или от отца; для импринтированных генов одна родительская копия эпигенетически подавляется, поэтому экспрессируется только копия от другого родителя.

Как одна и та же делеция может вызывать два разных синдрома?

Если хромосомная область содержит импринтированные гены, то её потеря с отцовской хромосомы удаляет единственные активные копии экспрессирующихся отцовских генов, в то время как её потеря с материнской хромосомы удаляет экспрессирующиеся материнские гены, что приводит к различным расстройствам, таким как синдромы Прадера-Вилли и Ангельмана.