ผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่ต่อการแสดงออกของยีน

ผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่เกิดขึ้นเมื่อผลทางฟีโนไทป์ของตำแหน่งทางพันธุกรรมขึ้นอยู่กับว่าอัลลีลนั้นได้รับการถ่ายทอดมาจากแม่หรือพ่อ ผลกระทบเหล่านี้เป็นผลลัพธ์ที่สังเกตได้ของการประทับรอยทางพันธุกรรม (genomic imprinting): เนื่องจากยีนที่ถูกประทับรอยจะแสดงออกได้จากอัลลีลของพ่อแม่เพียงข้างเดียว การเปลี่ยนแปลงแบบเดียวกันจึงอาจมีผลลัพธ์ที่แตกต่างกันมาก ขึ้นอยู่กับว่าพ่อแม่คนใดเป็นผู้ถ่ายทอด

Definition

ผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่คือความแตกต่างในการแสดงออกของยีนหรือฟีโนไทป์ที่ขึ้นอยู่กับว่าอัลลีลหรือบริเวณโครโมโซมที่กำหนดนั้นได้รับการถ่ายทอดมาจากแม่หรือพ่อ ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากยีนที่ถูกประทับรอยจะแสดงออกได้จากอัลลีลของพ่อแม่เพียงข้างเดียว

Scope

หัวข้อนี้อธิบายว่าผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่คืออะไร, เกิดขึ้นได้อย่างไรจากการแสดงออกของยีนที่ถูกประทับรอยแบบโมโนอัลลีลิก, รูปแบบการถ่ายทอดที่สร้างขึ้นในแผนภูมิลำดับเครือญาติ, และกลไกที่ใช้ในการอ่านต้นกำเนิดของตำแหน่งทางพันธุกรรมจากพ่อแม่ โดยจะนำเสนอแนวคิดของปรากฏการณ์นี้; ส่วนกลุ่มอาการทางคลินิกที่เฉพาะเจาะจงจะกล่าวถึงในหัวข้อความผิดปกติของการประทับรอย

Core questions

• อะไรทำให้ผลของอัลลีลขึ้นอยู่กับพ่อแม่ที่ได้รับมา?
• ผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่ปรากฏในรูปแบบการถ่ายทอดทางพันธุกรรมในครอบครัวได้อย่างไร?
• เหตุใดการขาดหายไปแบบเดียวกันจึงสามารถทำให้เกิดความผิดปกติที่แตกต่างกันบนโครโมโซมของแม่เทียบกับของพ่อ?
• ต้นกำเนิดของพ่อแม่ของบริเวณหนึ่งๆ ได้รับการจดจำในระดับโมเลกุลได้อย่างไร?

Key concepts

• การแสดงออกแบบโมโนอัลลีลิกที่ขึ้นอยู่กับพ่อแม่
• อัลลีลที่แสดงออกโดยแม่เทียบกับอัลลีลที่แสดงออกโดยพ่อ
• รูปแบบการถ่ายทอดที่ขึ้นอยู่กับพ่อแม่ผู้ถ่ายทอด
• ฟีโนไทป์ที่ตรงกันข้ามจากบริเวณจีโนมเดียวกัน
• ภาวะดิโซมีแบบยูนิพาเรนทัลเป็นแหล่งของความไม่สมดุลจากต้นกำเนิดของพ่อแม่
• การตั้งค่าใหม่ของการประทับรอยในเซลล์สืบพันธุ์ระหว่างรุ่น

Key theories

ทฤษฎีความขัดแย้งของพ่อแม่ (ทฤษฎีเครือญาติ)

การต่อสู้เชิงวิวัฒนาการระหว่างอัลลีลที่ได้รับมาจากแม่และพ่อเกี่ยวกับการใช้ทรัพยากรของลูกหลาน ทำนายผลกระทบการเจริญเติบโตที่ตรงกันข้ามของจีโนมของพ่อแม่ทั้งสอง และเป็นกรอบแนวคิดสำหรับปรากฏการณ์หลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับต้นกำเนิดของพ่อแม่

Mechanisms

ผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่คือการแสดงออกทางฟีโนไทป์ของการประทับรอย เนื่องจากยีนที่ถูกประทับรอยจะถูกยับยั้งในอัลลีลของพ่อแม่ข้างหนึ่งและทำงานในอีกข้างหนึ่ง ดังนั้นสำเนาที่ทำงานได้จึงมาจากพ่อแม่ที่เฉพาะเจาะจง; การกลายพันธุ์หรือการสูญเสียที่ส่งผลกระทบต่อสำเนาของพ่อแม่ที่ทำงานอยู่จะถูกเปิดเผย ในขณะที่ความเสียหายเดียวกันในสำเนาที่เงียบอาจมีผลเพียงเล็กน้อย ต้นกำเนิดของพ่อแม่ถูกเข้ารหัสโดยบริเวณที่มีการเมทิลเลชันแตกต่างกันที่กำหนดโดยเซลล์สืบพันธุ์ ซึ่งทำเครื่องหมายอัลลีลของแม่และพ่อแตกต่างกัน และคงอยู่ตลอดการพัฒนา เมื่อสำเนาทั้งสองของบริเวณที่ถูกประทับรอยมาจากพ่อแม่คนเดียว เช่นในภาวะดิโซมีแบบยูนิพาเรนทัล (uniparental disomy) ความสมดุลปกติของยีนที่แสดงออกโดยแม่และพ่อจะถูกรบกวน ทำให้เกิดฟีโนไทป์ที่มาจากต้นกำเนิดของพ่อแม่แม้ว่าจะไม่มีการกลายพันธุ์ของลำดับใดๆ ในแผนภูมิลำดับเครือญาติ สิ่งนี้จะแสดงออกมาเป็นภาวะที่ปรากฏขึ้นเมื่อถ่ายทอดโดยแม่เท่านั้น หรือเมื่อถ่ายทอดโดยพ่อเท่านั้น

Clinical relevance

ผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่ช่วยอธิบายว่าเหตุใดพ่อแม่ผู้ถ่ายทอดจึงสามารถกำหนดได้ว่าบุตรจะได้รับผลกระทบหรือไม่ และเหตุใดการขาดหายไปของบริเวณโครโมโซมเดียวกันจึงสามารถทำให้เกิดกลุ่มอาการที่แตกต่างกันได้ขึ้นอยู่กับต้นกำเนิดของพ่อแม่ หัวข้อนี้สนับสนุนการให้เหตุผลเกี่ยวกับการถ่ายทอดทางพันธุกรรมในบริบทของการให้คำปรึกษาทางพันธุกรรมในระดับแนวคิด; เป็นการอธิบายและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

ผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่ได้รับการยอมรับเมื่อการทดลองการปลูกถ่ายนิวเคลียสและการถ่ายโอนโปรนิวเคลียสในช่วงทศวรรษ 1980 แสดงให้เห็นว่าจีโนมของแม่และพ่อมีส่วนร่วมในการพัฒนาที่ไม่เท่าเทียมกัน การแสดงให้เห็นในปี 1991 ว่ายีน Igf2 ของหนูแสดงออกเฉพาะจากอัลลีลของพ่อเท่านั้น ได้ให้พื้นฐานโมเลกุลที่เป็นรูปธรรม และทฤษฎีความขัดแย้งของพ่อแม่ได้เสนอคำอธิบายเชิงวิวัฒนาการสำหรับผลกระทบที่ตรงกันข้ามของจีโนมของพ่อแม่ทั้งสอง

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

เหตุใดจึงสำคัญว่าอัลลีลมาจากพ่อแม่คนใด?

สำหรับยีนที่ถูกประทับรอย มีเพียงสำเนาของพ่อแม่เพียงชุดเดียวเท่านั้นที่ทำงาน หากสำเนาที่ทำงานอยู่เป็นสำเนาที่ได้รับมาจากพ่อแม่ที่เฉพาะเจาะจง การเปลี่ยนแปลงในสำเเนานั้นจะแสดงผล ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงเดียวกันในสำเนาที่เงียบอาจไม่แสดงผล ดังนั้นต้นกำเนิดของพ่อแม่จึงเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์

ผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่สามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่มีการกลายพันธุ์ใดๆ หรือไม่?

ได้ หากบุตรได้รับสำเนาทั้งสองของบริเวณที่ถูกประทับรอยจากพ่อแม่คนเดียว (ภาวะดิโซมีแบบยูนิพาเรนทัล) ความสมดุลปกติของยีนของแม่และพ่อที่ทำงานอยู่จะถูกรบกวน ซึ่งอาจทำให้เกิดฟีโนไทป์ที่มาจากต้นกำเนิดของพ่อแม่ได้ แม้ว่าลำดับ DNA จะเป็นปกติก็ตาม