การประทับจีโนมและผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่

สำหรับยีนจำนวนน้อย อัลลีลที่มาจากพ่อหรือแม่มีความสำคัญ: การประทับจะยับยั้งสำเนาของพ่อแม่ข้างหนึ่งผ่านเครื่องหมายทางเอพิจีเนติก ทำให้การถ่ายทอดทางพันธุกรรมอาจละเมิดสมมาตรปกติของการถ่ายทอดแบบเมนเดล

Definition

การประทับจีโนม (Genomic imprinting) เป็นกระบวนการทางเอพิจีเนติก (epigenetic process) ที่ยีนบางชนิดจะแสดงออกจากอัลลีลของพ่อแม่เพียงข้างเดียว ขึ้นอยู่กับว่าได้รับมาจากแม่หรือพ่อ ทำให้เกิดผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่ (parent-of-origin effects) ต่อฟีโนไทป์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมปรากฏการณ์ของการประทับจีโนม การทำเครื่องหมายทางเอพิจีเนติกของอัลลีลในเซลล์สืบพันธุ์ตามต้นกำเนิดของพ่อแม่ การแสดงออกของยีนที่ถูกประทับแบบโมโนอัลลีลิกและจำเพาะต่อพ่อแม่ การรีเซ็ตการประทับระหว่างรุ่น และความผิดปกติของการประทับแบบคลาสสิกที่เกิดขึ้นเมื่อเครื่องหมายหรือโครโมโซมที่บรรจุเครื่องหมายเหล่านั้นถูกรบกวน หัวข้อนี้ถือว่าผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่เป็นกรณีพิเศษของการควบคุมทางเอพิจีเนติก กลไกโครมาตินทั่วไปจะครอบคลุมในหัวข้อที่อยู่ติดกัน

Core questions

• การประทับถูกสร้างขึ้นในเซลล์สืบพันธุ์และรีเซ็ตระหว่างรุ่นได้อย่างไร
• เหตุใดต้นกำเนิดของพ่อแม่ของอัลลีลจึงเป็นตัวกำหนดว่าอัลลีลนั้นจะแสดงออกหรือไม่
• ข้อผิดพลาดในการประทับและภาวะดิโซมีแบบยูนิพาเรนทัลทำให้เกิดโรคได้อย่างไร
• เหตุใดการประทับจึงอาจวิวัฒนาการขึ้นมาได้ แม้ว่าจะต้องเสียความซ้ำซ้อนไปก็ตาม

Key concepts

• การประทับจีโนมและการแสดงออกแบบโมโนอัลลีลิก
• การสร้างและการรีเซ็ตการประทับในเซลล์สืบพันธุ์
• บริเวณควบคุมการประทับ
• ภาวะดิโซมีแบบยูนิพาเรนทัล
• ความผิดปกติของการประทับ

Mechanisms

ในระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ การเมทิลเลชันของ DNA ที่แตกต่างกันจะถูกวางลงที่บริเวณควบคุมการประทับตามเพศของพ่อแม่ ดังนั้นสำเนาของยีนที่ถูกประทับจากแม่และพ่อจึงมีเครื่องหมายที่แตกต่างกัน เครื่องหมายเหล่านี้จะยับยั้งอัลลีลหนึ่งในลูกหลาน และเนื่องจากเครื่องหมายจะถูกลบและสร้างใหม่ในแต่ละรุ่น การแสดงออกจึงขึ้นอยู่กับต้นกำเนิดของพ่อแม่ล่าสุดมากกว่าลำดับ DNA

Clinical relevance

การประทับอธิบายได้ว่าเหตุใดการลบโครโมโซมบริเวณเดียวกันจึงทำให้เกิดกลุ่มอาการ Prader-Willi เมื่อได้รับมาจากพ่อ และกลุ่มอาการ Angelman เมื่อได้รับมาจากแม่ และเหตุใดภาวะดิโซมีแบบยูนิพาเรนทัลจึงทำให้เกิดโรค การรับรู้รูปแบบต้นกำเนิดของพ่อแม่จึงมีความสำคัญในการวินิจฉัยและให้คำปรึกษาทางพันธุกรรม

History

การทดลองถ่ายโอนนิวเคลียสในหนูในช่วงกลางทศวรรษ 1980 แสดงให้เห็นว่าจีโนมของแม่และพ่อไม่เท่ากัน ซึ่งเป็นการสร้างการประทับ ยีนที่ถูกประทับตัวแรกถูกระบุประมาณปี 1991 และสมมติฐานความขัดแย้งของพ่อแม่ของ Haig ได้เสนอเหตุผลเชิงวิวัฒนาการว่าเหตุใดการประทับจึงเกิดขึ้น

Debates

เหตุใดการประทับจึงวิวัฒนาการขึ้นมา

สมมติฐานความขัดแย้งของพ่อแม่ที่เป็นที่ยอมรับมากที่สุดระบุว่าการประทับสะท้อนถึงการต่อสู้ระหว่างอัลลีลของพ่อที่สนับสนุนการดึงทรัพยากรจากลูกหลานให้มากขึ้น กับอัลลีลของแม่ที่ยับยั้งสิ่งนั้น แต่ก็มีคำอธิบายทางเลือกอื่น และคำถามนี้ยังคงเปิดกว้าง

Key figures

• Azim Surani
• Davor Solter
• David Haig

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

ผลกระทบจากต้นกำเนิดของพ่อแม่หมายความว่าอย่างไร

หมายความว่าฟีโนไทป์ที่เกิดจากอัลลีลขึ้นอยู่กับว่าได้รับมาจากแม่หรือพ่อ สำหรับยีนที่ถูกประทับ สำเนาของพ่อแม่ข้างหนึ่งจะถูกยับยั้งทางเอพิจีเนติก ดังนั้นสำเนาจากพ่อแม่คนอื่นเท่านั้นที่จะแสดงออก

การลบโครโมโซมเดียวกันสามารถทำให้เกิดสองกลุ่มอาการที่แตกต่างกันได้อย่างไร

หากบริเวณโครโมโซมมีกลุ่มยีนที่ถูกประทับ การสูญเสียยีนเหล่านั้นจากโครโมโซมของพ่อจะกำจัดสำเนาที่ทำงานอยู่เพียงสำเนาเดียวของยีนที่แสดงออกโดยพ่อ ในขณะที่การสูญเสียยีนเหล่านั้นจากโครโมโซมของแม่จะกำจัดยีนที่แสดงออกโดยแม่ ทำให้เกิดความผิดปกติที่แตกต่างกัน เช่น กลุ่มอาการ Prader-Willi และ Angelman