Геномний імпринтинг та ефекти батьківського походження

Для невеликої групи генів має значення, від якого з батьків походить алель: імпринтинг вимикає одну батьківську копію за допомогою епігенетичних міток, тому успадкування може порушувати звичайну симетрію Менделівської передачі.

Definition

Геномний імпринтинг — це епігенетичний процес, при якому певні гени експресуються лише з одного батьківського алеля залежно від того, чи був він успадкований від матері чи батька, що призводить до ефектів батьківського походження на фенотип.

Scope

Ця тема охоплює феномен геномного імпринтингу, епігенетичне маркування алелів у зародковій лінії відповідно до батьківського походження, наслідкове моноалельне, батьківсько-специфічне експресування імпринтованих генів, скидання імпринтів між поколіннями та класичні імпринтингові розлади, що виникають, коли мітки або хромосоми, що їх несуть, порушені. Вона розглядає ефекти батьківського походження як особливий випадок епігенетичної регуляції; загальні механізми хроматину розглядаються в суміжній темі.

Core questions

• Як імпринти встановлюються в зародковій лінії та скидаються між поколіннями?
• Чому батьківське походження алеля визначає, чи буде він експресуватися?
• Як помилки імпринтингу та однобатьківська дисомія викликають захворювання?
• Чому імпринтинг міг еволюціонувати, незважаючи на надмірність, якою він жертвує?

Key concepts

• Геномний імпринтинг та моноалельна експресія
• Встановлення та скидання імпринтів у зародковій лінії
• Контрольні регіони імпринтингу
• Однобатьківська дисомія
• Імпринтингові розлади

Mechanisms

Під час гаметогенезу диференціальне метилювання ДНК відбувається в контрольних регіонах імпринтингу відповідно до статі батьків, тому материнські та батьківські копії імпринтованого гена несуть різні мітки; вони вимикають один алель у потомства, і оскільки мітки стираються та відновлюються в кожному поколінні, експресія залежить від найновішого батьківського походження, а не від послідовності ДНК.

Clinical relevance

Імпринтинг пояснює, чому делеції однієї й тієї ж хромосомної ділянки викликають синдром Прадера-Віллі при успадкуванні від батька та синдром Ангельмана при успадкуванні від матері, і чому однобатьківська дисомія може спричинити захворювання; розпізнавання патернів батьківського походження є важливим у генетичній діагностиці та консультуванні.

History

Експерименти з ядерним перенесенням у мишей у середині 1980-х років показали, що материнський та батьківський геноми не є еквівалентними, встановлюючи імпринтинг; перші імпринтовані гени були ідентифіковані близько 1991 року, а гіпотеза батьківського конфлікту Хайга запропонувала еволюційне обґрунтування того, чому виник імпринтинг.

Debates

Чому імпринтинг еволюціонував

Провідна гіпотеза батьківського конфлікту стверджує, що імпринтинг відображає перетягування канату між батьківськими алелями, що сприяють більшому вилученню ресурсів потомством, і материнськими алелями, що його обмежують, але існують альтернативні пояснення, і питання залишається відкритим.

Key figures

• Azim Surani
• Davor Solter
• David Haig

Seminal works

• allis2007

Frequently asked questions

Що означає ефект батьківського походження?

Це означає, що фенотип, який продукується алелем, залежить від того, чи був він успадкований від матері чи батька; для імпринтованих генів одна батьківська копія епігенетично вимикається, тому експресується лише копія від іншого батька.

Як одна й та ж делеція може спричинити два різні синдроми?

Якщо хромосомна ділянка містить імпринтовані гени, її втрата з батьківської хромосоми видаляє єдині активні копії генів, що експресуються від батька, тоді як її втрата з материнської хромосоми видаляє гени, що експресуються від матері, що призводить до різних розладів, таких як синдроми Прадера-Віллі та Ангельмана.