Ảnh hưởng của nguồn gốc cha mẹ đối với biểu hiện gen

Ảnh hưởng của nguồn gốc cha mẹ xảy ra khi hậu quả kiểu hình của một locus di truyền phụ thuộc vào việc alen đó được thừa hưởng từ mẹ hay từ cha. Những ảnh hưởng này là kết quả có thể quan sát được của sự in dấu gen (genomic imprinting): bởi vì một gen được in dấu chỉ biểu hiện từ một alen của cha hoặc mẹ, cùng một sự thay đổi có thể có những hậu quả rất khác nhau tùy thuộc vào việc cha hay mẹ đã truyền nó.

Definition

Ảnh hưởng của nguồn gốc cha mẹ là sự khác biệt trong biểu hiện gen hoặc kiểu hình phụ thuộc vào việc một alen hoặc vùng nhiễm sắc thể nhất định được thừa hưởng từ mẹ hay từ cha, phát sinh do các gen được in dấu chỉ biểu hiện từ một alen của cha hoặc mẹ.

Scope

Chủ đề này giải thích ảnh hưởng của nguồn gốc cha mẹ là gì, cách chúng xuất phát từ biểu hiện in dấu đơn alen, các kiểu di truyền mà chúng tạo ra trong phả hệ, và các cơ chế mà nguồn gốc cha mẹ của một locus được đọc. Nó định hình hiện tượng này về mặt khái niệm; các hội chứng lâm sàng cụ thể được đề cập trong chủ đề về rối loạn in dấu.

Core questions

• Điều gì khiến tác động của một alen phụ thuộc vào cha mẹ mà nó đến từ?
• Ảnh hưởng của nguồn gốc cha mẹ xuất hiện như thế nào trong các kiểu di truyền gia đình?
• Tại sao cùng một sự xóa bỏ có thể gây ra các rối loạn khác nhau trên nhiễm sắc thể của mẹ so với nhiễm sắc thể của cha?
• Nguồn gốc cha mẹ của một vùng được nhận biết ở cấp độ phân tử như thế nào?

Key concepts

• Biểu hiện đơn alen, phụ thuộc vào cha mẹ
• Các alen biểu hiện từ mẹ so với các alen biểu hiện từ cha
• Các kiểu di truyền phụ thuộc vào cha mẹ truyền gen
• Các kiểu hình đối ứng từ một vùng bộ gen
• Đơn nhiễm sắc thể (uniparental disomy) là nguồn gốc của sự mất cân bằng nguồn gốc cha mẹ
• Thiết lập lại dấu ấn dòng mầm giữa các thế hệ

Key theories

Lý thuyết xung đột cha mẹ (quan hệ họ hàng)

Cuộc giằng co tiến hóa giữa các alen được thừa hưởng từ mẹ và cha về việc sử dụng tài nguyên của con cái dự đoán các tác động tăng trưởng đối lập của hai bộ gen của cha mẹ và cung cấp một khuôn khổ cho nhiều hiện tượng có nguồn gốc từ cha mẹ.

Mechanisms

Ảnh hưởng của nguồn gốc cha mẹ là biểu hiện kiểu hình của sự in dấu. Bởi vì một gen được in dấu bị bất hoạt trên một alen của cha hoặc mẹ và hoạt động trên alen kia, bản sao chức năng đến từ một cha mẹ cụ thể; một đột biến hoặc mất mát ảnh hưởng đến bản sao hoạt động của cha mẹ sẽ được bộc lộ, trong khi cùng một tổn thương trên bản sao im lặng có thể có ít ảnh hưởng. Nguồn gốc cha mẹ được mã hóa bởi các vùng được methyl hóa khác biệt (differentially methylated regions) được thiết lập ở dòng mầm, đánh dấu các alen của mẹ và cha khác nhau và được duy trì trong suốt quá trình phát triển. Khi cả hai bản sao của một vùng được in dấu đến từ một cha mẹ, như trong trường hợp đơn nhiễm sắc thể (uniparental disomy), sự cân bằng bình thường của các gen biểu hiện từ mẹ và cha bị phá vỡ, tạo ra một kiểu hình có nguồn gốc từ cha mẹ ngay cả khi không có bất kỳ đột biến trình tự nào. Trong phả hệ, điều này biểu hiện dưới dạng các tình trạng chỉ xuất hiện khi được truyền bởi mẹ hoặc chỉ khi được truyền bởi cha.

Clinical relevance

Ảnh hưởng của nguồn gốc cha mẹ giải thích tại sao cha mẹ truyền gen có thể quyết định liệu một đứa trẻ có bị ảnh hưởng hay không và tại sao việc xóa bỏ cùng một vùng nhiễm sắc thể có thể gây ra các hội chứng khác nhau tùy thuộc vào nguồn gốc cha mẹ. Chủ đề này hỗ trợ việc suy luận về di truyền trong bối cảnh tư vấn di truyền ở cấp độ khái niệm; nó mang tính mô tả và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Ảnh hưởng của nguồn gốc cha mẹ được công nhận khi các thí nghiệm cấy ghép nhân và chuyển nhân tiền nhân vào những năm 1980 cho thấy rằng bộ gen của mẹ và cha đóng góp không tương đương vào sự phát triển. Bằng chứng năm 1991 cho thấy gen Igf2 của chuột chỉ biểu hiện từ alen của cha đã cung cấp một cơ sở phân tử cụ thể, và lý thuyết xung đột cha mẹ đã đưa ra một lời giải thích tiến hóa cho các tác động đối lập của hai bộ gen của cha mẹ.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao việc alen đến từ cha mẹ nào lại quan trọng?

Đối với các gen được in dấu, chỉ có một bản sao của cha mẹ là hoạt động. Nếu bản sao hoạt động là bản sao được thừa hưởng từ một cha mẹ cụ thể, thì một sự thay đổi đối với bản sao đó sẽ thể hiện tác động của nó, trong khi cùng một sự thay đổi trên bản sao im lặng có thể không, vì vậy nguồn gốc của cha mẹ quyết định kết quả.

Ảnh hưởng của nguồn gốc cha mẹ có thể xảy ra mà không có bất kỳ đột biến nào không?

Có. Nếu một đứa trẻ thừa hưởng cả hai bản sao của một vùng được in dấu từ một cha mẹ (đơn nhiễm sắc thể), sự cân bằng bình thường của các gen hoạt động của mẹ và cha bị phá vỡ, điều này có thể gây ra một kiểu hình có nguồn gốc từ cha mẹ mặc dù trình tự DNA là bình thường.