基因组印记

基因组印记是一种表观遗传现象，其中一部分基因仅根据其亲本来源，从两个亲本等位基因中的一个表达。一些印记基因仅从母系遗传的拷贝表达，而另一些则仅从父系遗传的拷贝表达。印记以DNA甲基化标记的形式在生殖系中建立，在早期胚胎重编程中得以保留，然后在个体的一生中被读取。

Definition

基因组印记是指生殖系中某些基因的表观遗传标记，使得它们在后代中仅从母系或父系遗传的等位基因表达。

Scope

本主题涵盖印记的定义和生物学逻辑、生殖系中亲本特异性甲基化标记的建立、印记控制区及其调控的基因簇、印记在发育过程中的维持，以及印记存在的进化解释。特定的人类疾病在印记障碍主题中进行讨论。

Core questions

• 基因被印记意味着什么？
• 亲本特异性印记如何在卵子和精子中建立？
• 在胚胎中基因组其余部分重编程时，印记如何维持？
• 如果印记牺牲了拥有两个有效等位基因的安全性，为什么它会进化？

Key concepts

• 亲本来源特异性表达
• 生殖系印记的建立
• 差异甲基化区域（印记控制区）
• 印记基因簇
• 胚胎重编程过程中的维持
• 母系表达基因与父系表达基因

Key theories

亲本冲突（亲缘）理论

印记被解释为母系和父系遗传等位基因之间在资源向后代转移方面的进化冲突的产物，预测父系表达基因倾向于促进生长，而母系表达基因倾向于限制生长。

Mechanisms

印记是差异性的表观遗传标记，主要是DNA甲基化，在配子发生过程中在印记控制区建立：某些序列在雌性生殖系中被甲基化，而另一些则在雄性生殖系中被甲基化。受精后，当大部分基因组去甲基化并重新甲基化时，这些印记控制区受到保护，使得亲本标记得以保留。印记控制区的甲基化状态随后调控附近基因的等位基因特异性表达，通常通过控制绝缘子功能或印记簇中非编码RNA的转录，从而使一个亲本等位基因表达而另一个被沉默。小鼠Igf2基因早期证明了常染色体基因可以以亲本来源依赖的方式表达。

Clinical relevance

由于印记基因仅以一个活性拷贝发挥功能，影响该拷贝的突变、缺失或表观遗传改变不会被另一个等位基因缓冲，因此印记使得某些基因座特别脆弱，并导致亲本来源依赖性疾病。本主题解释了为什么遗传改变的亲本来源可以决定疾病是否出现以及如何出现；它是描述性的，不能作为个体诊断或治疗的依据。

Epidemiology

印记基因在基因组中占很小一部分，估计只有几百个，并且集中在基因簇中。相对于其数量，它们在生长、胎盘功能和大脑发育中具有超乎寻常的重要性。

History

20世纪80年代的核移植实验表明，母系和父系基因组不可互换，从而确立了印记的存在。分子时代始于1991年左右，当时小鼠Igf2基因被证明仅从父系等位基因表达，随后的工作绘制了印记簇图谱，识别了印记控制区，并将印记与DNA甲基化和非编码RNA联系起来。进化上的亲本冲突理论为印记的存在提供了一个有影响力的框架。

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

基因组印记与突变有何不同？

印记不改变DNA序列；它是一种表观遗传标记，主要是DNA甲基化，它使基因的一个亲本拷贝沉默。因此，同一个基因可以根据其遗传自哪个亲本而活跃或沉默。

印记是永久性的吗？

在个体内部，印记是稳定的，但在生殖系中，旧的印记会被擦除并根据个体的性别重新设置，因此当基因传递给下一代时，其印记可能会发生改变。