Открыть главное меню

Геномный импринтинг

Геномный импринтингэпигенетический процесс, при котором экспрессия определённых генов осуществляется в зависимости от того, от какого родителя поступили аллели. Наследование признаков, определяемых импринтируемыми генами, происходит не по Менделю. Импринтинг осуществляется посредством метилирования ДНК в промоторах, в результате чего транскрипция гена блокируется. Обычно импринтируемые гены образуют кластеры в геноме.[1] Импринтинг некоторых генов в составе генома показан для насекомых, млекопитающих и цветковых растений.

Содержание

ОбзорПравить

У диплоидных организмов соматические клетки несут две копии генома. Поэтому каждый аутосомный ген представлен двумя копиями, аллелями, полученными от материнского и отцовского организмов в результате оплодотворения. Для преобладающего числа генов экспрессия идёт с обоих аллелей одновременно. Однако у млекопитающих менее одного процента генов импринтированы, то есть экспрессируется только один аллель.[2] Какой аллель будет экспрессироваться, зависит от пола родительского организма, предоставившего аллель. Например, для гена IGF2 (инсулиноподобного фактора роста) экспрессируется только аллель, наследуемый от отца.[3]

Слово «импринтинг» было впервые использовано для описания явлений, наблюдаемых у насекомого Pseudococcus nipae.[4] У псевдококцид (Homoptera, Coccoidea) самцы и самки развиваются из оплодотворённых яиц. У самок все хромосомы остаются эухроматиновыми и функционируют, в то время как у самцов один гаплоидный набор хромосом становится гетерохроматиновым после шестого деления зиготы и остаётся таким в большинстве тканей, поэтому самцы являются функционально гаплоидными.[5][6][7] У насекомых явления импринтинга обычно означают сайленсинг генома у самцов и поэтому вовлечены в процессы определения пола. У млекопитающих процессы геномного импринтинга вовлечены в функциональное неравенство между родительскими аллелями генов.[8]

История открытияПравить

Первые опыты, обнаружившие различие в хромосомах, полученных от отца или от матери, были проделаны практически одновременно учёными, работавшими в Филадельфии[9] и Кембридже[10], в 1984 году.

Пятью годами позже Дэвид Хэйг[en] из Оксфорда высказал гипотезу, что отцовские гены отвечают за образование плаценты, а материнские — за дифференцировку клеток эмбриона при формировании тканей и органов. Из этого он сделал вывод, что у яйцекладущих и даже у сумчатых не должно быть импринтинга отцовских или материнских генов. Этот вывод был экспериментально подтверждён.[11] Но исследования Хейга объясняют лишь некоторые случаи импринтинга.[12][13]

МеханизмПравить

Импринтинг генов осуществляется с помощью процесса метилирования ДНК. Если по каким-то причинам импринтинг не сработает, это может привести к появлению генетических нарушений (например, синдром Прадера-Вилли).[14]

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. Нуклеиновые кислоты: от А до Я / Б. Аппель [и др.]. — М.: Бином: Лаборатория знаний, 2013. — 413 с. — 700 экз. — ISBN 978-5-9963-0376-2.
  2. Wilkinson, Lawrence S.; William Davies and Anthony R. Isles. Genomic imprinting effects on brain development and function (англ.) // Nature Reviews Neuroscience : journal. — 2007. — November (vol. 8, no. 11). — P. 832—843. — DOI:10.1038/nrn2235. — PMID 17925812.
  3. DeChiara, Thomas M.; Elizabeth J. Robertson and Argiris Efstratiadis. Parental imprinting of the mouse insulin-like growth factor II gene (англ.) // Cell : journal. — Cell Press (англ.), 1991. — February (vol. 64, no. 4). — P. 849—859. — PMID 1997210.
  4. Schrader, Franz. The chromosomes in Pseudococcus nipæ (неопр.) // Biological Bullitin. — 1921. — May (т. 40, № 5). — С. 259—270. — DOI:10.2307/1536736.
  5. Brown, S. W.; U. Nur. Heterochromatic chromosomes in the coccids (англ.) // Science : journal. — 1964. — Vol. 145. — P. 130—136. — DOI:10.1126/science.145.3628.130. — PMID 14171547.
  6. Hughes-Schrader, S. Cytology of coccids (Coccoïdea-Homoptera) (неопр.) // Advances in Genetics. — 1948. — Т. 35, № 2. — С. 127—203. — PMID 18103373.
  7. Nur, U. Heterochromatization and euchromatization of whole genomes in scale insects (Coccoidea: Homoptera) (англ.) // Dev. Suppl. (англ.) : journal. — 1990. — P. 29—34. — PMID 2090427.
  8. Feil, Robert Feil; Frédéric Berger. Convergent evolution of genomic imprinting in plants and mammals (англ.) // Trends in Genetics (англ.) : journal. — Cell Press (англ.), 2007. — April (vol. 23, no. 4). — P. 192—199. — DOI:10.1016/j.tig.2007.02.004. — PMID 17316885.
  9. McGrath J., Solter D. 1984. Completion of mouse embryogenesis requires both the maternal and paternal genomes. Cell 37: 179—183.
  10. Barton S. C., Surami M. A. H., Norris M. L. 1984. Role of paternal and maternal genomes in mouse development. Nature 311: 374—376.
  11. Haig D., Westoby M. 1989. Parent-specific gene expression and the triploid endosperm. American Naturalist 134: 147—155.
  12. Hurst L. D., McVean G. T. 1997. Growth effects of uniparental disomies and the conflict theory of genomic imprinting. Trends in Genetics 13: 436—443.
  13. Hurst L. D. 1997. Evolutionary theories of genomic imprinting. In: Reik W., Surani A. (eds), Genomic imprinting, p. 211—237. Oxford University Press, Oxford.
  14. Horsthemke B. 1997. Imprinting in the Prader-Willi / Angelman syndrome region on human chromosome 15. In: Reik W., Surani A. (eds), Genomic imprinting, p. 177—190. Oxford University Press, Oxford.