Genomický otisk

Genomický imprinting je epigenetický proces, ve kterém se exprese určitých genů provádí v závislosti na tom, z kterého rodiče alely pocházejí . Dědičnost znaků určených vtisknutými geny se podle Mendela nevyskytuje . Imprinting se provádí methylací DNA na promotorech , což vede k zablokování transkripce genu . Vtisknuté geny obvykle tvoří shluky v genomu . [1] Otisk některých genů v genomu byl prokázán u hmyzu , savců a kvetoucích rostlin .

Přehled

V diploidních organismech nesou somatické buňky dvě kopie genomu . Každý autozomální gen je tedy reprezentován dvěma kopiemi, alelami, získanými z mateřského a otcovského organismu jako výsledek oplodnění. U převažujícího počtu genů dochází k expresi z obou alel současně. U savců je však otištěno méně než jedno procento genů, což znamená, že je exprimována pouze jedna alela. [2] Která alela bude vyjádřena závisí na pohlaví mateřského organismu, který alelu poskytl. Například pro gen IGF2 (insulin-like growth factor) je exprimována pouze alela zděděná po otci. [3]

Slovo "imprinting" bylo poprvé použito k popisu jevů pozorovaných u hmyzu Pseudococcus nipae . [4] U pseudokokcidů ( Homoptera , Coccoidea ) se samci a samice vyvíjejí z oplozených vajíček. U žen zůstávají všechny chromozomy euchromatické a funkční, zatímco u mužů se jedna haploidní sada chromozomů stává heterochromatickou po šestém dělení zygoty a zůstává tak ve většině tkání, takže samci jsou funkčně haploidní. [5] [6] [7] U hmyzu události imprintingu obvykle znamenají umlčení genomu u samců, a jsou proto zapojeny do procesů určování pohlaví . U savců se procesy genomového imprintingu podílejí na funkční nerovnosti mezi alelami rodičovského genu. [osm]

Historie objevů

První experimenty, které zjistily rozdíl v chromozomech obdržených od otce nebo od matky, provedli vědci pracující ve Philadelphii [9] a Cambridge [10] v roce 1984 téměř současně .

O pět let později David Haig z Oxfordu vyslovil hypotézu, že otcovské geny jsou zodpovědné za tvorbu placenty a mateřské geny za diferenciaci embryonálních buněk při tvorbě tkání a orgánů. Z toho usoudil, že vejcorodí a dokonce i vačnatci by neměli mít vtisknuté otcovské nebo mateřské geny. Tento závěr byl experimentálně potvrzen. [11] Haigův výzkum ale vysvětluje pouze některé případy imprintingu. [12] [13]

Mechanismus

Genový imprinting se provádí pomocí procesu methylace DNA , stejně jako modifikací histonů pomocí polycomb represorových komplexů [14] . Pokud z nějakého důvodu imprinting nefunguje, může to vést ke vzniku genetických poruch – například syndromu Prader-Willi [15] , Beckwith-Wiedemannův a Russell-Silverův syndrom a také řadě dalších poruch [ 16] . Ztráta otisku je navíc jedním z důvodů nízké účinnosti při klonování zvířat přenosem jádra somatických buněk (metoda SCNT (somatic cell nuclear transfer) ) a přispívá k vývojovým defektům pozorovaným u klonovaných embryí [17] [18].

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Nukleové kyseliny: od A do Z / B. Appel [et al.]. - M. : Binom: Knowledge Laboratory, 2013. - 413 s. - 700 výtisků.  - ISBN 978-5-9963-0376-2 .
  2. ↑ Wilkinson, Lawrence S.; William Davies a Anthony R. Isles. Účinky genomového imprintingu na vývoj a funkci mozku  (anglicky)  // Nature Reviews Neuroscience  : journal. - 2007. - Listopad ( roč. 8 , č. 11 ). - S. 832-843 . - doi : 10.1038/nrn2235 . — PMID 17925812 .
  3. ↑ DeChiara, Thomas M.; Elizabeth J. Robertson a Argiris Efstratiadis. Rodičovský otisk genu myšího inzulínu podobného růstového faktoru II  (anglicky)  // Cell  : journal. - Cell Press , 1991. - Únor ( roč. 64 , č. 4 ). - S. 849-859 . — PMID 1997210 .
  4. ↑ Schrader, Franz. Chromozomy v Pseudococcus nipæ  (neopr.)  // Biologický bulletin. - 1921. - Květen ( roč. 40 , č. 5 ). - S. 259-270 . - doi : 10.2307/1536736 .
  5. ↑ Hnědá, JZ; U.Nur. Heterochromatické chromozomy v kokcidách  (anglicky)  // Science  : journal. - 1964. - Sv. 145 . - S. 130-136 . - doi : 10.1126/science.145.3628.130 . — PMID 14171547 .
  6. ↑ Hughes-Schrader, S. Cytologie kokcidů (Coccoïdea-Homoptera)  (neopr.)  // Pokroky v genetice. - 1948. - T. 35 , č. 2 . - S. 127-203 . — PMID 18103373 .
  7. ↑ Nur, U. Heterochromatizace a euchromatizace celých genomů šupinovitého hmyzu (Coccoidea: Homoptera  )  // Dev. Suppl. : deník. - 1990. - S. 29-34 . — PMID 2090427 .
  8. ↑ Feil, Robert Feil; Frederic Berger. Konvergentní evoluce genomického imprintingu u rostlin a savců  //  Trendy v genetice : deník. - Cell Press , 2007. - Duben ( vol. 23 , č. 4 ). - S. 192-199 . - doi : 10.1016/j.tig.2007.02.004 . — PMID 17316885 .
  9. ↑ McGrath J., Solter D. 1984. Dokončení myší embryogeneze vyžaduje jak mateřský, tak otcovský genom. Cell 37: 179-183.
  10. ↑ Barton SC, Surami MAH, Norris ML 1984. Role otcovských a mateřských genomů ve vývoji myší. Nature 311: 374-376.
  11. ↑ Haig D., Westoby M. 1989. Genová exprese specifická pro rodiče a triploidní endosperm. Americký přírodovědec 134: 147-155.
  12. ↑ Hurst LD, McVean GT 1997. Růstové účinky uniparentálních disomií a teorie konfliktů genomického imprintingu. Trends in Genetics 13: 436-443.
  13. ↑ Hurst LD 1997. Evoluční teorie genomického imprintingu. In: Reik W., Surani A. (eds.), Genomic imprinting, str. 211-237. Oxford University Press, Oxford.
  14. ↑ Weaver, JR, & Bartolomei, MS (2014). Chromatinové regulátory genetického imprintingu. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Gene Regulatory Mechanisms, 1839(3), 169-177. doi : 10.1016/j.bbagrm.2013.12.002 PMC 3951659
  15. ↑ Horsthemke B. 1997. Imprinting v oblasti Prader-Williho / Angelmanova syndromu na lidském chromozomu 15. In: Reik W., Surani A. (eds.), Genomic imprinting, str. 177-190. Oxford University Press, Oxford.
  16. ↑ Elbracht M, Mackay D, Begemann M, Kagan KO, Eggermann T. Narušený genomický imprinting a jeho význam pro lidskou reprodukci: příčiny a klinické důsledky. Aktualizace Hum Reprod. 2020; 26(2): 197-213. doi : 10.1093/humupd/dmz045 PMID 32068234
  17. ↑ Překonání bariéry genomického otisku zlepšuje klonování savců . Získáno 20. června 2020. Archivováno z originálu dne 20. června 2020.
  18. ↑ Wang LY, Li ZK, Wang LB a kol. (2020). Překonání vnitřních otiskovacích bariér H3K27me3 zlepšuje postimplantační vývoj po přenosu jaderných buněk somatických buněk buněčných kmenových buněk. S1934-5909(20) 30212-5. doi : 10.1016/j.stem.2020.05.014 PMID 32559418

Literatura



  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie